接下来开始本期的正文:
在光学设计的学习与实践中,渐晕(vignetting)是一个经常被提及但又容易被忽视的概念。它是指由于光学元件的几何限制,导致成像系统边缘视场的光通量减少的现象。渐晕的存在不仅影响成像的亮度均匀性,还可能对成像质量产生一定的影响。然而,渐晕在某些情况下也可以被巧妙地利用,以达到特定的设计目的。本文将详细探讨渐晕的概念、成因及其在光学系统中的影响,并通过一道习题来帮助读者更好地理解渐晕现象。此外,我们还将介绍如何在Zemax软件中设置和分析渐晕,以便在实际设计中灵活运用相关理论。希望通过本文的讨论,读者能够对渐晕有一个全面而深入的认识,并在设计与优化光学系统时,将理论应用于实践。
Part1
渐晕的概念
一般情况下,人眼可以接受目视光学系统存在30%的渐晕,即像亮度在这个幅度内的缓慢变化通常不被人眼所注意。在日常生活中,各种投影仪和照相机镜头往往都存在渐晕,特别是大光圈镜头和光角镜头,往往边缘视场具有明显的渐晕,而照相机探测器目前都具有较大的动态范围,一定程度的渐晕在摄影中也是可以接受的。下面这张照片是我用之前介绍过的一颗镜头拍摄的,这种暗角现象就说明了这颗镜头具有较大的渐晕。
该镜头介绍在这里:光学设计案例——美能达35mm-70mmF/#3.5镜头
Part2
一道习题
渐晕系数50%相当于有效通光被遮挡一半,此时目镜的口径直接用五度的视场角和目镜物镜之间的间隔就可以算出来。这里我就不具体计算了,大家可以自己试一下,也可以试一下其他渐晕系数的时候是什么情况。
Part3
Zemax软件中的设置方法
如果我们拿到一个专利里的初始结构,输入到Zemax里面之后光学系统图可能是下面这种情况。这并不是我们输入的参数有问题,而是这个系统本身是具有渐晕的。
默认的镜头数据编辑器中没有渐晕,我们可以自己在视场编辑器中设置渐晕大小,这里的数即为归一化的渐晕因子,例如下面的输入方式表示最大y视场渐晕系数为70%。另外在ZEMAX中,VDX/Y大小表示视场的平移(相对于孔径光阑),单位为mm,这个可以描述激光扫描等情况。
给定了上面的渐晕系数,并简单优化一下,我们可以看一下此时系统的状况。这样的初始结构是可以用来进一步优化的。
实际上的渐晕主要是元件形成的,也就是光学元件和机械元件在某些位置形成了渐晕光阑,实际渐晕系数还有一种更精确的计算方法。我们可以先把所有的透镜口径设为固定值。接着让系统自动计算一下实际的渐晕系数。
此时系统是根据我们固定的透镜口径自动计算的各视场渐晕大小,这种方法更符合实际情况。在优化的早期,由于我们的初始结构和最后的结果往往相差较大,所以也可以手动调整渐晕系数。可以说这两种方法都是常用的,在优化一个镜头的过程中都可能用到。
Part4
总结
通过本文的详细讨论,我们对渐晕有了一个全面而深入的认识。总之,渐晕作为一个经常被提及但又容易被忽视的概念,在光学设计的学习与实践中具有不可忽视的作用。希望读者能够将本文所学的理论知识应用于实际的设计与优化过程中,灵活运用相关理论,提高光学系统的成像质量,满足各种应用需求。
最后,还是谢谢各位看到这里。您的点赞、转发就是我更新的动力,如果对您有帮助,可以在下面赞赏作者哦。拜托啦,这对我真的很重要。对本文中提到的内容有任何疑问或者需要,可以加下方微信交流。
近期其他精彩内容:
END
更多内容请到之晓光学公众号主页
广告/咨询/合作/科研成果推广等,请联系微信号: lgs810975