[基础][技巧]如何确定光阑位置？

光阑位置的选择和修改对于光学设计工作来说是一个至关重要却又经常被忽视的问题。

至关重要是因为光阑，这个不产生任何光焦度的通光圆孔，位置和大小的改变会对成像质量产生非常大的影响；经常被忽视是因为光阑的位置一旦定下来，除非设计者的经验非常丰富，一眼看出光阑可以前移或者后移，否则光阑通常只在两个镜片之间略作调整。

为什么初始结构对一个光学设计的结果至关重要？因为对于一个初始结构，曲率、厚度随着优化过程会大幅度变化，而光阑位置确是相对固定的。

明明知道光阑位置至关重要，却又很少去修改，这很容易联想到，至少在设计空间或者设计自由度上肯定有“损失”了。

那么，到底什么是光阑？从定义上来讲，光阑的位置就是轴外最大视场的主光线与光轴的焦点；从具体作用上来讲，光阑选择了参与成像的光束。

这么说也许很抽象，我们举一个简单的例子：

可以清楚的看到，移动光阑的时候，参与成像的光束在往下平移了。

在常规光学软件中，当我们选定了初始结构，光阑位置在输入镜片参数的时候是必须输入的。光学程序通过输入光阑的位置，根据各个视场的主光线，反向朝前追迹，从而选择进入系统的光束。

所以想要大幅度的，渐变的，连续的改变光阑位置是很困难的，这是一个初始结构的“框架“，任意的调整通常会造成光线追迹失败。

这就好比光阑位置是一栋房子的主梁，主梁决定了房子的结构，主梁大改，房子也必定要大改，改的不好就会有坍塌的危险。

那这么重要的优化自由度我们是不是就完全放弃了？不，还是有别的办法的。既然主梁改了有房子坍塌的风险，那我造两根主梁，交替修改，是否就可以了？

这在光学设计软件SYNOPSYS里面确实是可行的。

这是基于SYNOPSYS提供了两种选择光线进入系统的方法：既可以像上面动图那样，按照常规定义光瞳的方式选择光线，也可以像下图这样直接选择光线进入系统参与成像：

可以看到，在GIF图的最后，真实的光阑位置（最大视场主光线与光轴的交点）已经移动至镜片1和2之间，而不是在原来的镜片2和3之间：

能这么做的原因，就是因为SYNOPSYS软件从底层上给了两根“房梁”，选择任何一根做主梁都是可行的，可以根据实际设计需要做选择。

一般的设计过程中，通常用直接选择光线的方式来寻找结构，粗调系统；然后用设定光阑位置的方式来精调系统，优化像质。两种定义光阑的方法相辅相成，即实现了设计自由度，也保证了设计精度。

类似的技巧与智慧在SYNOPSYS软件和配套教程中多次体现，其中凝结了作者Dilworth先生毕生的光学设计智慧，值得每一位有志在光学设计道路上精进的朋友们深入了解。