光學設計基本上就是像差的平衡設計，通過初期的目標參數(shù)制定、初始結(jié)構(gòu)選型、初始結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計算、像差的校正平衡與像質(zhì)評價、公差分析等這些過程來進行的。今天我們?yōu)榇蠹医榻B一下三種光學中的典型像差！

　　像散是距離光軸較遠的軸外光束經(jīng)過光學系統(tǒng)之后，成像位置的不同導致的成像差異。一般，軸上物點不產(chǎn)生像散，距離光軸越遠像散越大。

　　簡單來說，像散就是由于子午光束所形成的子午像面與弧矢光束形成的弧矢像面的不重合。

　　場曲是當一個平面的物平面經(jīng)過光學系統(tǒng)后形成的曲面的像平面的像差，分為子午場曲與弧矢場曲，當像散為零時的像面彎曲稱為匹茲瓦爾彎曲。

　　在下面公式中，x't表示弧矢方向的場曲，x's表示子午方向的場曲。

　　如圖下圖所示。一般而言，對于某一視場，當存在像散時，必定存在場曲，但當存在場曲時，不一定有像散。

　　常見的像散案例就是人眼的散光，由于人眼的散光存在，所以看圖像或者文字時，子午方向（豎）與弧矢方向（橫）不能同時看清楚，一般采用柱面鏡來進行矯正。

　　在投影系統(tǒng)中，沒有校正好的場曲表現(xiàn)出來的是，畫面中心調(diào)焦清楚，邊緣會變模糊，而邊緣調(diào)清晰時，中間又會模糊，整個投影畫面類似于一個碗狀。

　　像散與光學鏡頭的各個透鏡的光焦度配比、透鏡的曲率半徑、視場角及口徑有關(guān)。

　　畸變一般指成像系統(tǒng)所成的實際像與理想像存在一些差異，如下圖所示，可以得知，它是垂軸像差，只改變了軸外的成像會聚點位置，雖然不影響成像的清晰度，但是使像的形狀產(chǎn)生了失真與變形。

　　畸變有正負之分，一般把正畸變稱為：枕形畸變；負畸變稱為：桶形畸變。

　　畸變與視場角有關(guān)，光軸中心沒有畸變，所以對于大視場的投影系統(tǒng)來說，必須校正畸變。透鏡的厚度，曲率半徑以及孔徑光闌位置都影響畸變的貢獻。

　　一般通過在光學系統(tǒng)中遠離光闌位置使用非球面，可以較有效的校正畸變。另外，對于單薄透鏡或者薄透鏡組，當孔徑光闌與它重合時，不產(chǎn)生畸變。

　　當光闌位于單透鏡的前、后不同情況下，產(chǎn)生的畸變符號正好相反，因此有些制版物鏡就是采用光闌位于透鏡中間的方式來校正畸變。

　　設計光學系統(tǒng)需要優(yōu)秀的輔助工具。在眾多的光學軟件中，Zemax是一套很受關(guān)注的光學設計軟件。它集成了光學系統(tǒng)的概念、設計、優(yōu)化、分析、公差分析和文件整理功能。Zemax在前不久正式發(fā)布了21.3的新版本！新版支持為下一代光學系統(tǒng)的微型化所需的復雜幾何形狀建模。