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總結(jié)： 到此球差分析就結(jié)束了，F(xiàn)RED提供的分析工具最多可分析到三階像差，對(duì)于高階球差的分析則需要自定義腳本，畢竟FRED不是專門透鏡設(shè)計(jì)軟件，它可以導(dǎo)入zemax等光學(xué)軟件設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)。

</p><p><strong>總結(jié)</strong>：</p><p>到此球差分析就結(jié)束了，F(xiàn)RED提供的分析工具最多可分析到三階像差，對(duì)于高階球差的分析則需要自定義腳本，畢竟FRED不是專門透鏡設(shè)計(jì)軟件，它可以導(dǎo)入zemax等光學(xué)軟件設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)。</p>

近日，華中科技大學(xué)張學(xué)明組成功設(shè)計(jì)了基于雙膠合透鏡的低波前差變倍擴(kuò)束系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)采用機(jī)械補(bǔ)償式三組元結(jié)構(gòu)，以BK7與F2玻璃雙膠合透鏡組為核心，通過Zemax軟件仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了2~6.4×的連續(xù)變倍擴(kuò)束，系統(tǒng)總長控制在250mm內(nèi)，光程差僅0.1波長左右，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，為激光技術(shù)高精度應(yīng)用提供了全新解決方案。

高NA物鏡通常被認(rèn)為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。 摘要

高NA物鏡通常被認(rèn)為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。

高NA物鏡通常被認(rèn)為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。

高NA物鏡通常被認(rèn)為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。

高NA物鏡通常被認(rèn)為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關(guān)于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環(huán)形孔徑。

像差優(yōu)化：突破細(xì)徑系統(tǒng)性能瓶頸細(xì)徑光學(xué)系統(tǒng)的像差控制是設(shè)計(jì)難點(diǎn)——入瞳直徑小、視場角大，易產(chǎn)生球差、彗差、場曲等多種像差。

誤差由Zernike多項(xiàng)式表示，具有三階球差和高階球差的形式。 RSI多項(xiàng)式形式 RSI的多項(xiàng)式形式是： 根據(jù)OpticStudio中定義的Zernike標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，RSI涉及的Zernike多項(xiàng)式為： 為什么RSI是一個(gè)問題？

針對(duì)大視場下Petzval結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生嚴(yán)重球差的問題，團(tuán)隊(duì)引入海普岡結(jié)構(gòu)平衡像差缺陷，最終形成4片透鏡+海普岡結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。該結(jié)構(gòu)不僅擴(kuò)大了有效視場范圍，還能高效校正彗差、畸變等多種光線像差，滿足后組光學(xué)性能要求。

誤差由 Zernike 多項(xiàng)式表示，具有三階球差和高階球差的形式。 拋物面鏡示例 我們將演示如何向拋物面鏡添加 RSI 和總不規(guī)則性。

圖4 光斑圖2.放大鏡組：四片式結(jié)構(gòu)+折疊光路，兼顧放大與小型化放大鏡組的核心需求是“5倍放大+小共軛距離（50-80mm）”，團(tuán)隊(duì)以“四片式放映物鏡”為初始結(jié)構(gòu)（圖5），在ZEMAX中優(yōu)化如下： 像差控制：用操作數(shù)SPHA（球差）、COMA（彗差）、ASTI（像散）、DISG（畸變）約束像差，最終畸變僅5.17%；體積優(yōu)化：加入平面反射鏡折疊光路，將鏡頭總長控制在90mm，與

從以上四個(gè)圖的評(píng)估中可以明顯看出，單透鏡設(shè)計(jì)有大量的像差，包括但不限于球差、彗差、畸變、離焦、場曲和像散。此外，根據(jù)下面點(diǎn)列圖底部的數(shù)據(jù)可以看出，最大視場的GEO半徑和RMS半徑分別為: 1774.42μm和734.581μm。使用快速聚焦工具從四個(gè)分析功能給出的結(jié)果可以看出，單透鏡在此時(shí)的性能肯定不是最優(yōu)的。性能相當(dāng)差的一個(gè)重要因素是像面位置的隨機(jī)選擇。

導(dǎo)入 Zemax 光束文件一旦確定了物理結(jié)構(gòu)和模擬范圍，本節(jié)將后續(xù)描述如何通過 MODE 中的有限差分本征模求解器 (FDE) 分析組件。現(xiàn)在我們已經(jīng)創(chuàng)建了結(jié)構(gòu)，我們可以繼續(xù)設(shè)置啟動(dòng)場分析。我們已經(jīng)將 Zemax 光束文件導(dǎo)出為 single mode couple.zbf 文件，現(xiàn)在我們將導(dǎo)入該光束。

3圖3 相機(jī)模組容差范圍通過Zemax ZOS-API批量生成125組含公差透鏡樣本，25組用于靈敏度分析，100組用于批量對(duì)準(zhǔn)測試，確保仿真結(jié)果具備統(tǒng)計(jì)顯著性與工程參考價(jià)值。

7、非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱系統(tǒng)、多反射鏡系統(tǒng)在ZEMAX中的模擬。使用坐標(biāo)斷點(diǎn)精確模擬系統(tǒng)偏心旋轉(zhuǎn)的方法。結(jié)合掃描系統(tǒng)和離軸三反系統(tǒng)實(shí)例精細(xì)講解分析。 8、多重組態(tài)介紹及多重組態(tài)系統(tǒng)案例分析。變焦系統(tǒng)，變倍系統(tǒng)案例分析。激光柱面鏡優(yōu)化方法。消熱差分析。 9、光學(xué)系統(tǒng)公差分析，模擬實(shí)際加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，預(yù)測系統(tǒng)的可制造性能以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

導(dǎo)入 Zemax 光束文件一旦確定了物理結(jié)構(gòu)和模擬范圍，本節(jié)將后續(xù)描述如何通過 MODE 中的有限差分本征模求解器 (FDE) 分析組件。現(xiàn)在我們已經(jīng)創(chuàng)建了結(jié)構(gòu)，我們可以繼續(xù)設(shè)置啟動(dòng)場分析。我們已經(jīng)將 Zemax 光束文件導(dǎo)出為 single mode couple.zbf 文件，現(xiàn)在我們將導(dǎo)入該光束。

但人眼系統(tǒng)具有相對(duì)較小的光瞳尺寸，因此在此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，一般會(huì)認(rèn)為球差和彗差並不十分重要。同理，其餘的像差在此也可先行忽略。隨著自由曲面製程技術(shù)的演進(jìn)，光學(xué)設(shè)計(jì)者得以摒除許多以往的限制條件。同時(shí)，OpticStudio具有優(yōu)越的運(yùn)算能力，可以進(jìn)行規(guī)模較大的系統(tǒng)和更多影像參數(shù)的模擬。得益於此，眼科鏡片的設(shè)計(jì)可以有更進(jìn)一步的改善，我們將在以下的文章中詳述。

（1）非球面透鏡組非球面透鏡組通過特殊曲率設(shè)計(jì)校正球差，實(shí)現(xiàn)高斯光束到平頂光束的高效轉(zhuǎn)換，其中伽利略型結(jié)構(gòu)因適配大功率場景成為主流選擇。論文研究表明，非球面鏡的曲率系數(shù)、鏡片間距、入射光束直徑與發(fā)散角等參數(shù)，直接影響輸出光束的均勻性。