球差产生的原因、定量分析和校正方法（zemax）

1、球差：球面像差，指物点发出光束通过球面透镜时，透镜不同孔径区域的光束最后汇集在光轴的不同位置，在像面上形成了圆形弥散斑。单透镜的球差不可消除。

特点：旋转对称。

原因：菲涅尔折射定律的公式 ：n1 x sin = n2 x sin 是非线性的，在近轴条件下是近似线性的，高斯公式才成立。越偏离轴偏转能力越强。

定量计算：在不同光瞳区域上的光线入射到像面后的垂直高度。

如图：

球差效果图

 

 2、zemax中的球差描述

光扇图（ray fan）：不同光瞳位置的光线在像上高度和主光线高度的差值。如图，Py = 1时，光线在像面上的高度对应光扇图的大小。（Py=1即光瞳边缘）

光扇图

 像面的点列图可以看出球差的特点：

 从光程差来看，球差的产生是因为波前相位的移动。

 3、球差的定量分析和校正方法

通过赛德尔系数来查看球差数据

 校正方法：

1、凹凸透镜补偿法

        凸面始终提供正球差，凹面始终提供负球差，可以通过增加凹凸面来减小球差。

2、非球面校正球差

         不能增加透镜时，常使用二次曲面来消除球差，即常说的conic非球面。以前文的单透镜为例。

 评价函数：

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