像差

與高斯光學理想狀況的偏差現象

實際光學系統中,由非近軸光線追跡所得的結果和近軸光線追跡所得的結果不一致,這些與高斯光學(一級近似理論或近軸光線)的理想狀況的偏差,叫做像差。

賽德爾的五像差


賽德爾的五像差
1856年德國的賽德爾,分析出五種鏡頭像差源之於單一色(單一波長)。此稱為賽德爾五像差。

球差

球面像差
球面像差
與物高無關而與入射光瞳口徑三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像點都成為同樣大小的圓斑。軸上物點只有球差這一種像差。通過入射光瞳上不同環帶的光線,經過光學系統後會聚在光軸上的不同點。這些點與近軸光的像點之差稱為軸向球差。

彗差

彗差
彗差
與物高一次方、入射光瞳口徑二次方成正比的像差。若僅存在彗差,軸外物點發出的通過入射光瞳不同環帶的光線,會在理想像平面上形成半徑變化的並且沿視場半徑方向偏移的像圈。它們的組合會使物點的像成為形狀同彗星相似的彌散斑。

場曲

像面彎曲
像面彎曲
與物高二次方、入射光瞳口徑一次方成正比的像差。若僅存在場曲,則所有物平面上的點都有相應的像點,但分佈在一個球面上;若採用彎成此種形狀的底片,則可獲得處處清晰的像。此時在理想像平面上,像點呈現為圓斑。

像散

像散
像散
若僅存在像散,則軸外物點的光線通過光學系統后聚焦成兩條焦。在這兩條焦線的中點,光束形成最小彌散圓。若將底片彎成處處都在這樣的位置,則可獲得處處像點彌散成最小的圓形斑。此時在理想像平面上,像點呈橢圓斑。

畸變

歪曲像差
歪曲像差
僅與物高三次方成正比的像差。若僅有畸變,得到的像是清晰的,只是像的形狀與物不相似。
上述單色像差,僅與物高和入射光瞳口徑的冪總共三次方成正比,稱為三級像差(又稱初級像差),此外還有與物高和入射光瞳口徑的冪總共高於三次方的成正比像差,稱為高級像差。

色差


色差
色差
由於透射材料折射率隨波長變化,造成物點發出的不同波長的光線通過光學系統后不會聚在一點,而成為有色的彌散斑。它僅出現於有透射元件的光學系統中。按照理想像平面上像差的線大小與物高的關係,可區分為:
①位置色差(又稱縱向色差)與物高無關的像差,即不同波長的光線經由光學系統後會聚在不同的焦點。
②橫向色差(又稱倍率色差)與物高一次方成正比的像差。它使不同波長光線的像高不同,在理想像平面上物點的像成為一條小光譜。
這是兩種最基本的色差,由於波長不同還會引起單色像差的不同,這稱為色像差,如色球差、色彗差等。如果物平面處在無窮遠,上述物高應換為物點的視角(即它和光軸的夾角)。