200 mm 定焦镜头教程（B 部分）：光线结构与渐晕检查

1. 引言

相机镜头使用 光圈 （也称 光阑）来控制进入光学系统的光量，它是由重叠金属叶片形成的可变开口。 图 （??） 展示了摄影式光圈在多个设置下的状态，从全开到几乎关闭。随着光圈关闭， 开口变小，其形状也越来越由叶片几何所决定。这会直接影响 哪些光线被允许通过镜头并到达探测器。

大光圈开启可让更多光进入光学系统，从而产生更明亮的图像。 然而在这种配置下，许多光线会穿过镜头的外侧区域，而这些区域的像差 通常最强，因此会导致畸变增加、锐度下降。 缩小光圈会将光线限制在镜头中心区域，这通常会产生更 清晰的图像，但代价是亮度降低。实践中这形成了一种权衡： 亮而锐度较低的图像与暗而清晰度更高的图像之间的权衡。

在这一部分，我们建立一个实用的 无指标（pre-metric） 工作流，只使用 3D 光线路径与探测器图像， 用肉眼回答三个问题： (i) 光阑在哪里以及它允许哪些光线通过， (ii) 近轴（主）光线与边缘光线有何不同， 以及 (iii) 是否存在会损害离轴性能的截光或渐晕。

2. 找到光阑并确认它是打开的

在 3D 视图中定位光阑/孔径对象（通常是一块带圆孔的板）。 旋转场景，使你能看到光线接近并穿过光阑 （??）。 该光阑是理解镜头实际上能向成像提供多少光的最快位置。 尽管光阑之前的所有光学元件都会被照亮，但只有穿过 光阑 的光线才被允许继续通过系统其余部分并到达探测器。 在光学术语中，光阑定义了系统的 入瞳，因此也定义了其 数值孔径。

如果光阑当前关闭导致没有光能通过，请在光阑对象上右键单击 并选择 Mesh editor （??）。 这会打开图中所示的光阑网格编辑器。在该编辑器中，参数 d0 控制透明开口的直径。 增大 d0 会扩大孔径并允许更多光线通过；减小它会让系统收小光圈。 作为实用的起点，将 d0 设为大约 0.035， 或略小于 d1 的值，后者定义了方形孔径的外半径。

2. 比较近轴、主光线与边缘光线束

“读懂”一支镜头的最快方式，是比较光通过镜头中心（近轴光束）时的行为与光从镜头边缘进入系统时的行为。在光学语言中，我们是在比较近轴（或主光线行为）与瞳孔边缘光束（或边缘光线行为）。一般而言，靠近镜头中心（靠近光轴）通过的光线比通过镜头边缘进入的光线畸变更小。这是因为从镜头边缘进入的光线必须被更强烈地弯折，才能被带回到光轴上。你将进行两次运行，它们唯一的区别是光束进入镜头前端的位置。先从基线的轴上情形开始：将光束放在仿真窗口中心并点击运行。光应当干净地通过系统并在探测器上形成紧凑的足迹（??）。在经典光学语言中，这个近轴光束代表 主光线（近轴）行为。

接着，平移光源，使光束在不改变 光束方向的情况下，从第一片元件的边缘附近进入。这称为边缘情形（marginal case），即光线从瞳孔边缘进入。 在本教程中，你用同一思想的两个视图：侧视图 （??） 与俯视图 （??）。

这些边缘光线在瞳孔边缘附近通过（远离光轴中心），因此会采样光学中像差最强的区域。你不需要在这里追求教科书式的完美——你只是强制模型向你展示不同光线族的行为差异。每次运行后，打开 detector0/RAY_image.csv 并比较足迹。中心（主光线）光束通常应当紧凑且对称，而边缘光线往往是非对称、拖尾与截光最先出现的地方。

3. 通过目视诊断截光与渐晕

当光圈关闭以获得更锐利、更接近点状的图像时，一个常见的副作用是图像边缘附近的光量减少，这称为 渐晕，示例可见于。 （??）。截光指光线被光阑或透镜边缘在物理上阻挡而无法到达探测器的情况。两种效应都最容易在你给光线一个小的 视场角时显现出来。在 OghmaNano 中，这通常通过光源编辑器中的旋转参数（例如 Rotate Phi）来实现。 要编辑光源，右键单击光源并选择 Edit object（??）。这会打开光源编辑器，你可以在其中设置 Rotate Phi （例如设置为 8°）（??）。

设置 Rotate Phi 后，将倾斜光束放在镜头堆栈中心并再次运行 （??）。 你现在应能看到光束以受控的倾斜穿过系统，这会让你更容易发现 光线在哪里被拒绝。

对下一次运行，关闭透镜的实体渲染，这样你可以看到玻璃内部的光线路径。 右键单击一片透镜，进入 View，并取消选择 Show solid （??）。 然后重新运行（或仅检查已有光线）并研究光束如何逐面被引导 （??）。

现在对瞳孔边缘放置（如第 2 节）重复相同检查，但 保持相同的视场角。 这种组合（视场角 + 边缘光线）最先显现渐晕。 如果光线消失，你的任务是识别它们在 哪里 被拒绝：光阑本身、机械镜筒， 或某个透镜元件的透明孔径限制。