色像差

像差概念的来源

实际光学系统中，存在着远轴区产生的实际像与近轴区产生的理想像之间的偏离。此时，从物体上任一点发出的光束通过光学系统后不能会聚为一点，而形成一弥散斑，使像不能严格地表现出原物体形状，这就是像差。

简介

用白光进行成像时，除了每种单色光仍会产生五种单色像差外，还会因不同色光有不同折射率造成的色散，而使不同的色光有不同的传播光路，从而呈现出因不同色光的光路差别而引起的像差，称之为色像差（简称色差）。色像差因性质不同而分为位置色差和倍率色差两种。 

位置色差

定义

位置色差是描述2种色光对轴上物点成像位置差异的色差。

举例

正透镜位置色差图示：

负透镜位置色差图示;

色差严重影响光学系统成像性质，一般光学系统都必须校正色差。可以用正负透镜适当组合来校正位置色差。

影响位置色差的主要因素

（1）随孔径角的增大而增大；

（2）与光学材料的折射率和色散率有关；

（3）与透镜的焦距有关。

倍率色差

定义

倍率色差是一种因不同色光成像的高度（也即倍率）不同而造成的像大小差异的色差。

它是以两种色光（此即F光和C光）的主光线在高斯像面上的交点高度之差来度量，以符号

表示之。

举例

倍率色差图示：

倍率色差随视场的增大而增大，由于倍率色差的存在，使物体边缘呈现彩色，从而，造成白光所成的像呈现彩色斑。

对于一般光学系统来说，球差、慧差和位置色差这三种对对成像性质影响较大，所以首先考虑消除，因人眼具有自动校正色差功能，故影响成像质量主要是球差和慧差。

影响倍率色差的主要因素

（1）随视场的增大而增大；

（2）与光阑位置有关；

（3）与光学材料的折射率和色散率有关

单色像差

分类

球差——轴上点宽光束像差；

彗差——轴外点宽光束像差；

像散——轴外点细光束像差；

像面弯曲（简称场曲）；

畸变；

1.球差：

轴上物点以宽光束成像时产生的像差。

不同孔径角的光线所成的像点相对于理想像点的位置偏离。

由于此球差是沿光轴方向度量的，也称为轴向球差。

正透镜球差图示：

球差的存在，使像面上形成一个弥散斑，其半径称为垂轴球差。

影响球差的主要因素：

（1）随物方孔径角的增大而增大 ；

（2）与透镜形状有关 ；

（3）与焦距有关，焦距越长，球差越小。 [3]

轴外像差

彗差——轴外点宽光束像差；

像散——轴外点细光束像差；

像面弯曲（简称场曲）；

畸变 。

1.慧差：

子午面：由轴外物点B和光轴组成的对称面。

弧矢面：通过主光线和子午面垂直的面。

主光线：由轴外物点B发出并通过入瞳中心的光线。

（1）子午彗差：子午面上、下光线的交点BT′到主光线在垂直光轴方向的偏离，称为子午彗差，用符号KT′表示。

（2）弧矢彗差：弧矢面上前、后光线的交点BS′到主光线在垂直光轴方向的偏离，称为弧矢彗差，用符号KS′表示。

畸变的产生

对于一般实际光学系统来说，只有在近轴区垂轴放大率才是常数。当视场增大时，像的垂轴放大率便会随视场变化而异，这将会使像相对于原物失去相似性。这种使像变形的成像缺陷就称为畸变。

如光学系统存在正畸变即实际像高大于理想像高，所成的像为枕形，负畸变则成桶形。

畸变只引起变形，不影响像的清晰度

光学系统对共轭面上不同高度的物体垂轴放大率不同产生畸变。

像失真，但不影响像的清晰度（是由于垂轴放大率不同）。

光学设计的意义

尽管光学系统有一系列像差，而且一般总不能将其完全校正和消除。但由于人眼和所有其它光能接收器也有一定的敏感缺陷，只要使得各种像差的数值小于一个容许的限度，人眼和其它光接收器还是觉察或反映不出其成像的不完善性。这样的光学系统从实用意义来说，可认为是理想的。

来源：网络