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镜头紫边（紫边现象）本质是色差与衍射效应共同作用的结果，核心成因可分为两类：

1. 色像差（Chromatic Aberration）
这是紫边的主要来源，分为轴向色差和横向色差。

◦ 轴向色差：不同波长的光（如红光、紫光）经镜头折射后，焦点位置不同，紫光焦点更靠近镜头，导致高光边缘出现紫色光晕。

◦ 横向色差：不同波长的光成像放大率不同，紫光成像尺寸与其他色光存在偏差，在画面边缘高光与暗部交界处形成紫色镶边。
低色散玻璃（如ED玻璃、萤石玻璃）或复消色差（APO）设计可有效抑制这类色差。

2. 衍射与传感器效应
小光圈场景下，光的衍射会使不同波长光的弥散斑差异更明显，紫光衍射角相对更大，容易凸显紫边；同时，相机传感器的拜耳阵列滤镜对紫色光的灵敏度和信号处理方式，也会加剧紫边的视觉呈现。
此外，高对比度场景（如逆光拍摄的高光边缘）会让紫边现象更突出。

Zemax中模拟与优化镜头紫边的具体步骤

紫边的核心是色像差，因此Zemax的模拟与优化需围绕轴向色差（Longitudinal CA） 和横向色差（Lateral CA） 的分析与校正展开。

一、 色差模拟与分析（核心步骤）

1. 设置多波长系统

◦ 打开Zemax，在 System Explorer > Wavelengths 中添加目标波段的波长，建议覆盖可见光范围（如 486nm 蓝光、587nm 黄光、656nm 红光，紫光可选 436nm），并将主波长设为视觉最敏感的 587nm。

◦ 勾选 Use Weighting，按实际需求设置各波长权重（如摄影镜头可参考人眼视见函数权重）。

2. 轴向色差分析

◦ 执行 Analysis > Aberrations > Longitudinal Aberration，选择 Chromatic 类型，查看不同波长的焦点偏移量。

◦ 图表中不同波长曲线的轴向偏移量，直接对应轴向色差大小，紫光与红光的焦点差越大，高光区域的紫色光晕越明显。

3. 横向色差分析

◦ 执行 Analysis > Aberrations > Lateral Color，选择目标视场（轴外视场横向色差更显著）。

◦ 输出结果中，不同波长的主光线高度差即为横向色差，紫光与其他色光的高度差越大，画面边缘的紫色镶边越严重。

4. MTF与成像效果验证

◦ 执行 Analysis > MTF > FFT MTF，勾选所有波长，观察不同波长MTF曲线的分离程度——分离越明显，色差导致的紫边越突出。

◦ 执行 Analysis > Image Simulation，导入高对比度测试图（如黑白边缘），直接查看成像结果中的紫边现象。

二、 色差优化（抑制紫边）

1. 玻璃选型优化

◦ 在 Lens Data Editor (LDE) 中，对关键镜片更换低色散玻璃：右键镜片的 Glass 列，选择 Glass Catalog，筛选高阿贝数（V_d）玻璃（如 Schott 的 N-BK7 是常规玻璃，N-FK51A 是低色散玻璃）。

◦ 采用消色差胶合组：将两片不同色散特性的玻璃（如冕牌玻璃+火石玻璃）胶合，通过 Solve > Cement 绑定曲率，抵消单镜片的色差。

2. 操作数优化

◦ 打开 Merit Function Editor (MFE)，添加色差相关操作数，强制优化系统色差：

◦ 轴向色差控制：添加 AXCL 操作数，设置波长对（如紫光 436nm 和红光 656nm），目标值设为 0。

◦ 横向色差控制：添加 LACL 操作数，选择目标视场和波长对，目标值设为 0。

◦ 运行优化（Tools > Optimization > Automatic），迭代至色差操作数收敛。

3. 公差分析（确保量产稳定性）

◦ 进入 Tolerance Data Editor (TDE)，添加玻璃色散系数（V_d）、折射率（n_d）的公差，以及镜片曲率、厚度的加工公差。

◦ 执行 Tolerance > Analyze，分析公差范围内色差的波动情况，确保量产镜头的紫边控制在可接受范围。

三、 辅助验证

优化完成后，再次执行横向色差分析和图像模拟，对比优化前后的紫边程度；若需更贴近实际拍摄效果，可在 System Explorer > Detector 中设置与实际相机匹配的像素尺寸和拜耳阵列类型。