在广角镜头、成像物镜还有相机模组的设计过程中，经常会碰到这样一种情况：镜头中心的画面看起来很清楚，可一到边缘部分就开始发虚、拉伸，或者对比度下降。Zemax OpticStudio里的视场设置，并不是随便填几个角度或者高度就行的，它的作用是定义光线从物体表面的哪些位置发射出来。如果视场类型选得不对，边缘视场的取值和中间的采样点安排得不合理，那后面再去分析MTF和像差，结果就没什么参考价值了。按照官方教程的说明，视场数据需要在System Explorer中的Fields区域进行配置。

　　一、Zemax中怎样设置视场范围

　　在动手设视场之前，要先分清楚当前的设计到底属于无限共轭系统，还是有限共轭系统。像远景镜头、望远系统还有普通的相机镜头，用角度来定义视场通常会更合适一些；而那些近距离成像的系统，直接用物高来定义往往更直观。

　　1、打开视场数据编辑器

　　顺着菜单【Setup】→【System Explorer】，把【Fields】这一项展开，然后点一下【Open Field Data Editor】。在弹出来的Field Data Editor窗口里，需要填写X方向视场、Y方向视场，还有每一个视场的权重。对于旋转对称的系统来说，一般先把Y方向的视场填好就行了；但如果系统里存在偏心、倾斜，或者是矩形的画幅，那还得把X方向和对角线方向的视场也一起补进去，这样才能把像面覆盖完整。

　　2、选择合适的Field Type

　　在视场属性里面找到Field Type这一栏。无限共轭系统多数选【Angle】，单位是度；有限共轭系统可以选【Object Height】，单位会跟着镜头的单位走；如果是按照固定的像面尺寸来设计，也可以去用【Paraxial Image Height】或者【Real Image Height】。其中Real Image Height这种类型，需要靠迭代追迹来确定主光线的位置，所以计算起来会稍微慢一点。

　　3、增加中心和边缘的采样点

　　不要只在表格里填最中心的一个视场和最边缘的一个视场。举个例子，如果边缘视场是5度，那起码要加上0度、3.5度和5度这三个点；碰上广角系统，还可以在中间和对角线位置再多设几个采样点。每一个视场都能够单独设置权重，如果优化的时候觉得边缘的像质比较关键，可以适当把边缘视场的权重调高一些，但也别把中心视场的权重降得一点不剩，否则中心可能会变得很差。官方的单透镜示例里面，用的也是中心、中间和边缘三个视场。

　　二、视场边缘像质下降时该怎么排查

　　如果发现边缘的像质开始变差，不要只盯着一张点列图（Spot Diagram）来回看，最好把MTF、场曲、畸变和渐晕这几个东西放在一块儿去判断，这样更容易找到真正的毛病出在哪儿。

　　1、先看看MTF是怎么跟着视场变化的

　　进入【Analyze】→【MTF】→【FFT MTF vs.Field】，把需要关注的那条空间频率给选上。这张分析图会把MTF值随着视场角变化而变化的趋势画出来。如果中心部分的曲线还算正常，到了边缘哪里突然就掉下去了，那就说明问题是集中在离轴那片区域；要是Sagittal和Tangential这两条曲线分得很开，那就要特别去怀疑是不是像散在捣乱了。

　　2、再查看场曲和畸变的情况

　　从【Analyze】→【Aberrations】→【Field Curvature and Distortion】进去，场曲图能帮我们看清Sagittal和Tangential方向的焦面偏离了多少，畸变图则能让我们判断边缘的图像有没有被拉伸或者压扁。如果边缘的失焦非常明显，别只靠移动整个像面的位置去解决，因为中心和边缘常常没办法同时调到同一个最佳焦面上。

　　3、检查渐晕和镜片的通光口径

　　边缘射出来的光线，往往更容易被镜片的实际口径、光阑或者机械零件的边缘给挡住。把系统的布局图调出来，专门看一看边缘视场那些光线的走向，再去核对每片镜片的半口径（Semi‑Diameter）、光阑的摆放位置和渐晕因子（Vignetting Factors）。OpticStudio里面就是用渐晕因子来描述边缘光束被截去了多少。如果发现边缘照度不够、点列图里光斑缺了一个角，或者MTF出现反常的陡降，那这一项就得优先排查。

　　三、边缘像质调整之后要怎么确认

　　每次改完了镜片的曲率、空气间隔、光阑位置，或者是非球面的系数之后，都不能只盯着边缘是不是变好了，还得把全部的视场重新检查一遍才放心。

　　1、确认视场数值本身有没有填错

　　先回头核一下设计规格里给的，到底是全视场角还是半视场角，这两者差了一倍。矩形的传感器还要把水平方向、垂直方向和对角线方向的视场区分清楚。要是输入的数值一开始就弄错了，那后面边缘分析的结果不是被放大了就是被缩小了，参考意义就不大了。

　　2、重新把中心和边缘放到一起比较

　　同时打开点列图、FFT MTF vs.Field以及场曲和畸变图，看看调整前后的变化。边缘改善之后，得保证中心的MTF没有明显掉下来，畸变也要继续控制在项目允许的范围里面。

　　3、复杂系统记得检查Ray Aiming

　　当入瞳的位置发生了比较明显的移动，或者光瞳出现了较强的偏移和倾斜的时候，可以去检查一下Ray Aiming那几项设置。按照官方的说明，Ray Aiming的作用是去找出能够准确填满光阑面的那些物方光线，特别适合拿来处理光瞳畸变或者偏移比较厉害的系统。

　　总结

　　在Zemax里设置视场范围，以及排查边缘像质为什么会下降，操作上的顺序可以这样来记：先在【System Explorer】→【Fields】里面选对视场类型，再把中心、中间和边缘的视场补齐；发现边缘模糊的时候，依次去查看MTF随视场的变化、场曲与畸变图，还有渐晕和通光口径；每次调整完参数之后，都要重新对比所有视场的像质，不能只顾着把边缘修好，结果却让中心的像质或者畸变变差了。