光学系统基础像差之像散

像散的概念

像散是因为轴外物点发出的光通过光学系统后,光斑在像面上子午方向和弧矢方向不一致导致的。本质是因为在子午方向和弧矢方向光程不相等,从而形成了弥散斑。

像散类似于大家日常所提到的散光,就是因为人眼角膜在上下和左右的弯曲程度不同,从而导致人眼看到的上下和左右方向的景物清晰度不同。透镜系统如果出现同样的问题,也就导致像散。

像散的表示

设置透镜基本参数如图所示,并设置三个视场。

通过3D视图可以默认看到子午面的光线图

略微旋转角度就能分别看到子午面和弧矢面

通过标准点列图,能够明显看到轴外视场出现类似于椭圆光斑状态,并且对比三个视场发现,中间视场的椭圆度明显更大。

所以重新回到3D视图中,仅选择第二视场,详细看下出现像散的几何光线原因。因为从光斑中看到子午方向尺寸更大,所以在3D光线中重点看子午面,发现在像面上光线并没有处于完全聚焦的状态。

并且对比一下弧矢面的光线状态,能够明显发现两者差异,弧矢面已经在像平面前完成聚焦。

针对子午面和弧矢面汇聚位置不同这个现象,利用离焦点列图进行分析可以更加明显的看出来。像下图中,以150μm作为间隔进行叫评估,会发现针对中间视场来说,前后存在竖直和水平光斑。

通过像差分析展示光线光扇图,可以看到在Px和Py存在明显差异,因此存在较大像差。

在波前和干涉图中也同样能够看到像散对应状态

通过赛德尔系数,看到像散的实际大小。

参考资料:Zemax中文版|光学设计从入门到精通

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