场曲：像面弯曲

1）场曲的概念

场曲也叫像面弯曲，是指同一个平面内的物体经过光学系统后，所有平面物点聚焦后的像面不与理想像面重合，而是呈现为一个弯曲的像面，这样的现象称为场曲。有时候可以理解为视场聚焦后像面的弯曲。场曲是一种与孔径无关的像差，靠减小光圈（孔径）并不能改善因场曲带来的像质的模糊。

用存在场曲的镜头拍照时，当调焦至画面中央处影像清晰时，画面中央处的影像就模糊；而当调焦至画面四周影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊，无法在平直的像平面上获得中心与四周都清晰的像。因此，在某些专用照相机中，故意将底片处于弧形位置，以减少场曲的影响。由于广角镜头的场曲比一般镜头大，在拍团体照（经常使用广角镜头）时采用略带圆弧形的站位排列，就是为了提高边缘视场的像质。

为了进一步说明场曲（Field Curvature）在ZEMAX 中的体现，可以打开一个双胶合透镜，点击“Samples\Sequential\Objectives\Doublet.zmx”，打开3D 视图，如图2-25 所示。

图2-25　3D 视图

从3D 视图中可以看出，3 个视场的最佳焦点位于一个曲面上，如图2-26 所示。对于双透镜系统，是存在场曲的。

图2-26　3 个视场最佳焦点曲面

打开光斑图，如图2-27 所示。从光斑图在不同视场中的变化，可以看出场曲的存在。

图2-27　光斑图

2）场曲在ZEMAX 中的表示

在ZEMAX 分析菜单栏下的像差分析中，有一个专门查看场曲的分析功能，点击“Analyze→Aberrations→Field Curvature and Distortion”，如图2-28 所示。

图2-28　场曲和畸变

图2-28 的左半部分表示系统的场曲情况，可以看到子午和弧矢方向上场曲大小。

在像模拟功能中可以看到实际物面成像后像面模糊情况，打开“Analyze→Extended Scene Analysis→Image Simulation”，如图2-29 所示。(www.xing528.com)

图2-29　像分析

从像分析图可以看出场曲对成像质量的影响，由于像面位于近轴焦平面，所以模拟得到的图像中心区域非常清晰，边缘很模糊。

当然也可以查看在赛得尔像差系数和柱状图，得到场曲的大小，如图2-30 和图2-31 所示。

图2-30　赛得尔像差系数

图2-31　赛得尔像差系数柱状图

像差系数表格中，方框内是场曲的像差系数，用FCUR 表示场曲。

场曲像差系数柱状图中，用Field Curvature 表示场曲。

3）场曲的校正

已知场曲是由于视场因素造成的，可以通过优化视场光阑的位置来减小场曲。同样，也可以使用对称结构来有效地减小场曲。

另外，可以使用匹兹伐（Petzval）镜头形式来消场曲。打开“Samples\Sequential\Objectives\Petzval.zmx”，3D 视图如图2-32 所示。

图2-32　匹兹伐镜头3D 视图

打开该结构的“Field Curvature and Distortion”，如图2-33 所示。

图2-33　匹兹伐镜头的场曲和畸变