光线瞄准 Ray Aiming 是光学设计工作中的一种迭代射线追踪算法,用于找到物体空间中正确填充给定光阑尺寸的光线。本文将介绍CAXCAD 中的光线瞄准和光瞳像差的使用:

光线瞄准 Ray Aiming

光线瞄准 Ray Aiming 是光学设计工作中的一种迭代射线追踪算法,用于找到物体空间中正确填充给定光阑尺寸的光线。通常,只有在瞳孔(从物体空间看到的光阑的像)存在明显像差或偏移/倾斜时才需要使用光线瞄准。在没有光线瞄准的情况下,物体上的实际射线被瞄准到近轴入瞳,其位置和大小可以在数据报告中找到。在许多情况下,瞄准入瞳不会对系统产生不利影响。用户需要检查,只在大角度或必要时才使用射线瞄准!

光瞳像差 Pupil Aberration

入瞳像差被定义为实际光线在光阑表面上的交点与轴向主波长近轴光线交点之间的差异,作为近轴光阑半径的百分比。如果最大像差超过几个百分点,则可能需要进行光线瞄准以使物体空间中的光线正确填充光阑表面。如果打开了光线瞄准,那么入瞳像差将显示为零(或非常小的残余值),因为扭曲已经被光线追踪算法考虑到了。这用来检查光线瞄准是否正常工作的方法。这里使用的入瞳像差的定义并不旨在完整或与其他定义一致。此功能的唯一目的是提供关于是否需要光线瞄准的指导。

下面我们用一个实例来展示光线瞄准的使用。

打开经典的双高斯镜头,观察光瞳位置,尤其是边缘的光线汇集情况。

使用放大显示光缆边缘光线,这时我们会发现来自不同视场的光线并没有完美的汇集在光阑STOP的边缘,此时光学系统存在光瞳像差。

使用光瞳像差的分析功能,可以知道光瞳像差的百分比数值为5%以内,这个数值通常是可以接受的数值,因为此镜头并不是一个广角镜头。

光线瞄准 01:CX Ray Aiming

CX Ray Aiming 是CAXCAD 独有的瞄准算法,开启这个功能后,视场需要增加渐晕Vignet,并且后续的所有光线都不需要迭代计算,这种方式也是速度最快的方式,尤其是针对镜头的优化,效率是非常高的。

开启渐晕

光线瞄准 02:Fast Ray Aiming

这是一个快速的光线瞄准算法,在系统更新的时候,光线只需要极其少量的迭代计算,后续光线的追迹都不需要迭代,因此这个方式速度仍然保持很高的效率,但是精度也会更高。

边缘光瞳上的光线可以被快速瞄准

光瞳像差也下降为0.5%以内

图片可以再次进行放大的时候,我们会发现这里还是存在着误差。

光线瞄准 03:Enhanced Ray Aiming

这是一个光线迭代算法的光线瞄准,因此在计算效率上是最低的,并不推荐使用这种方法,但是针对于前两种方式无法满足要求的情况下,可以选择这一种,这种算法可以保证最高的精度。

开启Enhanced 方法,瞄准精度可以做到1e-5

光线通常都会被精确瞄准

总结:

本文介绍了CAXCAD 光学设计软件的三种光线瞄准的功能。以及每个功能的特点和优势。

CX Ray Aiming 是CAXCAD 独创技术,配合渐晕可以实现光学系统的快速追迹,提升透镜的分析和优化速度。

另外两种,使用者可以根据具体的需要来进行选择,光瞳像差提供了对于这个选项的分析功能。