像差

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像差是中国科技名词。

世界上最古老的四大文字系统，一是5500年前两河流域苏米尔人创造的楔形文字，二是5000多年前尼罗河流域古埃及人创造的圣书字，三是3300年前中国殷商时期的甲骨文，四是1500年前起源于中美洲的玛雅文字。其它文字都早已消亡，只有中国文字的发展未曾断裂，从商代一直传承至今，汉字是世界上现存最古老的文字，这是我们中华民族宝贵的文化遗产。

目录

名词解释

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。

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。

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。在孔径角很小的近轴区域可以得到物点成像的理想位置l′，任意孔径角U的成像光线偏离理想像点与光轴相交的位置为L′。我们把轴上物点以某一孔径角U成像时，其像方截距L′与理想像点的位置l′之差称为轴上点球差，又称为轴向球差。

与物高无关而与入射光瞳口径三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像点都成为同样大小的圆斑。轴上物点只有球差这一种像差。通过入射光瞳上不同环带的光线，经过光学系统后会聚在光轴上的不同点。这些点与近轴光的像点之差称为轴向球差。

单个折射球面的齐明点

对单个折射球面，可以证明，有三个物体位置可以不产生轴上点球差。这三个位置是：

1、物点位于球面的球心处，即所有光线将沿球面的法线方向入射，即入射角等于0；

2、物点位于球面的顶点处。此时不论U角如何，所有入射光线射向此点，经折射后也都将经此点离开，即像点也位于顶点。

3.物点位于 处，此时对于任意孔径角，有I'=U,U'=I。

彗差

位于光轴以外的物点，由于偏离了共轴球面系统的对称轴位置，成像后的光束聚焦情况比轴上点要复杂得多。

子午面是系统的对称面，也是光束的对称面，该平面内的光束经系统成像后仍位于该平面内。因此，可以用平面图形表示出子午光束的结构。

轴外物点B发出充满入瞳的一束光，这束光以通过入瞳中心的主光线为对称中心。考察主光线z和一对上下光线a、b。折射前，上下光线相对于主光线对称，而折射后，上下光线不再对称于主光线，它们的相交点偏离了主光线。

与物高一次方、入射光瞳口径二次方成正比的像差。若仅存在彗差，轴外物点发出的通过入射光瞳不同环带的光线，会在理想像平面上形成半径变化的并且沿视场半径方向偏移的像圈。它们的组合会使物点的像成为形状同彗星相似的弥散斑。

慧差是轴外物点以宽光束成像的一种失对称的垂轴像差，除了子午和弧矢两个截面外，其它截面也都有不同形式的失对称。如果入瞳为一圆环，轴外点进入系统的光线就是以物点为顶点、以主光线为对称中心的圆锥面光束，不同的孔径对应于不同大小的光锥。此光束经系统后，由于存在慧差，不复为对称于主光线的圆锥面光束，也不再会聚于一点，它与高斯像面相交成一封闭的复杂曲线，曲线的形状对称于子午面。光锥角度越大，失对称的程度也越大。整个入瞳可以看成由无数个大小不等的圆环组成，由轴外物点发出的所有通过这些圆环的圆锥面光束，经系统后在高斯像面上截得大小不等、形状不一、并在垂轴方向上相互错开的封闭曲线，最终叠加成一个形状复杂、对称于子午面的弥散斑。

孔径光阑对慧差的影响

慧差是由于轴外点宽光束的主光线与球面对称轴不重合，而由折射球面的球差引起的。如果将入瞳设置在球面的球心处，则通过入瞳的主光线与辅助光轴重合，此时轴外点同轴上点一样，入射的上下光线对将对称于该辅助光轴，出射光线也一定对称于辅轴，球面将不产生慧差。入瞳偏离球心越远，失对称的现象越严重，慧差也就越大。

场曲

设球面物体Q与折射球面R同心。由分析可知，垂轴平面上的物体不可能成像在理想的垂轴像平面上，这种偏离现象随视场的增大而逐渐加大，使得垂直于光轴的平面物体经球面成像后变得弯曲。

与物高二次方、入射光瞳口径一次方成正比的像差。若仅存在场曲，则所有物平面上的点都有相应的像点，但分布在一个球面上；若采用弯成此种形状的底片，则可获得处处清晰的像。此时在理想像平面上，像点呈现为圆斑。