镜头近轴区域的光程差校正

在透镜设计系统中，光线用于表示给定光源的波前（在波前的任何位置具有恒定的相位）。这些射线总是垂直于波前。在光线跟踪过程中，当光线与表面相互作用时，OpticStudio必须同时跟踪光线的方向和相位。对于仅适用斯涅尔定律的传统折射表面，这非常容易：射线的方向服从斯涅尔定律，并且相位仅从光程长度（OPL）中得出：

在基本传播的基础上，有一些特殊的表面可以改变射线的方向或相位。近轴透镜是这些表面之一，是无限薄的表面，可提供完美的像。使用近轴透镜，来自无限远的光线会完全交于一个点，并且不会出现像差：

由于近轴透镜非常薄且没有折射率，因此，OpticStudio必须添加光程差（OPD）补偿才能模拟真实的透镜。可视化的最简单方法是仅查看主光线（粉红色）和边缘光线（绿色）：

首先，假设没有衍射，只有一个完美的球形波前会在像平面上产生一个完美的点。同样，完美球形波前的任何点都必须经过相同的光程才能到达球心。

由于主光线直接穿过镜头的中心，因此该光线在镜头的右侧传播了1mm的物理距离。然后边缘光线必须传播1.118毫米的物理距离。但是，要获得完美的图像，近轴镜头必须添加-0.118mm的负光程，以校正边缘光线传播的额外光程。

这个假设是完全有效的，反映了一个真实的镜头。如果上述例子有来自无限远平行于光轴的光线（仅考虑存在球差），则可以使用非球面透镜实现理想成像。

如果用与透镜每个面顶点相切的平面来分割这些光线，则可以看到边缘光线（ABCD）有4个细分，主光线（EF）有2个细分。

A和C段在空气中，因此它们的光程短，而B段在镜头内部的光程比E段短。如果将几何路程乘以每个段的折射率，可以看到ABCD = EF（假设透镜折射率为2.0）：

   尽管近轴透镜似乎是随机地从表面添加或减去相位，但实际上是这样做的目的是为了模拟真实透镜的效果，同时仍然产生完美的点图像。近轴表面有4种不同的OPD补偿模式，这些模式在帮助文件中有更详细的描述。