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ZEMAX入门教程—第二讲像差

一：像差

像差分为两大类：单色像差和色差；

其中单色像差包括：球差、彗差、像散、场曲、畸变

色差包括：球色差、倍率色差

①球差

球差也称球面像差，指的是从轴上物点发出的光束透过球面镜时，最终汇聚在不同位置处，在像面上形成一个弥散斑

接下来打开zemax，构造一个初始结构将球差可视化，帮助大家深入

如下图所示，光束经过单块透镜后汇聚的位置不一致，最终在像面上就会观察到一个圆斑

ZEMAX入门教程—第二讲像差_第1张图片

观察点列图，单透镜成像后弥散斑半径很大

RMS半径：指的是均方根半径，表示所有光线在像面上成像的位置与光斑质心距离的均方根值，反映的是光斑的平均扩散程度

公式：

ZEMAX入门教程—第二讲像差_第2张图片

GEO半径：指的是几何半径,所有光线中距离光斑质心距离最远的一条光线的径向距离，是最大半径

几何半径反映了光斑的最大扩散范围，直径影响到了成像系统的分辨率极限，通常在设计一个光学系统是要球几何半斤不要超出艾里斑的范围

ZEMAX入门教程—第二讲像差_第3张图片

③彗差

彗差是指，轴外物点或者轴外视场发出的锥形光线最终汇聚在像面上不能形成一个完美的像点，而是一个像彗星形状似的光斑；

轴外视场光束经过光学系统后汇聚在像面上的高度不一致

ZEMAX入门教程—第二讲像差_第4张图片

③场曲和畸变

场曲：当一个平面物体经过光学系统成像后，所成的像是一个弯曲的像面，即物体各点所成的像不是落在了同一个平面上，而是形成了一个以光轴为中心的弯曲的表面，所以就会导致图像的中心区域是清晰的边缘是模糊的

畸变：物体经过光学系统成像以后，像的形状和物体本身存在差异，这不影响到像的清晰度知识成像的形状发生了变化，比如说广角镜头，打开手机相机，选择广角拍摄，拍一张照片我们观察一下，就会发现镜头边缘拍摄到的物体和实际物体的尺寸比例不一致，这就是畸变；

畸变实际上是不同视场下的局部放大倍率不一致

④像散

同一物点经过光学系统后，不同方向（水平和竖直方向）光线无法汇聚在同一点，导致图像模糊或者变形

比如我们常说的散光

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