zemax像差图分析报告
zemax光学设计像差分析
光线——波面的法线
波像差——实际波面对理想波面的偏离
轴上点 A 以单色光成像
存在球差
,A'M交理想波面于M，
即为波差。（以理想波面为基准，右负左正）
一、轴上点的波像差及其与球差的关系[返回本章要点]
球差相当的波像差为以u'2 为纵坐标，以δL'为横坐标的球差曲线 与纵轴所围面积的一半 【推导】
当物方无穷远时，u’=h/f’
离焦
离焦 垂轴离焦：对各条光线 δy'均改变同样值。->坐标平移 沿轴离焦：纵轴转一角度,以形成尽可能相等的大小相同、符号相反的小 面积
注意 1. 垂轴离焦只为评价像质，轴向离焦才为确定最佳像面位置。
[返回本章要点]
2.
沿轴离焦只能对某一视场而言，不同的视场有不同的沿轴离焦要求，不能同时满足。
3. 轴向离焦中
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
1.当仅有初级量时
讨论 以波长为单位时，
边缘处波像差最大。移动接收面，以接收 面为基准，则球差将改变，波像差曲线随之改变。称之为离焦
ZEMAX像差深入以像差各种图表分析
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。
b5E2RGbCAP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。
p1EanqFDPw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。
DXDiTa9E3d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。
RTCrpUDGiT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。
5PCzVD7HxA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。
ZEMAX中像差分析及理解
Z E M A X中像差分析及理解集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-Z E M A X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“longitudinalaberration”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“RayAbberation”(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“RayAbberation”0视场的F、C光线数据差值。
2、??轴外球差和轴外色差“RayAbberation”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“RayAbberation”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。
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像差图分析综述
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各种像差图详细分析
ZEMAX各种像差图详细分析头盔的定位传感系统是与光学系统同等重要的一部分。
它包括头部的定位和眼球的定位。
眼球的定位主要应用在瞄准系统上，一般采用红外图像的识别处理跟踪来获得眼球的运动信息。
头部定位采用的方法比较多，如超声波、磁、红外、发光二极管等的定位系统，头部的定位提供位置和指向六个自由度的信息。
对定位传感系统的要求是灵敏度高、延迟小，灵敏度低易受外界环境影响。
头盔电路控制系统一般与头盔显示器分开放置以减轻头盔重量，其连接系统在机载时的设计要考虑在紧急情况下能够迅速使头盔和飞机上的控制系统脱离，保证飞行员的安全。
头盔是显示器的固定部件，由于显示器的重量在头的前部，这使头盔的中心发生了变化，容易产生疲劳，因此赢在头后部加配重保持重心不变。
用来描述HMD光学系统的几个重要参数：●视场（FOV）●出瞳●Optical eye relief●光通量●分束器传递（beamsplitter transmission/反射系数）（针对see-through HMD）●调制传递函数（MTF）●色差●畸变●场曲●放大率●鬼像●重量●重心●体积虽然光学材料的发展已经有了显著地进步，但是最好的成像质量还是由玻璃得到的，不幸的是玻璃是最重的光学媒介。
塑料光学元件有质量小和成本低的特点，在牺牲部分成像质量的代价下可以考虑采用。
全息元件的质量更轻。
折射光学系统设计中，使用全息分束器可以利用部分波长并且不产生多余的光强度。
人眼的瞬间视场是椭圆的，一般为垂直120°水平150°，双眼总视场为垂直120°水平200°。
光学系统的视场越大越好，但是FOV的尺寸被几个因素制约，包括重量，位置和分辨率。
影响设计参数最重要的一个指标为MTF，MTF是度量光学系统从输入到输出传递调制对比度的工具，MTF曲线横坐标为空间频率。
任何情况均可归结为一系列正弦曲线的空间频率，所以可以用来度量光学系统的像质损耗。
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）。
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。
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。
ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析#优选、
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。
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。
zemax像差图分析报告
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建模及像差分析
23
4.5 畸变
• 理想光学系统的一对共轭平面上的放大率相同，但实际 系统中，当视场较大时，放大倍率随着视场而改变，即 产生畸变。
畸变＝y' y0' y'
0
其中y'为实际像高；y' 为近轴像高 0
24
25
大畸变系统的应用
轴向球差
L' A1h12 A2h14 A3h16 ... L' a1U12 a2U14 a3U16 ...
垂轴球差
T ' A1h13 A2h15 A3h17 ... T ' a1U13 a2U15 a3U17 ...
轴向球差曲线
垂轴球差曲线 13
垂直球差所产生的弥散斑：
3.设计光波长的选取
通常选用F、D、C模式及蓝、绿、红；根据特殊需要选取其他波长。 3
4.镜片的输入
镜片半径 白色空气厚度
蓝色镜片厚度
镜片材料
4
5.建模后的2D图
5
二、 ZEMAX像差分析 1. 像差分类
轴上像差: 球差、彗差 轴外像差: 像散、场曲、畸变 色差：位置色差、倍率色差
• 单色像差 球差 彗差 像散 场曲 畸变
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垂轴像差曲线
由物面上一点发出的许多光线 经过光学系统后，由于存在像 差，在像面上这些点不交于一 点，不同孔径的光线在像平面 上的交点与主光线的交点的垂 轴偏差，即垂轴像差。它按照 瞳坐标和垂轴偏差所生成的曲 线就是垂轴像差曲线。
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5. 系统像质评价
5.1 几何像差曲线
31
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5.2 点列图
一、 ZEMAX建模 1.根据不同系统规格选取
【VIP专享】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。
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。
zemax光学设计像差分析
[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。
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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光线称远轴光线主光轴/isnonci.oon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。
实用文案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岀一束平行光线，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仔L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。
像散可以对照眼睛的散光来理解。
带有散光的眼睛，实际上是在两个方向上的晶状体曲率不一致，造成看到的点弥散成了一条短线。
象散也使得轴外成像的像质大大地下降。
像散的大小只与视场角有关，与孔径是没有关系的。
即使光圈开得很小，在子午和弧矢方向仍然无法同时获得非常清晰的像。
在广角镜头中，由于视场角比较大,像散现象就比较明显。
我们在拍摄的时候应该尽量使被摄体处于画面的中心。
这好象与构图要求不把主要表现对象放在图面正中央有些冲突，如何掌握就要看实际情况了。
场曲当拍摄垂直于光轴的平面上的物时，经过镜头所成的像并不在一个像平面内，而是在以光轴为对称的一个弯曲表面上，这种成像的缺陷就是场曲。
场曲是一种与孔径无关的像差。
靠减小光圈（孔径）并不能改善因场曲带来的模糊。
用存在场曲的镜头拍照时，当调焦至画面中央处影象清晰，画面四周影象就模糊；而当调焦至画面四周影象清晰时，画面中央处的影象又开始模糊，无法在平直的象平面上获得中心与四周都清晰的象。
因此在某些专用照相机中，故意将底片处于弧形位置，以减少场曲的影响。
由于广角镜头的场曲比一般镜头大，在拍团体照（经常使用广角镜头）时采用略带圆弧形的站位排列，就是为了提高边缘视场的象质畸变是指物所成的像在形状上的变形。
畸变并不会影响像的清晰度，而只影响像与物的相似性。
由于畸变的存在，物方的一条直线在像方就变成了一条曲线，造成像的失真。
畸变可分为枕型畸变和桶型畸变两种。
造成畸变的根本原因是镜头像场中央区的横向放大率与边缘区的横向放大率不一致。
如下图所示，如果边缘放大率大于中央放大率就产生枕型畸变，反之，则产生桶型畸变。
畸变与镜头的光圈F数大小无关，只与镜头的视场有关。
因此，广角镜头的畸变一般都大于标准镜头或长焦镜头。
无论是哪一种镜头，哪一种畸变，缩小光圈（孔径）并都不能改善畸变。
特别要注意镜头的畸变像差与透视畸变的并不是一会事。
镜头的畸变是镜头成像造成的， 在设计镜头 时可以采取各种手段（如非球面镜）来减小畸变。
透视畸变是由视点、视角、镜头指向（俯仰）等因素决定的，这是透视的规律。
无论是何种镜头，如果视点相同，视角相同，镜头指向相同的话，产生 的透视畸变是相同的下图中左边是枕型畸变（属镜头畸变），右边是广角畸变（属透视畸变），大家可以看岀两者之间的 区别。
镜头畸变一般是很小的，图中的畸变是我 PS 岀来的。
如果拍照片有这样大的畸变，相机就应 该丢到垃圾桶里去了。
镜头的成像是白光成像。
我们知道白光是由各种不同波长的单色光组成的。
而介质的的折射率是与波 无畸变 桶型畸娈汕皋镜头的边绎的牧大 舉大乎中间放大军•就 台发生枕型畸密同心 園的1S间師就不均勻. 郎边缘伺处大于中同闾____________________如架没有蹈銮“像h 物是完全檳愎的朗 同社I®之间的问距覆 均匀茁.矽彩的像仍 隸是診船 即舉磧头的边纯闵凶人 电不于中间敞大率.就 会发生桶型歸甕間心 圆餉像间距就不均匀. 即边綴间力小于中间筒 学掩形的像不再是拒 壯- yLs^KjFlCiQCJE最后再说一说色差。
由于我们拍摄的景物基本上都是彩色的（除了翻拍黑白文件稿等少数情况），可长有关的，因此成像时不同波长的光线会有差异，使得物上的点成像后产生色彩的分离，这种现象就称为色差。
色差可以分为位置色差和倍率色差两种。
前者是由于不同波长的光线会聚点不同而产生彩色弥散现象，后者是由于镜头对不同波长的光的放大率不同而引起的。
一般的镜头设计都进行了消色差计算。
但是，要完全消除色差是不可能的。
根据镜头的档次，价格不同，消色差可以对二种波长、三种波长或四种波长的光线进行计算。
比如，对四种波长进行的超复消色差镜头的价格就是非常高的了。
CANON公司还把菲涅尔透镜技术应用到镜头的消色差中去，这里就不展开了。
如有机会，我们将在其他文章中继续讨论。
各种像差图表OBJ： 0^000 DEC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。
蓝光的球差比较大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：.球差在0.8到1视场的球差比较大.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一一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。
由图看岀，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一一0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。
子午慧差一一在子午垂轴像差曲线中，曲线弯曲的厉害。
子午场曲一一在子午垂轴像差曲线中，0孔径部分曲线的斜率比较大。
弧矢场曲一一在弧矢垂轴像差曲线中，0孔径部分曲线的斜率比较大。
子午轴外球差一一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。
由图看岀，包含有高级子午场曲，高级畸变PUPIL PRDIJ5；占Z 別盹 HIl-LinETERSMILLIMETERS vl^riuna.Qor由图看出其轴向色差和初级球差大21 HB43d C.4W Q COI 色j&甲 4勺5 Z^V4*W £1 «4&I3« -i I (3 DJ-X F B I 1 d 』E 3<JI.I. 2" **Opiate Sett ingsItiniow I«t 即 wn轴向色差，初级球差，垂轴色差慧差可能还大些[pd^t$ Settings Print flindcw Text Zoom由图看出初级球差大0视场的像斑看出 轴向色差一一0视场各色像斑重合的不好，形成了光环TERNSUERME 民FT FfiN FLCITUW=ft 疋；Ufi IM"i bMK IBS * oi . latlit 6曲鸿Dm i.mi mm\ L5.2F6 !!1[Efl-p L .2509 IBGjlsnuhci^cori[ETi C5.WW 0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fI1LD lposiTiwr1.1*I lit41-lt M■轉* «_f*Q I It『LT SV K图示：垂轴色差，轴向色差大轴向色差一一各色曲线上下分离的厉害弧矢场曲一一弧矢垂轴像差曲线在原点处切线的斜率大子午慧差一一子午垂轴像差曲线两个端点连线与丫轴交点离原点比较远-- 1¥0+00, 1.000.000,25,00 OG ▼化心：£ “心1「卜严△丄"> > * * 屯・* * - *.-" i. t, A A ililltA t A ». !—小4.2' A鶴严』.十■■弋薜"°輝■■务■;片■耳岂■卫第**予.•■ * T • 4 * M** ■< * W *■ «■•嘩* 4曾寸廿■會Q.M# 0.66—0.000,17.50 DG中■■瞬ylsntjhCi.Gan图示：垂轴色差大垂轴色差一一各色光曲线上下分离的厉害0-00 RELATIVE图示：初级球差，轴向色差初级球差—垂轴像差曲线离X轴比较远轴向色差一一各色曲线上下分离的厉害图示：初级球差，轴向色差初级球差一一0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±riisu：' 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）。