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7种常见像差的原因像差是指光学系统在成像过程中产生的图像质量不理想的现象。
下面将介绍光学系统中常见的7种像差原因，包括球差、散光、像散、像场弯曲、畸变、色差和像间干涉。
1. 球差：球差是由于光线通过球面透镜时，不同入射位置的光线会聚或发散到不同焦点位置而导致的像差。
球差的主要表现是像点失焦，即中央和边缘部分的图像清晰度不同。
球差可以通过使用非球面透镜或复合透镜进行校正。
2. 散光：散光是由于透镜的曲率在不同方向上不同而引起的像差。
散光使得图像的焦点在不同的平面上，导致成像模糊。
散光可以通过使用散光校正透镜或非球面透镜进行校正。
3. 像散：像散是由于透镜的不同色散特性引起的像差。
不同波长的光线通过透镜后，会聚到不同的焦点位置，导致不同颜色的图像产生色差。
像散可以通过使用折射率不同的材料组合或使用色散补偿透镜进行校正。
4. 像场弯曲：像场弯曲是指光线通过透镜时，不同位置的像点距离透镜中心的距离不一致，导致图像的形状在不同位置有畸变。
像场弯曲可以通过使用非球面透镜进行校正。
5. 畸变：畸变是由于透镜的形状或光线的折射发生变化而引起的像差。
畸变可以分为桶形畸变和垫形畸变。
桶形畸变使得图像中心位置变窄，而边缘位置扩展；垫形畸变使得图像中心位置扩展，而边缘位置收缩。
畸变可以通过使用非球面透镜或使用畸变校正透镜进行校正。
6. 色差：色差是由于不同波长的光线通过透镜后，折射程度不一样而产生的像差。
常见的色差有色焦差和色散，色焦差是指不同颜色的光线聚焦位置不同，色散是指不同颜色的光线折射程度不同。
色差可以通过使用折射率不同的材料组合或使用色差补偿透镜进行校正。
7. 像间干涉：当光线经过光学系统中的多个透镜或镜面反射时，光线的相位差会导致干涉现象。
这种干涉现象会产生亮度变化或干涉条纹等干扰图像质量的现象。
像间干涉可以通过设计光学系统的结构，如透镜组的距离和角度等参数进行校正。
以上是光学系统中常见的7种像差原因的介绍。
实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变形等缺陷。
像差就是光学系统成像不完善程度的描述。
光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差，使成像质量达到技术要求。
光学系统的像差可以用几何像差来描述，包括：•预备知识：主光线：某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线第一近轴光线：轴上物点A发出的通过入瞳边缘点的“近轴”光线第二近轴光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的“近轴”光线子午平面：包含物点和光轴的平面称子午平面弧矢平面：包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面辅轴：轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴上光线：轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线称某孔径带的上光线下光线：轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线称某孔径带的下光线前光线：轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线称某孔径带的前光线后光线：轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线称某孔径带的后光线想一想：你能在图中找出对应光线或平面吗？§ 8-2 正弦条件和等晕条件返回本章要点•正弦条件首先我们考虑离光轴很近的轴外点，称近轴轴外点。
设轴上物点A→A’能以任意宽光束完善成像，则垂轴方向的近轴轴外点B→B’也能以宽光束完善成像需满足的条件称正弦条件。
正弦条件,也可写成当物距为无穷远时，经公式变换，可将正弦条件写成。
可以证明，齐明点满足正弦条件。
•等晕成像和等晕条件返回本章要点实际由于球差存在，只能要求近轴轴外点具有和轴上点A相同的成像缺陷。
此时称等晕成像，需要满足的条件称等晕条件：当物在无穷远时化为当球差为零时，等晕条件化为正弦条件。
当不满足等晕条件时，轴上点与近轴轴外点成像缺陷不等，用正弦差表示：当物在无穷远时有正弦差与孔阑位置有关，当球差不为零时，可以找到某孔阑位置使正弦差为零。
正弦差表征光学系统不满足等晕条件的程度。
当正弦差不为零时，轴外点存在彗差。
§ 8-3 轴外像差返回本章要点由于折射球面存在球差和像面弯曲，使轴外点衍生出一系列像差。
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。
低阶像差与高阶像差定义在光学领域中，像差是指光线通过光学系统（如透镜或反射镜）时产生的图像偏离理想位置的现象。
像差可以分为低阶像差和高阶像差两种类型。
低阶像差是指由于透镜或反射镜的形状不完美而产生的光线偏差。
这种像差通常由球面像差、色差和畸变三个方面组成。
球面像差是由于透镜或反射镜的曲率半径不一致而引起的。
当光线通过球面镜面上不同位置的区域时，不同位置的光线会聚或发散到不同的焦点位置，导致图像模糊或形状失真。
为了减小球面像差，可以使用非球面透镜或反射镜来改变曲率半径。
色差是由于不同波长的光在透镜或反射镜上折射率不同而产生的。
这会导致不同波长的光线聚焦位置不同，使得图像出现色差现象。
为了减小色差，可以采用多个透镜或使用具有特定折射率分布的透镜。
畸变是由于透镜或反射镜的形状不规则而引起的。
这种像差会导致图像出现形状扭曲或拉伸的情况。
为了减小畸变，可以使用非球面透镜或采用特殊设计的光学系统。
相比之下，高阶像差是由光线通过光学系统时的更复杂的光学效应引起的。
高阶像差包括像散、像场曲率、像散场曲率和像散像场曲率等。
像散是由于光线在非均匀介质中传播时速度不同而引起的。
这种像差会导致不同位置的图像模糊或错位。
为了减小像散，可以采用折射率变化连续的透镜或反射镜。
像场曲率是由于透镜或反射镜的曲率半径在不同位置上不同而引起的。
这种像差会导致图像在不同位置上的聚焦程度不同，使得图像边缘模糊或失真。
为了减小像场曲率，可以使用非球面透镜或反射镜。
像散场曲率是像散和像场曲率的组合效应，会导致图像在不同位置上的聚焦程度和位置都发生变化。
为了减小像散场曲率，可以采用复杂的光学系统设计或使用非球面透镜。
像散像场曲率是像散、像场曲率和像散场曲率的综合效应，会导致图像在不同位置上的聚焦程度、位置和形状都发生变化。
为了减小像散像场曲率，需要采用高级的光学系统设计和复杂的校正方法。
低阶像差和高阶像差是光学系统中常见的两种像差类型。
了解和减小这些像差对于提高光学系统的成像质量和性能至关重要。
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。
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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。
相差理论概述这点东西呢，是比较初阶的，只能给您们一个概念性的认识，要对像差理论有比较全面的了解，还必须参看有关的教材。
谢谢日常使用的光学系统（简称镜头）由于受光学设计、加工工艺及装调技术等诸多因素的影响，要对一定大小的物体成理想象是不可能的，它实际所成的象与理想象总是有差异，这种成象的差异就称为镜头（或成象光学系统）的象差。
象差是由光学系统的物理条件（光学特性指标）所造成的。
从某种意义上来说，任何光学系统都存在有一定程度的象差，而且从理论上来讲总也不可能将它们完全消除。
肉眼和其他光能接收器也只具有一定的分辨能力，因此只要象差的数值小于一定的限度，我们就认为该系统的象差得到了矫正。
一、一级像差理论为了建立一个令人满意的像差理论，一个简单的方法就是从精确的光线追迹公式（请参考有关的书籍）着手，把其中每一角度的正弦函数按照麦克劳林定理展开成幂级数的形式,即sinθ=θ-θ3/3!+ θ5/5!- ……。
对于小角度，这个幂级数是一个迅速收敛的级数，每一项都比它的前一项小得多，这说明对近轴光线而言，因倾斜角很小，故在一级近似的情况下，除了第一项之外，其余各项都可以忽略不记。
二、三级像差理论如果在光线追迹公式中，把角的正弦函数全部用sinθ=θ-θ3/3!+ θ5/5!- ……，中的前两项代替，则所得的结果不论是什么形式的方程式，都代表三级理论的结果，这样方程式就可以对主要像差作出相当准确的说明了。
在这个理论中任何光线所产生的像差，即是相对于高斯公式所得的路径的偏差，可以用五个和（S1到S5）式来表示，这五个和叫作塞德耳和。
如果一个透镜的成像本领没有缺点，则这五个和全都应该为零。
但是没有一个光学系统能够同时满足所有的这些条件。
因此按照惯例，我们对每一个和分别考虑，如果其中某一个和为零，则与该和对应的像差就不存在。
例如，若轴上某一已知物点之塞德耳和S1=0，则相应像点之球差就不存在。
如果S2=0，则没有彗差。
象差：试剂光学系统所成的象和近轴光学系统所成德象的差异。
光学系统对单色光成象时产生单色象差，分为五类：球面象差（球差），慧形象差（慧差），象散差（象散），象面弯曲（场曲），畸变。
对白光成象时，光学系统除对白光中的各单色光成分有单色象差外，还产生两种色差：轴向色差和垂轴色差（亦称倍率色差）。
球差使得影像中心成柔焦状，没有最清晰点出现；慧差使得影像周围成柔焦状，没有最清晰点出现；像散使得影像周围径向和切向焦点分离，不能同时和焦；像面弯曲使得影像叫平面呈弯曲状，使得中心和边缘不能同时和焦；畸变使得影像变形，周围直线变成曲线；置色差使得影像中心光点变成色环；倍率色差使得影像景物边缘轮廓带有色边；渐晕使得影像中心亮度高与边缘；杂光使得影像减低反差和饱和度，逆光容易产生灰雾和幻影。
球差[1]（Spherical aberration）
亦称球面像差。
轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。
对于单色光而言，球差是轴上点成像时唯一存在的像差。
轴外点成像时，存在许多种像差，球差只是其中的一种。
除特殊情况外，一般而言，单个球面透镜不能校正球差，正透镜产生负球差，负透镜产生正球差。
对一定位置的物点而言,当保持透镜的孔径和焦距不变时,球差的大小随透镜的形状而异。
因此，以适当形状的正、负透镜组合成的双透镜组或双胶合镜组是可能消球差的一种简单结构。
保持透镜的焦距不变而改变透镜形状，犹如把柔软的物体弯来弯去,故被称为透镜的整体弯曲,它是光学设计时校正像差的一种重要技巧。
1、单正透镜在后时，需要为了减少给前续系统校正球差带来的困难，因此一般需要将折射率选择片大一些，增大折射率对于校正系统高级球差是很有效的方法之一；
2、在胶合镜组的胶合马面两边，需要考虑选择折射率和阿贝数差别较大的玻璃对，在消色差的同时，正负球差也能够尽量减少，并且有可能产生剩球差平衡其他镜组的球差；
3、在某些镜组（例如单片）曲率太小，承担的光焦度较多。
曲率太小的不利结果是：引起大量高级球差和其他高级像差。
可以考虑采用两个透镜分担其光焦度，这样增大了球面半径，减少了许多的高级球差。
4、适当的采用负透镜。
如果系统中正透镜太多，那么造成的球差和场曲、畸变无法消除，在最后增加一块负透镜会起到很好的校正效果。
当然这些手段有可能造成其他像差的增加，因此这些方法需要适当的因地制宜的采用。
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，经该光学系统折射后，若在理想平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的彗星形光斑，则此光学系统的成像误差成为彗差。
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”。
慧差是垂轴象差，慧差与光阑位置有关，当光阑无限小是可以消除慧差。
把两个弯月型透镜凹面相对，并在中间设置关阑，当物象倍率为-1时，从光阑所在空间来看，透镜L1的上、下光线分别与透镜L2下、上光线相同，因而两透镜产生相反符号的慧差值，可以完全相消。
场曲法，胶合透镜，光阑可以用来减小慧差。
象散
象散也是一种轴外象差，与彗差不同，它是描述无限细光束成像缺陷的一种像差，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的会聚点与弧矢细光束的会聚点各处于不同的位置，与这种现象相应的像差，称为象散。
子午细光束的会聚点与孤矢细光束的会聚点之间距离在光轴上的投影大小，就是象散的数值。
由于象散的存在，使得轴外视场的象质显著下降，即使光圈开得很小，在子午和弧矢方向均无法同时获得非常清晰的影象。
象散的大小仅与视场角有关，而与孔径大小无关。
因此，在广角镜头中象散就比较明显，在拍摄时应尽量使被摄体处于画面的中心。
即使光束为无限细，没有慧差，仍会有象散存在。
场曲法和复杂的透镜组合可以减小象散。
场曲（Curvature of field）
场曲又称“像场弯曲”。
当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。
这样在镜检时不能同时看清整个像面，给观察和照相造成困难。
在一个平坦的影象平面上, 影像的清晰度从中央向外发生变化,聚焦形成弧型, 就叫场曲。
原因是中心离镜头近,周边离镜头远。
一般拍照团体人像,安排成弧型,就是纠正这一缺点。
球面光学系统存在象面弯曲时球面本身所决定的，如果没有象散，即子午象面和弧矢象面重合在一起，仍会存在象面弯曲。
可通过场曲法和在适当位置安装光阑来改善。
畸变
轴外点的宽光束，细光束都有象差存在，即使只有主光线通过的光学系统，由于球差的影响也不能和第二近轴光相一致。
因此，主光线和高斯象面交点的高度不等于理想象高，其差别就是系统的畸变。
色差
色差又称色像差，是透镜成像的一个严重缺陷，色差简单来说就是颜色的差别，发生在多色光光源的情况下，单色光不产生色差。
可见光的波长范围大约400至700纳米，不同波长的光，颜色各不相同。
在通过透镜时的折射率也不同。
这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。
色差一般有位置色差，放大率色差。
位置色差使像在任何位置观察，都带有色斑或晕环，使像模糊不清。
而放大率色差使像带有彩色边缘。
光学系统最主要的功能就是消色差。
在光焦度一定时，玻璃的阿贝常数愈大，色差愈小；通常情况下，正透镜产生负色差，负透镜产生正色差。
因此，消色差的光学系统通常都是由正负透镜组成，以使它们的色差互相补偿。
球面像差－－轴上物点以大孔径成像时形成－－采用配合不同曲面胶合透镜进行消除；
彗星相差－－旁轴物点以宽光束成像时形成－－采用配合不同曲面胶合透镜进行消除；
像散和场曲－－物点理光轴较远、光束较倾斜引起的－－采用放置光阑进行消除；
畸变－－光束倾斜度较大引起－－采用放置光阑进行消除；
色差－－色散引起的－－凹凸透镜粘合进行消除
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。
球差、慧差所引起的成像模糊现象称为光晕。
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。
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。
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。
像散的大小由子午焦线t与弧矢焦线s之间的距离表示。
子午像面：轴外物点的主光线与光学系统主轴所构成的平面，称为光学系统成像的子午面。
位于子午面内的那部分光线，统称为子午光束。
子午光束所结成的影像，称为子午像点t。
子午像点所在的像平面，称为子午像面。
弧矢像面：过轴外物点的主光线，并与子午面垂直的平面，称为光学系统成像的弧矢面。
位于弧矢面内的那部分光线，统称为弧矢光束。
弧矢光束所结成的影像，称为弧矢像点s。
弧矢像点所在的像平面，称为弧矢像面。
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。
当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊；而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。
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。
畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。
这是畸变与球差、慧差、像散、场曲之间的根本区别。
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。
