像差的自然百科

[拼音]：xiangcha

[外文]：aberration

光学系统的实际成像和理想成像状态的差别。如图1，由物平面Ⅰ上同一个点B发出的光线，经过光学系统后在理想像平面Ⅱ上并不会聚成一点;或者物点B发生的主光线与理想像平面Ⅱ交点B'的高度A'B'和物高AB不成一定比例，因而造成像的几何形状失真。这两种缺陷统称为像差。通常理想像平面定义为近轴光的像平面。

对单色光而言的像差。按照理想像平面上像差的大小与物高、入射光瞳口径的关系可区分为：

（1）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。

（2）彗差　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。

（3）场曲和像散　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。若仅存在像散，则轴外物点的光线通过光学系统后聚焦成两条焦线，如图2。在这两条焦线的中点，光束形成最小弥散圆。若将底片弯成处处都在这样的位置，则可获得处处像点弥散成最小的圆形斑。此时在理想像平面上，像点呈椭圆斑。

（4）畸变　仅与物高三次方成正比的像差。若仅有畸变，得到的像是清晰的，只是像的形状与物不相似。

上述单色像差，仅与物高和入射光瞳口径的幂总共三次方成正比，称为三级像差（又称初级像差），此外还有与物高和入射光瞳口径的幂总共高于三次方的成正比像差，称为高级像差。

由于透射材料折射率随波长变化，造成物点发出的不同波长的光线通过光学系统后不会聚在一点，而成为有色的弥散斑。它仅出现于有透射元件的光学系统中。按照理想像平面上像差的线大小与物高的关系，可区分为：

（1）位置色差（又称纵向色差）　与物高无关的像差，即不同波长的光线经由光学系统后会聚在不同的焦点。

（2）横向色差（又称倍率色差）　与物高一次方成正比的像差。它使不同波长光线的像高不同，在理想像平面上物点的像成为一条小光谱。

这是两种最基本的色差，由于波长不同还会引起单色像差的不同，这称为色像差，如色球差、色彗差等。如果物平面处在无穷远，上述物高应换为物点的视角(即它和光轴的夹角)。

上述各种像差在理想像平面上的表现形式见图3。

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。