zemax之初级像差理论与像差校正——球差

一、初级像差理论

1.1厚透镜初级像差

由于结构和机械强度的需要，任何光学透镜都具有一定厚度。对于正透镜其边缘厚度一般不应小于3mm；对于负透镜，中心厚度不应小于透镜孔径1/10~1/15，以防止安装和固定变形。

除此之外透镜的厚度还有功能：（1）透镜厚度作为光学结构参数的变量，其变化可以使透镜的焦距发生变化等（2）透镜厚度作为校正像差的变量，通过厚度的变化可以校正光学系统的像差，在双高斯型照相物镜中，是利用两块近乎对称的厚透镜来校正像差。

1.2薄透镜初级像差

如果一个透镜组的厚度与其焦距比较可以忽略，这样的透镜组被称为薄透镜组。 

1.3像差校正与平衡 

选择初始结构后，利用计算机进行光路计算，求出全部像差，并画出各种像差曲线。从像差曲线上可以分析得到主要是哪些像差影响光学系统的成像质量，从而找到改进方法，进行像差校正。

一般高级像差是无法校正，只能降低到允许的范围内，然后改变初级像差符号和数量，把初级像差和高级像差降到最小，使系统实现尽可能好的成像质量。

有些情况某一像差无法校正，需要用其他像差来补偿，即像差平衡。像差平衡时，不需要将所有像差都校正到最小，关键是各种像差的平衡：轴上点与轴外点的平衡、各个视场间像差的平衡、各种像差的正负号平衡，这样才能使所有像差对一个统一像面达到最小，整个系统具有最佳成像质量。 

二、像差及校正

实际上光学系统的成像是不完善的，光线经过光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。

常见的初级像差有球差、慧差、像散、场曲、畸变5种单色像差以及位置色差和倍率色差2种色差。

2.1球差 

球差也叫球面像差，是指轴上物点发出的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，在像面上形成圆形弥散，