像差与色差
像差光焦度分配计算
像差光焦度分配计算像差是光线通过光学系统时所产生的偏离理想成像的程度。
光学系统的像差会导致图像模糊、失真、畸变等问题，因此对于光学系统的像差进行分析和修正显得十分重要。
像差主要包括球差、色差、像散、畸变等多种类型。
其中，球差是由于光线通过球状镜面时会发生不同位置的折射率不同，导致光线聚焦位置不同而产生的像差。
色差是由于不同波长的光线的折射率不同而产生的像差。
像散是由于光线通过非球面镜面时会发生聚焦位置随孔径大小变化而导致的像差。
而畸变是由于光线通过离中心位置越远的光学元件时会发生不同位置产生的畸变而产生的像差。
在进行像差光焦度分配计算时，我们需要首先了解光学系统的结构和具体参数，然后根据系统的光学设计理论和方法进行计算和分析。
通常的计算方法有几何法、光线追迹法、波动光学法等。
在应用光学系统设计软件进行像差光焦度分配计算时，一般可以按照以下步骤进行：1.系统参数的输入。
根据实际的设计要求和系统的结构，输入对应的参数，包括光线的入射孔径、波长、折射率等。
2.像差的计算。
根据系统参数和光学设计理论，通过软件进行像差的计算。
根据不同的像差类型，可以选择相应的计算方法。
比如，对于球差，可以通过计算球差曲线的高度差来获得球差光焦度；对于色差，可以计算色差光焦度等。
3.分析和优化。
根据计算结果，分析像差的分布和程度，找出存在的问题和改进的方向。
根据设计要求，对系统的参数进行调整和优化，以达到最佳的光学性能。
总的来说，像差光焦度分配计算是利用光学设计软件进行的一种分析和优化光学系统的方法。
通过准确的计算和分析，可以得到系统的像差分布，从而进行调整和优化，以获得更好的成像效果。
关于像差、慧差、球差、场曲、畸变、色差的名词解释
关于像差、慧差、球差、场曲、畸变、色差的名词解释1。
球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
2。
慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。
彗差属轴外点的单色像差。
轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜后，不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型如彗星，故称“彗差”。
3。
像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。
4。
场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。
5。
畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。
6。
色差：由白色物点向光学系统发出一束白光，经该光学系列折射后，组成该束白光的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色光，不能会聚于同一点，即白色物点不能结成白色像点，而结成一彩色像斑的成像误差，称为色差。
球差、慧差所引起的成像模糊现象称为光晕。
像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑。
当前后移动像平面至某一位置（弧矢像面）时，弥散光斑变成垂直于光学系统弧矢面的短线s。
当前后移动像平面至另一位置（子午像面）时，弥散光斑又变成垂直于光学系统子午面的短线t。
在子午像面和弧矢像面之间可以找到一弥散光斑最小的成像平面，而在其余位置只能得到一介椭圆形弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。
像差校正的一些常用方法
像差校正的一些常用方法像差校正是一种用于消除光学系统中的像差的方法。
像差是由于透镜或反射镜的形状和材料引起的，会导致成像质量下降。
下面将介绍一些常用的像差校正方法。
1.使用球面透镜来校正球面像差球面像差是由于光线通过透镜或反射镜时，不同位置的光线聚焦在不同的焦点上引起的。
如果使用球面透镜，则可以通过选择适当的曲率半径来校正球面像差。
曲率半径较小的透镜会使光线聚焦于近焦点附近，而曲率半径较大的透镜则会使光线聚焦于远焦点附近。
2.使用非球面透镜来校正非球面像差非球面像差是由于光线通过透镜或反射镜时，光线的折射发生变化而引起的。
非球面透镜可以通过非均匀的曲率分布来校正非球面像差。
具体而言，非球面透镜的曲率半径在不同的位置上有所不同，以使光线的折射发生变化，从而校正非球面像差。
3.使用棱镜来校正色差色差是由于不同波长的光线透过透镜或反射镜时，折射/反射的角度不同而引起的。
一种常见的色差校正方法是使用棱镜。
棱镜可以根据光的波长将光线分离成不同的颜色，并使不同颜色的光线以不同的角度通过。
通过适当选择棱镜的形状和材料，可以校正色差。
4.使用多个透镜组合来校正各种像差实际光学系统中常常存在多种像差，这需要采用组合透镜的方法进行校正。
例如，可以使用多种透镜的组合来同时校正球面像差和色差。
通过适当选择组合透镜的参数，可以实现对多种像差的校正。
5.使用涂层来减少反射和折射损失光学元件表面的反射和折射会导致光线的损失。
为了减少这种损失，常常在光学元件表面涂覆一层特殊的涂层，称为抗反射涂层。
抗反射涂层可以使光线的反射损失减小，从而提高光学系统的传输效率。
总结起来，像差校正是通过选择合适的透镜形状和材料、使用适当的棱镜和涂层等方法，来消除光学系统中的各种像差。
这些方法可以单独使用，也可以组合使用，以实现更好的校正效果。
光学系统的像差_色差
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轴向色差
上图中，波阵面（λ）可看作球心在O1’处的一个 球面，波阵面（λ+δλ）则可看作中心在O2’ 处、半径不同的另一个球面。O1’到O2’的距离就 是轴向色差，是一种纵向像差。 作为波像差的轴向色差，从图上的几何关系可推 导出，初步近似值： 系数 不同于波像差展开式中的b1, 向色差量。 表示轴
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色差
上述对主要色差的讨论中，我们假定只有被考虑 的像差出现在系统中，其他所有像差均设为0。 由前面两个横向与轴向像差的波像差公式可知， 光瞳与视场坐标的幂次和为2。因此，主色差是 二阶波像差（一阶横向像差）。
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魏葰
1
色差
轴向色差（Axial Chromatic Aberration）也 可简称为axial color，须看作像位置的色变化 量或色焦移量。 横向色差（Lateral Chromatic Aberration） 或放大倍率的色差，或简称为lateral color， 是像大小的色变化量。 波像差不仅可以表示单色像差，也可以表示色 差。要做到这点，需要满足一些条件。
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光学系统的像差 色差
魏葰
色差
色差（Chromatic Aberration）是由于波长 改变导致折射率变化而引起的变化量。 所有的单色像差都有色变化量。 非正式地，可以说色彗差（colored coma）、 色像散（colored astigmatism）等等。 球差的色差有一个单独的名称：色球差 （spherochromatism）。 改变近轴或高斯参量的折射率，如轴向像位置 和像大小，也会造成色差的变化，这些色差描 述主要的色像差。6源自横向色差7
横向色差
如上图所示，波长λ的波阵面作为参考球面，作 近似处理，波长λ+δλ的波阵面是一个具有几乎 相同半径且相对于参考球面倾斜的球面。 O1’到O2’的距离就是横向色差，是一种横向像 差。 对应的波像差与孔径和视场的关系如下式： 系数 不同于波像差展开式中的b2, 向色差量。 表示横
畸变产生的原理是
畸变产生的原理是畸变产生的原理可以从物理学和光学学科的角度来解释。
首先从物理学角度来看，畸变是指光线经过透镜（或反射镜）后的光路偏差，导致图像形状、尺寸或位置的失真。
主要包括球差、像差和色差。
1. 球差：当光线入射于非平行光轴的位置时，由于光线折射速度与角度有关，不同位置的光线经过透镜后焦距不同，从而导致像场不均匀的现象，形成球差。
球差会使得中心和边缘的光线聚焦位置不同，从而产生形状和尺寸的畸变。
2. 像差：像差是指光线通过镜面或透镜后，由于光的折射和反射特性以及镜片的非理想几何形状而引起的光线聚焦位置和光轴之间的偏离。
常见的像差有桶形畸变和枕形畸变。
桶形畸变是指像场向外凸出，使得图像中心变窄，边缘变宽。
相反，枕形畸变是指像场向里凹陷，使得图像中心变宽，边缘变窄。
像差会导致图像形状的扭曲。
3. 色差：色差是指不同波长的光线通过透镜后聚焦位置不同，形成色差现象。
由于透镜对不同波长的光的折射率不同，使得光线的折射角发生变化，从而导致色差。
常见的色差有纵向色差和横向色差。
纵向色差是指焦点在不同距离上的不同波长光线的偏离，导致像平面上的红、绿、蓝层叠位置不一致。
横向色差是指光线通过透镜后产生色差，使得中心和边缘的光线聚焦位置不同。
其次从光学学科的角度来看，镜头的设计和制作过程中也会引入一些误差，如曲面的不规则、形状的不对称等，这些误差也会导致畸变。
同时，透镜的折射和反射本质上是基于波动理论，而波动的本质是波长和介质之间的相互作用，因此也会产生不同波长光线的相位和振幅的差异，进而导致畸变的出现。
为了减小和纠正畸变，工程师们通过优化透镜的设计和材料选择、调整光学系统的参数、使用特殊的光学元件等方法来减少畸变的影响。
此外，数字图像处理技术也可以用来纠正光学系统中的畸变，例如通过软件校正图像的形状和尺寸，使其与真实场景更加一致。
总之，畸变产生的原理可以从物理学的光学性质和光学系统的设计与制造误差两个角度来解释。
显微镜的性能参数
δ＝0.61λ／NA δ数值越小，显微镜分辨本领越强。因此，用短 波长的光，增大 NA 可提高显微镜的分辨能力。优质 光学显微镜的分辨接近0.2μm 。
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分辨率与放大率
显微镜的分辨率和放大率是两个相互联系的参 数，与照射光的波长和显微镜数值孔径有关。当选 用的物镜数值孔径不够大、分辨率不够高时，显微 镜不能分清物体的细微结构，此时过度增加放大倍 数，得到的只是一个大轮廓但模糊的图像。此时的 放大率称为无效放大。反之，若分辨率较高而放大 倍数不够时，虽然图像清晰但因太小也可能不被人 眼清晰地观察。
要观察到清晰的物像，应合理匹配显微镜物镜
的数值孔径与显微镜的放大倍数，才能保证放大率
是有效的。有效放大率（Me）用肉眼分辨率 δ眼 与
显微镜分辨率 δ 的比值表示。
Me＝δ眼／δ返回目录 Nhomakorabea0（四）视野
视野又称视场，是指通过显微镜所能看到的标 本范围。视野成圆形。视野大小决定于物镜的倍数 及目镜光阑的大小，小放大倍数和大光阑可获得较 大的视野，反之则视野较小。
NA＝n sinβ
数值孔径是评价显微镜性能的重要参数。常用 媒介物的折射率≤ 1.515（香柏油），β＜90°，sinβ ＜1，因此数值孔径范围在 0.05～1.40之间。
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（一）数值孔径
数值孔径 NA＝n sinβ
低数值孔径 较高数值孔径 最高数值孔径
干物镜
干物镜
油浸物镜
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（二）放大率
M＝（250 L q）／（f1f2） Ｌ为镜筒长度， f1为物镜焦距，f2为目镜焦距．
物镜和目镜的焦距越短，越有利提高显微镜的放 大率，但减少工作距离不方便使用。实际观察时， 常用目镜放大率与物镜放大率的乘积表示M。
光学系统成像的像差的描述
光学系统成像的像差的描述在光学系统中，成像的品质受到多种因素的影响，其中最主要的因素之一就是像差。
像差是指光学系统由于各种原因导致成像结果与理想成像结果的差异。
在实际应用中，我们需要尽可能减小像差，以获得清晰、准确的成像。
1.球差球差是由于光线通过透镜时，不同离轴位置的光线聚焦点与光轴上的光线聚焦点不一致而产生的像差。
球面透镜会使离轴光线聚焦于球心之前或之后，从而导致像差。
为了减小球差，可以采用非球面透镜或者多个球面透镜组合的方法。
2.色差色差是指不同波长的光线通过透镜后，其聚焦点位置不同所引起的像差。
由于光线的折射率随着波长的不同而变化，所以不同波长的光线在经过透镜后会有不同的折射效果，从而导致色差。
为了减小色差，可以采用消色差透镜、复合透镜等方法。
3.像散像散是指透镜或者光学系统在聚焦光线时，不同位置的光线聚焦点不在同一平面上而产生的像差。
像散分为径向像散和切向像散两种。
径向像散是指光轴上的光线与离轴光线在像平面上的聚焦点不一致，而切向像散则是指光轴上的光线与离轴光线在像平面上的聚焦点不在同一条直线上。
为了减小像散，可以采用适当的光学元件，如棱镜等。
4.畸变畸变是指光学系统在成像过程中，使得直线或者平面失真的现象。
畸变分为径向畸变和切向畸变两种。
径向畸变是指光线通过光学系统后，离轴的像点与光轴上的像点之间的距离不一致，而切向畸变则是指光线通过光学系统后，离轴的像点与光轴上的像点之间的位置关系不一致。
为了减小畸变，可以采用非球面透镜或者适当的校正方法。
5.散焦深度散焦深度是指光学系统在成像过程中，能够保持清晰成像的距离范围。
当物体与透镜或者光学系统的距离超出散焦深度时，成像会变得模糊不清。
散焦深度受到孔径大小和焦距的影响。
为了增加散焦深度，可以使用小孔径和长焦距的透镜。
光学系统成像的像差是由于光线经过透镜或者光学系统时，由于各种因素导致成像结果与理想成像结果的差异。
常见的像差包括球差、色差、像散、畸变和散焦深度等。
像差与色差
像差：球差，慧差，像散，场曲，畸变。
理想的成像与光学系统的实际成像之间的差异。
1.球差：平行于主轴的光线，经过凸透镜发生折射后，边缘与中心部分的折射光线在透镜光轴上不能会聚相交在一点。
离主轴近的光线会聚后离透镜远，离主轴远的光线会聚后离透镜近。
（轴上的物点发出的光线入射进透镜时，数值孔径越大的光线，其折射越强，与光轴相交时偏离理想成像的位置也就越大）2.慧差：又叫侧面球差，它是由于与主轴不平行的光线通过透镜折射会聚所形成的一种像差。
产生原因：主要是由于透镜边缘一带的光线与透镜主轴一带的光线所会聚的焦点位置和影像大小有差别。
影像一端宽大虚散而较暗，另一端则窄小清晰而较亮，如同拖带尾巴的彗星一样。
用缩小光圈的办法可在一定程度上减小因彗形象差所引起的缺陷。
3.像散：凡是由侧面射来的光线，通过透镜折射后，在底片边缘部分不能同时呈现出横竖线条都清晰的影像而产生像散。
所以像散也叫纵横像差。
（检查摄影镜头是否有像散现象，只需将镜头对着十字交叉线条来调焦即可）4.场曲：当垂直于主轴的平面物体经镜头成像时，如果在底片的平面上不能使中心部分和边缘部分的影像都清晰，只能在一个球面上达到影像清晰的效果，这种像差就是像场弯曲。
（产生原因：是由球面形状的镜头表面和平坦的胶片表面存在不平行的对照所引起的。
由通过镜头轴心的光线所产生的）。
5.畸变：由于透镜对同一物体不同部分有不同的放大率，因而使影像产生变形扭曲的现象，越是边缘的部分就越明显，这种像差就叫畸变。
（畸变现象有两种不同的表现形式：当边缘部分的放大率大于中心部分的放大率时，影像的直线将向中心凹进弯曲，称作枕形畸变，又叫正畸变；当边缘部分的放大率小于中心部分的放大率时，影像的直线将向四周突出弯曲，称作桶形畸变，又叫负畸变。
色差：轴向色差，倍率色差。
具有各种颜色的平面物体所反射的光线，通过透镜后不能同时聚焦在胶片平面上形成清晰的影像，这中成像差别就是色差现象。
产生色差的原因，是因为不同颜色的光线的波长不同。
几何像差与色差
u3 u5 u7 u9 sin u u 3! 5! 7! 9!
三级像差(或初级像差)----5种： 1) 球差(spherical aberration) 2) 慧差(coma) 3) 像散(astigmatism)和场曲(curvature of field) 4) 畸变(distortion)
M C
(b) 场曲的矫正
S
(a) 场曲的特征
图2.5-5 场曲及其矫正
C：明晰圆 M：子午焦面 S：弧矢焦面
加光阑 像散和场曲的校正： 复合透镜 非球面透镜；
说明：单个透镜的场曲可通过在透镜前适当 位置上放置一小孔屏来矫正，但像散 要通过复杂的透镜组来矫正。
5 畸变(Distortion)
球差的校正：
3 慧差(Coma) 靠近光轴的物点发出的大孔径光线不聚焦于一点. 通过透镜孔径不同通光环带的光线，形成的圆盘像逐渐错开。 Y
慧尾形的弥散像 X
P
慧差的产生
慧差的定量： H he hc
dH > 0 --- 正慧差 dH < 0 --- 负慧差
不同大小慧差的照片
慧差的校正：
像散的产生
像散现象
弧矢焦线 子午焦线
子午面：主光线和光轴 的平面 弧矢面：包含光轴并垂 直于子午面 慧差的定量：
最小弥散圆
L l s l t
dL > 0 -- 正像散差 dL < 0 -- 负像散差
主光线
弧矢焦线 lt ls 子午焦线
P Q L 光轴 明晰圆 子 午 焦 线
子午 椭圆 明晰 椭圆 弧矢 焦线 光斑 圆 光斑 焦线 像平面附近的像散光斑
又： C 公用，故： MCQ Q'CM
几何像差与色差
慧差的校正：
不同大小慧差的照片
加光阑； 复合透镜； 非球面透镜；
不晕点---同时消除了球差和慧差的一对共轭点。
需满足阿贝正弦条件：n´y´sinu´=n y sinu
4 像散(Astigmatism)和场曲（Curvature of field）
轴外物点发出的同心 光束，水平方向和竖 直方向的光线的聚焦 点在不同平面上。
像
散
像散现象
的 产
生
最小弥散圆 主光线
弧矢焦线 子午焦线
子午面：主光线和光轴 的平面
弧矢面：包含光轴并垂 直于子午面
慧差的定量：
L ls lt
dL > 0 -- 正像散差
dL < 0 -- 负像散差
最小弥散圆
主光线
弧矢焦线 lt
ls 子午焦线
P Q
L
光轴
明晰圆
子 午 焦 弧矢焦线 线
图 像散
与像散结伴而生
场曲
DL L
物平面
C S (a) 场曲的特征
图2.5-5 场曲及其矫正
M
S
C
(b) 场曲的矫正
C：明晰圆 M：子午焦面 S：弧矢焦面
像散和场曲的校正：
加光阑 复合透镜 非球面透镜；
说明：单个透镜的场曲可通过在透镜前适当 位置上放置一小孔屏来矫正，但像散 要通过复杂的透镜组来矫正。
子午 椭圆 明晰 椭圆 弧矢 焦线 光斑 圆 光斑 焦线
像平面附近的像散光斑
平面物
子午像面
弧矢像面
图 平面物的像散成像
(4) 像（场弯）曲
物平面上不同点对应的明晰圆不 在同一垂轴平面，其轨迹可能构 成一个空间曲面。场曲的结果， 使得像平面上不同离轴区域出现 不同程度的模糊
像差的名词解释
像差的名词解释在我们的日常生活中，我们经常会遇到一些名词，其中有一个名词叫做“像差”。
那么，什么是像差呢？在光学中，像差是指当光线通过透镜或其他光学系统时，由于透镜或系统的缺陷而导致成像不完美的现象。
像差会影响我们对物体的观察和认识，因此在光学领域中对像差的研究和解决是非常重要的。
在光学中，常见的像差有球面像差、色差、畸变等。
首先，让我们来了解一下球面像差。
球面像差是由于透镜曲率半径不均匀，导致透镜焦点不一致而产生的像差。
当光线通过透镜时，球面像差会使得成像位置不准确，使得物体无法完全清晰地呈现在成像平面上。
为了减少球面像差，通常在透镜表面添加抛物面或者使用非球面透镜来校正。
其次，我们来说说色差。
色差是指在透镜或光学系统中，不同波长的光由于折射率不同而导致不同位置的成像。
这会导致色散现象，即在白光透过透镜时，不同颜色的光被聚焦在不同的位置上，使得成像产生色彩偏差。
色差的解决方案包括使用多重镜片组合、使用折射率与波长关系特殊的材料以及涂层技术，以减少或消除色差现象。
最后，让我们来谈一下畸变。
畸变是指光线在通过透镜或光学系统时，由于光线在不同位置的折射率不同而导致的图像形状变形现象。
畸变可以分为径向畸变和切向畸变。
径向畸变是指图像的尺寸随距离中心轴线的远近而产生变化，而切向畸变是指图像沿着中心轴线的方向呈现出弯曲形态。
为了解决畸变问题，我们可以通过透镜设计和光学系统布局优化来减少或校正畸变。
像差是光学领域中一个重要的概念，它影响着我们对物体的视觉感知和成像质量。
在现代光学技术的发展过程中，科学家们通过不断研究和创新，逐渐找到了解决像差问题的方法。
例如，光学镜头的设计和制造工艺的不断改进，使得镜头在成像质量、色散和畸变方面得到了极大的提升。
此外，高级光学材料和涂层技术的应用也为减少像差做出了贡献。
在如今的光学应用中，像差问题已经得到了较好的解决。
例如，高分辨率的摄影镜头、显微镜、望远镜等设备的出现，使得我们能够捕捉到更加清晰和真实的图像。
离轴光路像差
离轴光路像差
离轴光路像差，是指在离开了主光轴的情况下，光线在通过透镜等光学元件后，汇聚在成像平面上所产生的偏差。
这种偏差可以分为三种类型，分别为色差、像散和场曲。
一、色差
色差是离轴光路像差的一种，其产生的原因在于透镜对不同波长光线的折射率不同，所以在经过透镜后，不同波长的光线会汇聚在不同的位置上，形成各自的像差。
色差的表现形式比较明显，通常在离轴区域会呈现出一些彩色边缘。
二、像散
像散是指在光线入射角发生改变的情况下，不同位置的像点发生位移的现象。
像散的产生与透镜的成像中心有关，如果成像中心偏离主光轴，那么像散就会出现，像散的表现一般是在图像边缘出现模糊或失真。
三、场曲
场曲是在透镜或其他光学元件的长轴和短轴存在差异的情况下出现的一种偏差。
场曲的主要表现形式是，在同一成像平面上，不同位置的像点产生的物距是不一致的。
如何解决离轴光路像差？
一般来说，解决离轴光路像差，需要采取一些特殊的设计手段，比如在透镜的设计中，需要考虑透镜形状、透镜表面形态与曲率等因素，以保证在离轴区域也能达到比较理想的成像效果。
对于特殊用途的光学系统，需要进行一定的折衷调整，优化系统的响应曲线，才能达到预期的成像效果。
总之，离轴光路像差是影响光学成像质量的一个重要因素，在实际应用中，对离轴光路像差的研究和解决，将有助于进一步提高光学系统的成像质量。
像差的种类
像差的种类(Aberration)
物体通过光学系统后其成像不能准确无误地再现物体原形的现象叫做像差。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧高级像差
波像差倍率色差位置色差色差畸变场曲像散彗差球差单色像差几何像差初级像差像差 1、球差：当沿着光轴的平行入射光不能完全聚焦时，我们称为「球面像差」。
透镜的球面像差
反射镜的球面像差
2、彗差：倾斜于光轴的平行入射光无法完全聚焦的情况，我们称为「彗星像差」。
原来一个黑点拍成相片后变成一个类似彗星拖著尾巴的成像,称之为彗星像差
3、像散（Astigmatism）：因为物体经由透镜成像时,常会发生X轴与Y轴的聚焦点不一致.
4、场曲：即使光学系统能完美地聚焦，但是却常发生它们的聚焦平面与我们希望的成像平面不一致。
因此透镜会有挠度（bending）的设计.
5、畸变：基本上变形的发生不能看似完全的像差。
它并不是因为影像的聚焦不良所致，相反的它是清晰的成像，但是却发生与原来的物体的外型不一致。
6、色差：若是不同的颜色光线有不同的聚焦点，我们称为「色像差」.通常红色光的焦距比蓝光大一些。
7、波像差:从物点发出的波面经理想光学系统后，其出射波面应该是球面.但实际光学系统存在像差，实际波面与理想面就有了偏差。
当实际波面与理想波面在出瞳处相切时，两波面间的光程差就是波像差。
离轴光路像差
离轴光路像差离轴光路像差是指光线通过非轴向光学系统时产生的图像偏差。
在光学系统中，轴线是指光线传播的主要方向，而离轴光路则是指光线在非轴向方向上的传播。
由于光线在非轴向上传播时会发生折射、反射等现象，因此会导致图像的像差。
离轴光路像差是光学系统中不可避免的问题之一。
离轴光路像差的产生原因主要有以下几个方面：1. 几何像差：光线在通过非轴向光学系统时，会发生折射和反射，导致光线的传播方向发生改变。
这种光线的偏折会导致图像的位置发生偏移，从而产生几何像差。
2. 色差：光线在通过非轴向光学系统时，不同波长的光线会因为折射率的不同而发生色散现象。
这种色散会导致图像的不同色彩部分位置发生偏移，从而产生色差。
3. 像散：离轴光线在通过非轴向光学系统时，由于光线折射角度的不同，会导致像场的不同位置成像位置不一致。
这种现象称为像散，会导致图像边缘模糊或失真。
4. 形状畸变：离轴光线在通过非轴向光学系统时，由于光线的折射和反射，会导致图像的形状发生变化。
这种形状变化称为形状畸变，会导致图像失真。
离轴光路像差对光学系统的性能和成像质量有重要影响。
为了减少离轴光路像差，可以采取以下措施：1. 优化光学设计：在光学系统的设计过程中，可以通过优化光学元件的形状和位置，以及选择合适的材料和涂层，来减少离轴光路像差。
2. 使用非球面透镜：非球面透镜可以在离轴光路上实现更好的像差校正效果，可以有效减小离轴光路像差。
3. 使用复合透镜系统：复合透镜系统由多个透镜组成，通过透镜的组合和排列方式，可以有效地减小离轴光路像差。
4. 使用数字图像处理技术：通过数字图像处理技术，可以对离轴光路图像进行校正和修复，减小离轴光路像差对图像质量的影响。
离轴光路像差是光学系统中不可避免的问题，但可以通过优化设计和使用合适的光学元件来减小其影响。
离轴光路像差的研究和改善对于提高光学系统的成像质量和性能具有重要意义。
通过不断地研究和改进，相信在未来会有更好的方法和技术来解决离轴光路像差问题，进一步提高光学系统的性能。
像差
像差像差（全称色像差， aberration）是指实际光学系统中，由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致，与高斯光学（一级近似理论或近轴光线）的理想状况的偏差。
像差主要分为球差、彗差、场曲、像散、畸变、色差以及波像差。
词条对上述像差进行了详细的介绍。
1像差简介像差一般分两大类：色像差和单色像差。
色像差简称色差，是由于透镜材料的折射率是波长的函数，由此而产生的像差。
它可分为位置色差和放大率色差两种。
单色像差是指即使在高度单色光时也会产生的像差，按产生的效果，又分成使像模糊和使像变形两类。
前一类有球面像差、彗形像差和像散。
后一类有像场弯曲和畸变。
实际工作中光学系统所成的像与近轴光学(Paraxial Optics，高斯光学)所获得的结果不同，有一定的偏离，光学成像相对近轴成像的偏离称像差。
由于像差使成像与原物形状产生差异。
复色光引起的色像差简称色差；非近轴单色光则引起单色像差。
初级像差又分为五种，分别为：球面像差、彗形像差、像散、像场弯曲和畸变五种。
摄影影头因制作不精密，或人为的损害，不能将一点所发出的所有光线聚焦于底片感光膜上的同一位置，使影像变形，或失焦模糊不清。
实际的光学系统存在着各种像差。
一个物点所成的像是综合各种像差的结果；此外实际光学系统完全可以不调焦在理想像平面处，这时像差（指在这个实像面上的像斑）当然也要变化。
在天文上常用光线追迹的点列图来表示实际像差；也可用波像差来表示像差，由一个物点发出的光波是球面波，经过光学系统后，波面一般就不再是球面的。
它与某一个基准点为中心的球面的偏离量，乘以该处介质的折射率值，称为波像差。
赛德尔的五像差[1]1856年德国的赛德尔，分析出五种镜头像差源之于单一色（单一波长）。
此称为赛德尔五像差。
2球差在共轴球面系统中，轴上点和轴外点有不同的像差，轴上点因处于轴对称位置，具有最简单的像差形式。
当轴上物点的物距L确定，并以宽光束孔径成像时，其像方截距随孔径角U（或孔径高度h）的变化而变化，因此轴上物点发出的具有一定孔径的同心光束，经光学系统成像后不复为同心光束。
[像差专题]初像差深入
![[像差专题]初像差深入](https://img.taocdn.com/s3/m/47f8cef526fff705cc170afb.png)
[像差专题]初级像差深入1，近轴光线和远轴光线的概念。
近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。
缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。
总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。
镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。
以下就分别介绍五种不同性质的单色像差。
球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。
从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。
但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。
球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。
小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。
大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。
必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。
球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。
在照相镜头中，光圈数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。
我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈来减小球差的影响。
彗差是在轴外成像时产生的一种像差。
从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上并不是成一个点的像，而是形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状象彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。
这种轴外光束引起的像差就称为彗差。
彗差的大小既与光圈有关，也与视场有关。
我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈来减少彗差对成象的影响。
像散也是一种轴外像差。
与彗差不同，像散仅仅与视场有关。
由于轴外光束的不对称性，使得轴外点的子午细光束（即镜头的直径方向）的会聚点与弧矢细光束（镜头的园弧方向）的会聚点位置不同，这种现象称为象散。
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像差：球差，慧差，像散，场曲，畸变。
理想的成像与光学系统的实际成像之间的差异。
1.球差：平行于主轴的光线，经过凸透镜发生折射后，边缘与中心部分的折射光线在透镜光轴上不能会聚相交在一点。
离主轴近的光线会聚后离透镜远，离主轴远的光线会聚后离透镜近。
（轴上的物点发出的光线入射进透镜时，数值孔径越大的光线，其折射越强，与光轴相交时偏离理想成像的位置也就越大）
2.慧差：又叫侧面球差，它是由于与主轴不平行的光线通过透镜折射会聚所形成的一种像差。
产生原因：主要是由于透镜边缘一带的光线与透镜主轴一带的光线所会聚的焦点位置和影像大小有差别。
影像一端宽大虚散而较暗，另一端则窄小清晰而较亮，如同拖带尾巴的彗星一样。
用缩小光圈的办法可在一定程度上减小因彗形象差所引起的缺陷。
3.像散：凡是由侧面射来的光线，通过透镜折射后，在底片边缘部分不能同时呈现出横竖线条都清晰的影像而产生像散。
所以像散也叫纵横像差。
（检查摄影镜头是否有像散现象，只需将镜头对着十字交叉线条来调焦即可）
4.场曲：当垂直于主轴的平面物体经镜头成像时，如果在底片的平面上不能使中心部分和边缘部分的影像都清晰，只能在一个球面上达到影像清晰的效果，这种像差就是像场弯曲。
（产生原因：是由球面形状的镜头表面和平坦的胶片表面存在不平行的对照所引起的。
由通过镜头轴心的光线所产生的）。
5.畸变：由于透镜对同一物体不同部分有不同的放大率，因而使影像产生变形扭曲的现象，越是边缘的部分就越明显，这种像差就叫畸变。
（畸变现象有两种不同的表现形式：当边缘部分的放大率大于中心部分的放大率时，影像的直线将向中心凹进弯曲，称作枕形畸变，又叫正畸变；当边缘部分的放大率小于中心部分的放大率时，影像的直线将向四周突出弯曲，称作桶形畸变，又叫负畸变。
色差：轴向色差，倍率色差。
具有各种颜色的平面物体所反射的光线，通过透镜后不能同
时聚焦在胶片平面上形成清晰的影像，这中成像差别就是色差现象。
产生色差的原因，是因为不同颜色的光线的波长不同。
不同波长的色光在通过透镜时有不同的折射率，所以它们不能在一个平面上形成焦点。
1.轴向色差：光轴方向上的成像偏移叫“轴色差（也叫纵向色差）”；
2.倍率色差：结像平面上的偏移叫做“倍率色差”。