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光学设计中不可忽略的平晶像差

2021-12-14 17:59| 发布者：Davis| 查看：2212| 评论：0|原作者: 静水流深光学

摘要：在光学设计中，平晶像差是一项不能忽略的因素，特别是在涉及到平行平板如滤光片、分色片、衰减片等时。本文使用ZEMAX软件模拟了不同状态下平板对系统像差分布的影响，包括与光轴垂直和有夹角两种情况，并分析了平行平板在光学系统中的位置以及所带来的杂散光等因素。

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作者：获悉+静水流深光学

时间：2021年10月09日

字数：1300左右

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光学系统中经常使用到平行平板，例如滤光片，分色片，衰减片，偏振片，封窗，分光镜，保护玻璃等等，基本上无处不在。实际光学系统设计过程中，通常很多人在设计初期都会忽略这个平行平板，导致最终产品受其影响，首先我们用一个镜头简单模拟下，如果前期设计未考虑，后期多了一个平板的后果。

单单从传函就可以直观看出，系统传递函数明显变差，而且图中红色圈圈特征，表示系统有球差在其中。

接下来我们来用ZEMAX软件模拟下实际过程中，平板处于不同状态下，对系统像差分布的影响。平行平板主要分为与光轴垂直，与光轴有一定夹角。前者常是滤光片，衰减片之类的，后者则多是分束片或者分色镜。另外，还需要分析平行平板是处于光学系统中什么状态，分为平行光路中，非平行光路（多为会聚光路）中。

首先我们构建一个理想的光学系统（利用近轴面表示），入瞳直径50mm，焦距150mm，视场正负1度，可见光波段，如下所示：

可以看出完全都是处于理想状态，无任何像差。

第一种：在理想透镜前加入平行平板，分别与光轴垂直与有45度夹角，两种状态，如下所示：

分别制作好，这两种状态后，查阅像差分析图和传递函数图，完全没有变化，和上面一样。可能这就是一种比较完美的状态，但是事实和我们想的总是不一样。首先，当光学系统入瞳直径变大的时候，滤光片可能无法做大，此时平行光路就不合适了，除非先加缩束系统；其次，有些滤光片是和探测器集成好的，就在后面会聚光路中，没办法选择；最后，平行平板在平行光路中很容易带来杂散光，大家手机拍摄太阳，灯等的时候就会发现鬼像就是这个原因，由于手机镜头前的蓝宝石保护窗带来的杂散光。