文章目录光扇图的基本概念测试RayFan光扇图的基本概念Ray Fan即光扇图是光学设计中用于分析一维截面上几何像差的核心工具。与点列图展示二维平面上的光斑分布不同Ray Fan 将三维的光线追迹结果降维通过二维曲线直观地展示横向像差Transverse Ray Aberration随入瞳坐标的变化关系。设入瞳归一化坐标为H HH范围是[ − 1 , 1 ] [-1,1][−1,1]光线在像面上的实际交点高度为y ′ yy′参考点的高度为y 0 ′ y_0y0′则光扇图的纵坐标定义为ϵ y ( H ) y ′ ( H ) − y 0 ′ \epsilon_y(H)y(H)-y_0ϵy(H)y′(H)−y0′由于相差具有方向性光扇图通常分为两组曲线切向/子午光扇图其采样方向为入瞳的Y YY轴方向子午面内反映子午面内的光线聚焦情况。主要受球差、彗差、像散和场曲影响。弧矢光扇图采样方向入瞳的X XX轴方向垂直于子午面反映弧矢面内的光线聚焦情况。主要受像散和场曲影响通常不受彗差影响因为彗差在弧矢面上是对称的。测试下面以最简单的消色差胶合透镜为例其结构如下图中共针对三个物点进行成像不同颜色的光线代表不同的波长。这三个点的RayFan图如下图中可见位于光轴上的点比较理想随着光线逐渐偏离光轴光扇图的倾斜度越来越大表示离焦增强。绘图代码如下importmatplotlib.pyplotaspltfromoptiland.samplesimportCementedAchromat lensCementedAchromat()lens.draw()plt.show()fromoptiland.analysisimportRayFan rfRayFan(lens)rf.view()plt.show()光扇图并不是直线而是存在一定的弯曲这种过原点的三次曲线一般表示球差。下面创建一个更加质朴的单透镜可以看到明显的球差绘图代码如下importnumpyasnpfromoptilandimportoptic lensoptic.Optic()lens.surfaces.add(index0,thicknessnp.inf)lens.surfaces.add(index1,thickness7,radius20.0,is_stopTrue,materialN-SF11)lens.surfaces.add(index2,thickness23.0)lens.surfaces.add(index3)lens.set_aperture(aperture_typeEPD,value20)lens.fields.set_type(field_typeangle)lens.fields.add(y0)lens.wavelengths.add(value0.55,is_primaryTrue)lens.draw(num_rays10)plt.show()rfRayFan(lens)rf.view()plt.show()RayFan【RayFan】是optiland中的光扇图类在上面的示例中只输入了一个optic类型的参数这也是唯一必须输入的参数其他参数如下【fields】指定需要计算点列图的视场默认为’all’【wavelengths】指定参与光线追迹的波长默认为’all’【num_points】入瞳直径方向上的采样点数默认256决定了曲线的平滑度。256 个点足以精确描绘高阶像差如五级球差引起的微小波动。如果曲线出现锯齿状可适当增加此值。
