球差控制操作数【ZEMAX操作数】

在光学设计中，对于球差的控制是必要的，那么在zemax中如何控制球差的大小，理解球差，以及使用相应操作数控制球差；
在这篇中主要写如何使用zemax操作数去控制或者消除球差，对球差进行简单的描述，之后写一篇详细的对球差的理解；

一、LONA操作数

二、SPHA操作数

三、TRAY操作数

四、球差概念

1、轴上球差（Axial Spherical Aberration）

2、垂轴球差（Tangential Spherical Aberration）

如果不懂这些操作数原理，或者不知道轴上球差和垂轴球差的概念，在文章后面也有一点描述；接下来比较直接的介绍操作数；

一、LONA操作数

计算指定波长和指定光束尺寸（光线对）的轴上物点的轴向球差

LONA：表示轴上物点指定波长、指定光束尺寸（光线对）的轴上成像交点到近轴焦平面之间的轴向距离。这个定义和我们定义的轴向球差相同。光瞳尺寸（光束尺寸）在0~1之间，那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。

二、SPHA操作数

SPHA：常用于指定面产生的像差数值。如果不指定特殊面（取值为0），则计算所有面产生球差总和。注意这个总和不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和，而是代数和。

经验：当选择LONA控制不住球差时，同时加入SPHA操作数，设置合理的权重，可以将轴向球差进一步改善。

LONA和SPHA区别：

LONA（Low order aberration correction）是一种近似球差校正的方法。它通过使用多个透镜组合来组成一个光学系统，每个透镜组合的球差互相抵消，以达到球差校正的效果。LONA方法需要精确计算透镜的位置和参数以实现球差修正。

SPHA（Spherical aberration correction）是通过调整透镜的曲率半径或使用具有特殊曲面形状的透镜来纠正球差。这种方法可以通过设计透镜的曲率半径和厚度来改变光线的传播路径，从而改善球差效果。

LONA（轴向像差）：LONA操作数计算的是指定波长和孔径区域上某根光线在当前像面上的离焦量，即轴向球差。它计算的是实际光线交点到理想焦点（近轴焦平面）之间的轴向距离。这个数值是有固定单位的，通常是毫米（mm）单位，并且它只计算在像面上的差值，不能指定表面，因为它是最终离焦量值。
SPHA（球差系数）：SPHA操作数计算的是指定表面所贡献的球差系数大小，它是一个无量纲单位，只是系数，表征了某个表面所贡献的球差大小。SPHA可以选择特定的表面，因为每个表面贡献的球差大小都不同，有正有负。例如，正光焦的表面贡献一般为正，而负光焦表面贡献为负。

三、TRAY操作数

TRAY：在ZEMAX中提供了一个操作数TRAY。TRAY定义为在像平面上，光线与像面交点到主光线的垂轴距离。通过定义光线对并使用SUMM操作数计算两个TRAY操作数的代数和，可以表征彗差的大小，这在一定程度上也与球差的控制相关。

这个主要追迹计算了垂轴像差。

对于分析球差的概念，主要还是通过LONA+SPHA分析轴上的球差；或者控制弥散斑的大小；

四、球差概念

球差（Spherical aberration）是一种光学系统中的常见像差，主要由球面透镜对不同角度入射光线的折射能力不同引起。理想情况下，光学系统希望光线能够精确地聚焦在一点上，但由于透镜或反射镜的球面形状，不同角度入射的光线经过折射或反射后，实际上会聚焦在不同的位置上。这种效应导致实际成像时，理想点光源在成像平面上形成一个弥散斑，而不是一个理想的点。球差是限制透镜分辨本领最主要的因素。

球差的分类

轴向球差：轴上物点发出的同心、宽光束经光学系统后, 不再是同心光束。对于不同孔径角（入射高度）的光线，将会聚在光轴不同的位置，相对于理想像点有不同程度的偏离。

垂轴球差：光束在高斯像面上并不是会聚于一个象，而是一个圆形的弥散斑。