Zemax操作26--像差理论和修正（场曲、畸变、色差）

2024-04-24 19:38:55

一、场曲

平面物体通过透镜，呈现一个弯曲的像面（是与理想成像比，不是看到的是弯曲的）

一般镜头或相机均需要校正

场曲随视场变化

模拟

设计一个透镜

EFFL：100 F/#：5 （半视场）FOV:20 材料：K9

由EPD=EFFL / F/# = 20，入瞳直径为20

添加Y角度的三个视场：0、14、20

在后表面即面2，曲率半径F数=5，厚度为边缘光线高度

打开3d图，可以看到三个视场最佳焦点位于一个曲面

打开分析功能场曲/畸变

打开图像模拟，可以发现图像中心清晰，边缘模糊

如果边缘和中心都很清晰，则不是场曲影响，可能是畸变，畸变不影响清晰度，只改变形状

校正

场曲是由于视场造成的

我们在单透镜前插入一个虚拟面，将其作为光阑，设置厚度为变量，优化

或者使用对称结构如在单透镜前再加一个单透镜

二、畸变

局部放大率不等而使物体的像产生变形（正畸变和负畸变）

畸变只影响不同视场在像面的放大率，即成像后物点的重新分布。但物点在像面的光斑大小是由其他像差控制

公式：Distortion = 100 *（Y cheif - Y ref）/ Y ref

打开这个文件：这是一个100度广角镜头

打开场曲/畸变图，这个系统畸变约45%

打开网格畸变可以查看TV畸变量，为明显负畸变

优化

可通过DIMX设置最大畸变量

注意：畸变不影响光斑大小，我们在优化光学系统的成像质量及分辨率时，是没有考虑畸变的

三、色差

由于颜色不同折射率不同，产生颜色分离，形成色斑

轴向色差：也叫球色差或位置色差，沿轴形成多个焦点

垂轴色差：也叫倍率色差，轴外视场光在像面高度不同，在高度方向一次排列，像面边缘产生彩虹边缘带

仿真

入瞳直径20 ，波长F,D,C , 视场和镜头数据如图

打开3d图

由于单透镜系统会产生较大的色差

打开光线像差图，当Py=1时他们在纵坐标之差即为沿轴焦点距离

我么可以直接使用“轴向像差”和“垂轴色差”来直接查看色差

优化

可以使用双胶合消色差透镜或三胶合

或者替换材料。材料一般分为冕玻璃（K，色散能力强）和火石玻璃（F，色散能力弱）

可采用这两种玻璃的组合，在玻璃除选择“替换”然后优化

对于高级系统也可以选择插入二元面Binary2来优化

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