ZEMAX中像差分析及理解

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zemax像差优化

1．轴上球差LONA和SPHALONA表示的是轴上物点指定波长,指定光束尺寸光线对的轴上成像交点到近轴焦平面之间轴向距离。

这个定义和我们定义的轴向球差相同。

光瞳尺寸（光束尺寸）在0~1之间,那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。

SPHA常用于指定面产生的像差数值。

若不指定特殊面取值为,则计算所有面产生球差总和。

注意这个总和不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和,而是代数和。

经验：当选择LONA控制不住球差时,同时加入操作数SPHA,设置合理的权重,可以将轴向球差进一步改善。

2.轴向色差AXCL定义为两个指定波长的近轴焦平面轴向距离。

若光瞳尺寸光束尺寸定义为0,那么使用近轴焦平面进行色差计算,定义不为0,则使用实际的光线与轴交点位置进行色差计算。

3.垂轴色差(倍率色差)在ZEMAX中没有直接定义垂轴色差的操作数,但是从垂轴色差的定义可以知道,它是指某视场、某指定光束尺寸的、两指定波长光束在像面上所成的理想像的垂向距离差。

在ZEMAX中有REAY(wav,Hy,Py)操作数。

其定义为指定波长、指定视场、指定光束尺寸光在理想象面上的实际高度。

那么在同一视场选择两个不同波长的光束,其操作数数值之差就表明了理想像面上的垂轴色差大小。

oprand #1 REAY(wav=1,Hy=a,Py=b);oprand #2 REAY(wav=2,Hy=a,Py=b);DIFF(oprand #1,oprand #2)DIFF操作数指两个操作数结果的差值。

4.彗差彗差描述的是某视场、某尺寸的光线对对主光线的偏离情况,即描述光束失对称的情况。

光线对彗差与视场和孔径均有关系,是两者的函数,因此全面描述系统的彗差情况需要选择若干个不同视场和不同孔径。

在ZEMAX中提供了一个操作数TRAY。

TRAY定义为在像平面上,光线与像面交点到主光线的垂轴距离。

首先定义一个光线对oprand #1 TRAY(wav=2,Hy=a,Py=b);oprand #2 TRAY(wav=2,Hy=a,Py=-b);SUMM(oprand #1,oprand #2)其中SUMM描述的是上述两个操作数的代数和,表征彗差的大小。

zemax光路可逆像差影响 -回复

zemax光路可逆像差影响-回复Zemax光路可逆像差是什么？在光学设计中，像差是一个重要的概念，它是指光线经过透镜或光学系统后的成像质量与理想成像之间的偏差。

而Zemax是一个广泛应用于光学设计与仿真的软件，它可以用于计算和分析光学系统中的像差。

光路可逆是指光线在光学系统中沿相同的路径进行反向传播时，成像结果与正向传播时得到的成像结果完全一致。

换句话说，光学系统对正向传播与反向传播的光线具有相同的光学效果。

而光路可逆像差则是指当光线经过光学系统传播时，在成像平面上产生的像差中，可逆光路步骤所引起的像差。

那么为什么光路可逆像差是一个重要的问题呢？在光学设计中，光路可逆性是一个理论上的要求，它意味着光线可以以相同的方式从成像平面返回到发光源。

这对于光路逆向优化是非常关键的，因为只有在光路可逆的情况下，通过优化逆向光路来改进正向光路的成像性能才是可行的。

那么光路可逆像差会对光学系统的成像质量造成什么样的影响呢？首先，光路可逆像差会引入一定的成像误差。

在光学系统中，光线的传播路径是一个复杂的多次反射和折射过程，所以即使对称光学系统中的光线满足光路可逆性，也无法完全消除由于不对称光路所引起的像差。

其次，光路可逆像差会导致光学系统的整体性能下降。

如果光学系统中的逆向光路与正向光路之间存在显著的差异，那么通过优化逆向光路来改进正向光路的成像性能将变得困难。

因为逆向光路的设计需要考虑到正向光路的特性，通过调整逆向光路以减小逆向像差可能会导致正向光路的像差增加。

最后，光路可逆像差会限制光学系统的应用范围。

对于一些对成像质量要求较高的应用，如光刻机、天文望远镜等，光路可逆像差的存在将会对成像质量产生不可接受的影响，因此需要采取一些措施来减小光路可逆像差，如增加系统的对称性、优化逆向光路等。

那么如何减小光路可逆像差呢？首先，光学设计师可以尽量选择具有高光学品质的光学元件，以减小像差的产生。

其次，通过增加光学系统的对称性来降低光路可逆像差。

ZEMAX与“几何像差分析

在设计任何一个光学系统之前，都需要考虑到各种像差的分析和控制问题。

像差的分析一般是采用光学全空间追迹的方法获得的，由于计算机软件的算法发展和计算机速度的进步，和各种优化算法的发展相比较，已经达到了相当成熟的地步。

然而，一般的像差描述思路在国内国外的教程和软件中是不尽相同的。

虽然说这是不同的思路或者不同的角度对同一个问题的描述，但是由于国内发展的像差理论以及习惯描述方法和国外像差理论习惯描述上有诸多的不同，这给使用ZEAMX软件的光学设计初学者学习和交流造成了一些不便。

国外软件例如ZEMAX，主要使用垂轴像差的方式描述系统像差，而国内绝大部分的光学设计理论专著都是使用“几何像差”描述。

两者在描述像差上并没有本质的差别，笔者个人认为“几何像差”相对“垂轴像差”而言，要更加的直观些；但是将光学系统对于像面上的像散光斑进行描述时，寥寥几种数学模型的“几何像差”并不能够完全的反映像差情况；而为了更加准确的描述像差情形，发展了高级像差以及更多的像差描述种类，其不利的一面是种类繁多的数据，使得距离系统的使用分析反而更加的复杂了。

而ZEMAX软件中反映了国外对于像差的描述思想，它主要采用“垂轴像差”来进行描述，大大地减少了几何像差所造成的分析数据量繁多而缺乏整体认识的问题，然而其对于高级像差的描述以及通常的几种像差的描述就显得有些不足。

对于一个光学设计人员来说，总不能对一个原始系统不加分析的进行优化，事实上设计人员需要“艺术性”的运用像差理论指导的各种经验和方法随时对系统进行修正指导。

无论多好的软件，只不过是一个工具而已。

那么是不是两者之间就没有共通之处呢？也不是的。

经验丰富的ZEMAX使用者能够通过分析垂轴像差图形获得大部分的“几何像差”数据或者大体趋势。

本文就ZEMAX中常用的“垂轴像差”分析图和结果，来探讨我们光学设计人员常用的几种“几何像差”。

希望能够帮助ZEMAX初学者适应这种强大的新的软件。

1、轴上点球差和轴向色差、轴上点垂轴色差在ZEMAX的分析菜单中有“longitudinal aberration”项目，实际上就是“轴上点的球差分析”，不过直译过来是“纵向像差”，这实际上是外国人的说法罢了。

Zemax中的像质评价方法解读

Miscellaneous(杂项)
几何像差的分析功能有Field Curvature/Distortion（细光束场曲与畸变）、 Longitudinal Aberration （轴向球差）、 Lateral Color（垂轴色差）
Field Curv/Distortion (细光束场曲与畸变)
由于计算模型不同，计算结果会出现较小差别，但变化趋势及量值不会差别很大，要注意区别： 1）从计算速度上看，FFT MTF最快，Huygens MTF 与Geometric MTF速度较慢，但在初始结构像质太差（如波差PV>6λ）时，FFT MTF计算会显示出错，这是正常现象，此时几何传函仍可进行正常计算，只是传函值太低； 2）从网格采样来看，FFT MTF与Geometric MTF只需对像面（或物面）空间坐标进行2n×2n网格采样，但Huygens MTF因计算模型差别，还要增加对出瞳面网格采样，这是导致Huygens MTF计算速度变慢的主要原因； 3）FFT MTF与Huygens MTF都能计算出Surface MTF（即3D-MTF），但Geometric MTF一般只计算子午与弧矢面上MTF，不提供Surface MTF.
之所以称之为细光束场曲，是因为场曲曲线没有跟光束孔径有关细光束场曲反映了不同视场点的细光束像点离开像面的位置变化，初级细光束场曲跟视场的平方成正比，其对成像的影响，是使一平面物体成一弯曲像面; 细光束像散反映了子午和弧矢细光束像点（或子午与弧矢弯曲像面）的不重合而分开的轴向距离.
Field Curv/Distortion (细光束场曲与畸变)
畸变属于主光线像差，反映物象的相似程度，如小于1％，则认为物象几乎完全相似; 畸变的基本定义，是某一视场主波长时的主光线与像面交点离开理想像点的垂轴距离. 实际使用时，据镜头的功用还会衍生出其他计算形式，主要有：（1）标准畸变，（2） F-Theta畸变，（3）校准(calibrated)畸变.

zemax像差图分析讲解

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析初级像差深入近轴光线和远轴光线的概念。

近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。

缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。

总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。

镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。

以下就分别介绍五种不同性质的单色像差：球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。

从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。

但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。

球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。

小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。

大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。

必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。

球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。

在照相镜头中，光圈(孔径)数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。

我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差是在轴外成像时产生的一种像差。

从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上并不是成一个点的像，而是形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状象彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。

这种轴外光束引起的像差就称为彗差。

彗差的大小既与光圈(孔径)有关，也与视场有关。

我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈(孔径)来减少彗差对成象的影响。

像散也是一种轴外像差。

与彗差不同，像散仅仅与视场有关。

由于轴外光束的不对称性，使得轴外点的子午细光束（即镜头的直径方向）的会聚点与弧矢细光束（镜头的园弧方向）的会聚点位置不同，这种现象称为象散。

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析目录[隐藏]•1初级像差深入o1.1球差o1.2彗差o1.3像散o1.4场曲o1.5畸变•2各种像差图表o2.1初级球差大的点列图o2.2初级球差大的垂轴像差o2.3子午慧差大的情况o2.4其慧差和垂轴色差大初级像差深入近轴光线和远轴光线的概念。

近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。

缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。

总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。

镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。

以下就分别介绍五种不同性质的单色像差：球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。

从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。

但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。

球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。

小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。

大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。

必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。

球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。

在照相镜头中，光圈(孔径)数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。

我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差是在轴外成像时产生的一种像差。

这种轴外光束引起的像差就称为彗差。

彗差的大小既与光圈(孔径)有关，也与视场有关。

Zemax光学设计：双片式透镜的Seidel像差及校正

Zemax光学设计：双片式透镜的Seidel像差及校正双片式物镜适用于很多小口径（最大为f/4）和小视场角的情况。

双片物镜的两个元件可以胶合在一起，也可以用空气间隔分开。

在大多数情况下，两片透镜是胶合在一起的，因为这样公差更容易满足而且更牢固。

双片镜可以单独使用，也可以用作准直镜或者望远镜的物镜。

许多透镜系统都含有若干个双片镜。

对单个双片式物镜探讨得到的大部分结果，也适用于复杂系统中的双片镜。

1.双片式物镜的Seidel分析1.1色差2.由在光阑处的薄透镜的轴向色差的Seidel方程：若要使双片式物镜的轴向色差得以校正，需要满足的条件为：同时，两个透镜的光焦度的和等于总光焦度：联立上面两式可以求出：在常规的光学设计中，常用玻璃库中，折射率范围在1.5至1.8之间，V值范围在90至20之间例如，取V1=60，V2=36，代入上式可得：1.2像散与场曲的横向光线像差三阶像散与场曲的横向光线像差为：注意，δη`表示y分量（即y-z平面或子午面内的光线，），δξ`表示x分量（即x-z平面或弧矢面内的光线）。

又因为薄透镜在光阑上，当n=1.5时，则上式可以简化为：例如，一个双片式透镜，焦距f`=100mm，即光焦度K=0.01mm-1，孔径为f/5，透镜的数值孔径（在空气中）u`=n`sinU`约为0.1，半视场角为1°，那么像高η`=f`tam(1°)≈1.74mm。

因此，可以计算得到：在ZEMAX中模拟上述这个例子。

在MFE中可以使用操作数查看透镜的数值孔径（在空气中）u`=n`sinU`约为0.1，和像高η`：再查看SeidelCoefficient：1.3同时校正 Petzval 和与轴向色差同时校正镜头的所有像差是不可能的。

对于可见光波段的双片式透镜，这点更为明显。

双片式透镜可以改变的设计参数非常少，而且很多可以产生更好结果的玻璃不能用。

例如，两个贴在一起的双片式透镜的场曲为：其轴向色差为：这两个方程非常类似，若我们可以找到一对玻璃满足以下条件：就可以同时校正S4和C1。

Zemax光学设计：ZEMAX中的初级像差描述

Zemax光学设计：ZEMAX中的初级像差描述引言：实际的光学系统都是不完美的，光线经过光学系统各个表面的传输都会形成多种像差。

光学设计的一个重要任务就是校正、优化与平衡这些像差，使成像质量达到技术要求。

常见的初级像差包括5种单色像差（球差、彗差、像散、场曲与畸变）和2种色差（轴向色差与倍率色差）。

1.ZEMAX中的球差描述以一个简单的单透镜为例。

首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“50.0”；在视场设定对话框中设置1个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.55um一个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看Ray Fan：Ray Fan图中可以定量分析球差在不同孔径的大小，可以看出球差曲线具有旋转对称性；而且由于不存在离焦的情况，其在中央区域很平坦。

查看点列图：可以看出，不同环带（孔径）的光线会聚于光轴的不同点。

球差是和孔径相关的像差。

查看波前图：从光程差上分析，球差的产生其实是波前相位的移动，即出瞳参考球面与实际球面波前的差异。

当实际波前和参考波前分离时，光程差不再相等，这样物面同一束光经实际透镜和理想透镜后，相当于产生了牛顿干涉环。

查看Seidel Coefficients：也可以在MFE中使用操作数查看球差值。

Surf若不指定某一个面(取值为0)，则计算所有面产生球差总和。

2.ZEMAX中的彗差描述使用一个带Binary 2面型的单透镜来模拟彗差。

首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“20.0”；在视场设定对话框中设置1个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.55um一个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看Ray Fan：Ray Fan图显示彗差为主要像差，残余还有离焦和球差。

ZEMAX像差图表分析总结

ZEMAX像差图表分析总结
RayFan：
几何像差
球差
轴外球差——全视场全孔径两端连线与0孔径切线的夹角大。

轴上点球差：初级球差——全孔径垂轴像差曲线离X轴比较远
慧差
——在垂轴像差曲线中，曲线两端朝一个方向弯曲的厉害。

场曲
——在垂轴像差曲线中，0孔径部分曲线的斜率比较大。

像散
——场曲曲线不重合
畸变
——Field Curv/Dist图表的右半边为Distortion的百分比曲线，其与Grid Distortion的图表为相对应的关系，即Distortion的百分比愈大时，Grid Distortion的方格将变形。

色差
轴向色差（位置色差）
——零视场各色光的曲线不重合
垂轴色差（倍率色差）——大视场各色光的曲线不重合。

zemax初学入门像差分析各种图像

各种像差图表初级球差大得点列图由于外圈得蓝光大,而红光与青光比较集中，由两个情况引起. 一．蓝光得球差比较大二. 轴向色差比较大初级球差大得垂轴像差此图像差由两个情况引起:一．球差在０、8到1视场得球差比较大二．轴向色差在0、8到１视场得轴向色差比较大由图瞧出其弧矢场曲，子午慧差，垂轴色差大。

由图,其像斑左右宽,判断其弧矢慧差与弧矢场曲大三色得像斑不重合，分开得比较大——垂轴色差比较大由图判断出，其子午慧差，弧矢场曲大与子午垂轴色差大其子午垂轴像差曲线弯曲得厉害—子午慧差大其弧矢垂轴像差在原点处得斜率大－弧矢场曲大其子午垂轴像差得各色差曲线垂轴向分离得距离大－子午垂轴色差大对于此图得子午垂轴色差在全视场0、６孔径处垂轴色差小,在全视场负孔径处垂轴色差大。

例：全视场-０、５孔径处。

子午慧差大得情况由于其子午垂轴像差弯曲得厉害——子午慧差大其慧差与垂轴色差大由于像斑有尾巴向上,有正得慧差.像斑有向下得尾巴，有负得慧差。

各色斑不重合，上下分离得厉害，有垂轴色差.由图瞧出，其轴向色差中间部分稍大,而且其图线弯曲得厉害，故高级轴向色差比较大由图瞧出，其慧差比较大，有向下得慧尾，其慧差为负值。

初级球差,子午慧差,子午轴外球差，子午场曲与弧矢场曲大初级球差-—０视场垂轴像差曲线中,各色曲线比较集中，轴向色差不大，但就是在接近全孔径得时候,曲线偏离横轴厉害，故初级球差大.子午慧差——在子午垂轴像差曲线中,曲线弯曲得厉害。

子午场曲-—在子午垂轴像差曲线中,0孔径部分曲线得斜率比较大。

弧矢场曲——在弧矢垂轴像差曲线中,０孔径部分曲线得斜率比较大。

子午轴外球差-—在子午垂轴像差曲线中,全视场全孔径两端连线与0孔径切线得夹角大。

此图中还包含着高级子午慧差像差。

由图瞧出,包含有高级子午场曲，高级畸变由图瞧出其轴向色差与初级球差大轴向色差，初级球差,垂轴色差慧差可能还大些由图瞧出初级球差大-—０视场得像斑瞧出轴向色差—-0视场各色像斑重合得不好，形成了光环由图瞧出垂轴色差,初级球差，轴向色差,弧矢场曲大与子午场曲大图示：垂轴色差，轴向色差大轴向色差——各色曲线上下分离得厉害弧矢场曲—-弧矢垂轴像差曲线在原点处切线得斜率大子午慧差——子午垂轴像差曲线两个端点连线与Y轴交点离原点比较远图示：垂轴色差大垂轴色差-—各色光曲线上下分离得厉害图示：初级球差,轴向色差初级球差—-垂轴像差曲线离X轴比较远轴向色差——各色曲线上下分离得厉害图示：初级球差,轴向色差初级球差-—０视场得像斑比较大轴向色差——各色光得像斑没有重合,分离得厉害图示：初级球差（主要就是在全孔径处），轴向色差(主要就是在全孔径处）,子午垂轴色差，子午慧差，子午场曲，弧矢场曲图示：初级球差（0视场像斑大)，轴向色差（0视场各色像斑分散），垂轴色差（各色斑上下分离得厉害）。

zemax像差图分析

初级像差深入近轴光线和远轴光线的概念。

近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。

缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。

总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。

镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。

以下就分别介绍五种不同性质的单色像差：球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。

从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。

但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。

球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。

小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。

大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。

必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。

球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。

在照相镜头中，光圈(孔径)数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。

我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差是在轴外成像时产生的一种像差。

这种轴外光束引起的像差就称为彗差。

彗差的大小既与光圈(孔径)有关，也与视场有关。

我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈(孔径)来减少彗差对成象的影响。

像散也是一种轴外像差。

与彗差不同，像散仅仅与视场有关。

ZEMAX中像差分析及理解

ZEMAX中像差分析及理解1、轴上点球差和轴向色差、轴上点垂轴色差在ZEMAX的分析菜单中有“longitudinal aberration”项目，实际上就是“轴上点的球差分析”，不过直译过来是“纵向像差”，这实际上是外国人的说法罢了。

在这个分析图中，纵轴是“光瞳”，横轴是“像差”值。

分析图描述了F、d、C三个描述光波的球差情况，实际上也反映了轴向色差的情况，就是F、C光的数值差。

在“Ray Abberation”(横向特性曲线)的0视场分析图中，也反映了轴上点像差和轴向色差的情况。

在该分析图中，数值反映的是“在像面上，各个孔径的光线与像面交点的高度与主光线与像面交点高度的差值”。

轴上点与其差别为：其中是几何像差表示的轴上点球差，表示的是横向特性曲线数值，是该对子午光线出射夹角。

轴上点的“垂轴色差”就是“Ray Abberation”0视场的F、C光线数据差值。

2、轴外球差和轴外色差“Ray Abberation”光性特性曲线其他分析图反映的是物面不同高度或者不同视场的“轴外点球差和轴外点色差”，但是都反映的是像面上交点高度的差。

需要获得确切的数据值需要角度之间的转换，这是比较复杂的一件事情。

但是，从图上我们可以反映出轴外点球差和色差的大体值，一般而言其数据不会超出一个数量级。

3、彗差与色彗差“Ray Abberation”不但反映了系统球差和色差的大体情况，而且反映了彗差的情况。

按照像差理论，彗差是与孔径和视场都有关的一个像差，主要反映了经过光学系统后与主光线原对称的光线对不再与主光线对称的情形，能量上反映了对于中心点的不对称，也就是“彗尾现象”。

彗差的大体数值可以使用以下方法大体判断。

如图。

特性曲线的端点代表代表光线对在像面上的不同交点，连接两点与纵轴有一个交点A，B。

A点与原点的距离大体上可以描述该视场下的彗差数值。

而AB两点之间的距离表示两种不同波长光之间的“色彗差”。

4、场曲、畸变和像散、色场曲、色畸变场曲和畸变是有专门的特性曲线描述的。

zemax像差知识总结

zemax像差知识总结第一篇：zemax像差知识总结一、zemax的spot diagram的看图方式说明光学设计程序zemax中有个很常用的评测光学系统质量的分析工具－spot diagram，中文翻译就是点图，借助它可以形象的对光学系统成像进行很好的描述。

这里写下本人对spot diagram的体会和认识。

可以通过多种方式在zemax中显示点图，方式一：直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮；方式二：选择菜单Analysis-Spot Diagrams-Standard。

点图的原理是显示光学系统在IMA面上的成像。

换句话说，它就是通过计算，把一系列物方的点通过光学系统以后，成像在IMA面上的情况给实际绘制出来。

为了表现方便，它可以选择一系列预定的模板形式，具体来说，比如一个在轴上的点，从无限远成像到IMA面上，zemax就模拟在无限远有若干个发光点，这些点平行射入入瞳，然后经过光学系统，最后成像在IMA面上。

显然如果光学系统是完美的光学系统，那么这些点成像点为一个理想的点。

但对于实际的光学系统，就会成像为一个弥散斑。

那么这个弥散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。

同理，在非轴上点，也可以参照主光线的角度和位置，形成一系列的发光点，经过入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一个弥散斑。

如何通过spot diagram看光学设计的质量，简单说，这个弥散斑越小越好。

如果你发现弥散斑足够小，满足你对光学系统最小弥散斑的要求（spot diagram的单位是微米）那么你的光学系统就完全可以进行实际的加工了。

换句话说，就是你的光学系统已经可以设计完成了。

如何才知道你的光学系统足够的好？这里有个参考，就是airy斑的参考。

airy斑是物理光学的一个概念。

它指出在形成的弥散斑直径在2.44*F*(主波长)以内的时候，该光学系统可以认为是理想（完美）光学系统。

这样当你在spot diagram图中，在setting菜单中，设置显示airy斑。

zemax像差知识总结

一、zemax的spot diagram的看图方式说明光学设计程序zemax中有个很常用的评测光学系统质量的分析工具－spot diagram,中文翻译就是点图，借助它可以形象的对光学系统成像进行很好的描述.这里写下本人对spot diagram的体会和认识. 可以通过多种方式在zemax中显示点图，方式一：直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮;方式二：选择菜单Analysis-Spot Diagrams—Standard。

点图的原理是显示光学系统在IMA面上的成像.换句话说，它就是通过计算，把一系列物方的点通过光学系统以后,成像在IMA面上的情况给实际绘制出来。

为了表现方便，它可以选择一系列预定的模板形式，具体来说，比如一个在轴上的点，从无限远成像到IMA面上，zemax就模拟在无限远有若干个发光点，这些点平行射入入瞳,然后经过光学系统,最后成像在IMA面上。

显然如果光学系统是完美的光学系统，那么这些点成像点为一个理想的点。

但对于实际的光学系统，就会成像为一个弥散斑。

那么这个弥散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。

同理,在非轴上点，也可以参照主光线的角度和位置,形成一系列的发光点，经过入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一个弥散斑。

如何通过spot diagram看光学设计的质量，简单说，这个弥散斑越小越好。

如果你发现弥散斑足够小,满足你对光学系统最小弥散斑的要求（spot diagram的单位是微米）那么你的光学系统就完全可以进行实际的加工了。

换句话说，就是你的光学系统已经可以设计完成了.如何才知道你的光学系统足够的好？这里有个参考,就是airy斑的参考.airy斑是物理光学的一个概念。

它指出在形成的弥散斑直径在2.44＊F*(主波长）以内的时候，该光学系统可以认为是理想(完美)光学系统.这样当你在spot diagram图中，在setting菜单中，设置显示airy斑。

然后发现你的点图完全都在airy斑环之内，你就可以认为你的光学系统设计已经完美。

zemax光学设计像差分析

4. 计算精度较高
[返回本章要点]
§10-5 球色差、几何色差与波色差的关系 [返回本章要点]
一、球色差
边光环带的 F、C 波面相交，但 F、C 光由于球差存在，在其它环带波面不相交，称球色差。二、几何色差与波色差的关系
一般光学系统：
，校正色差要求：
此时
校正色差
当 0.707 环带
相当于
几何色差——带光消
例：
§10-4 色差的波像差表示[返回本章要点]
近轴光线的光程之差。
二.（D-d）法求波色差的优点 1. 不需再计算 F、C 的实际光路； 2. 校正 WFC，可通过 δn 的改变达到，而保持 nD 不变 3. 通过修改 rk 使 Dk 改变，可以校正残余的 WFC
波色差——边光消，0.707 带有最大剩余波色差，该最大值为极小。
§10-6 光学系统的像差容限 [返回本章要点]
像差校正到什么程度的像差是允许的？（根据使用条件）
一、小像差系统（如目视光学仪器）——瑞利判据（要求
）
1. 色差 2. 球差
①当 U 很小，
，
②当 U 有一定大小，
，
，
（边光不一定恰好校正到零，允许残余 1 倍焦深）
以下动画是一个实际光学系统成像质量随离焦量变化的情况[返回本章要点]
二、轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系[返回本章要点]
轴外任意一点的像差，可以用
两个分量表示
波差 W 应表示成与这两个分量之间的关系
可导出
推
沿子午截线的波像差
导
曲线对 sinU'轴所围的面积表征波像差的大小。参考点为高斯像点.
但高斯像点亦不一定是最佳参考点
与
也不能同时满足。

zemax初学入门像差分析报告各种图像

各种像差图表初级球差大的点列图由于外圈的蓝光大，而红光和青光比较集中，由两个情况引起。

一．蓝光的球差比较大二．轴向色差比较大初级球差大的垂轴像差此图像差由两个情况引起：一．球差在0.8到1视场的球差比较大二．轴向色差在0.8到1视场的轴向色差比较大由图看出其弧矢场曲，子午慧差，垂轴色差大。

由图，其像斑左右宽，判断其弧矢慧差和弧矢场曲大三色的像斑不重合，分开的比较大——垂轴色差比较大由图判断出，其子午慧差，弧矢场曲大和子午垂轴色差大其子午垂轴像差曲线弯曲的厉害－子午慧差大其弧矢垂轴像差在原点处的斜率大－弧矢场曲大其子午垂轴像差的各色差曲线垂轴向分离的距离大－子午垂轴色差大对于此图的子午垂轴色差在全视场0.6孔径处垂轴色差小，在全视场负孔径处垂轴色差大。

例：全视场-0.5孔径处。

子午慧差大的情况由于其子午垂轴像差弯曲的厉害——子午慧差大其慧差和垂轴色差大由于像斑有尾巴向上，有正的慧差。

像斑有向下的尾巴，有负的慧差。

各色斑不重合，上下分离的厉害，有垂轴色差。

由图看出，其轴向色差中间部分稍大，而且其图线弯曲的厉害，故高级轴向色差比较大由图看出，其慧差比较大，有向下的慧尾，其慧差为负值。

初级球差，子午慧差，子午轴外球差，子午场曲和弧矢场曲大初级球差——0视场垂轴像差曲线中，各色曲线比较集中，轴向色差不大，但是在接近全孔径的时候，曲线偏离横轴厉害，故初级球差大。

子午慧差——在子午垂轴像差曲线中，曲线弯曲的厉害。

子午场曲——在子午垂轴像差曲线中，0孔径部分曲线的斜率比较大。

弧矢场曲——在弧矢垂轴像差曲线中，0孔径部分曲线的斜率比较大。

子午轴外球差——在子午垂轴像差曲线中，全视场全孔径两端连线与0孔径切线的夹角大。

此图中还包含着高级子午慧差像差。

由图看出，包含有高级子午场曲，高级畸变由图看出其轴向色差和初级球差大轴向色差，初级球差，垂轴色差慧差可能还大些由图看出初级球差大——0视场的像斑看出轴向色差——0视场各色像斑重合的不好，形成了光环由图看出垂轴色差，初级球差，轴向色差，弧矢场曲大和子午场曲大图示：垂轴色差，轴向色差大轴向色差——各色曲线上下分离的厉害弧矢场曲——弧矢垂轴像差曲线在原点处切线的斜率大子午慧差——子午垂轴像差曲线两个端点连线与Y轴交点离原点比较远图示：垂轴色差大垂轴色差——各色光曲线上下分离的厉害图示：初级球差，轴向色差初级球差——垂轴像差曲线离X轴比较远轴向色差——各色曲线上下分离的厉害图示：初级球差，轴向色差初级球差——0视场的像斑比较大轴向色差——各色光的像斑没有重合，分离的厉害图示：初级球差（主要是在全孔径处），轴向色差（主要是在全孔径处），子午垂轴色差，子午慧差，子午场曲，弧矢场曲图示：初级球差（0视场像斑大），轴向色差（0视场各色像斑分散）,垂轴色差（各色斑上下分离的厉害）。