像差

　　像差（汉语拼音：Xiang Cha；英语：Aberration），实际光学系统所成的像与理想光学系统所成的像之间的偏差。像差分单色像差和色像差两种。在初级像差理论中，单色像差又有球面像差（球差）、彗形像差（彗差）、像散、像场弯曲和畸变5种 ，它们都是由于非傍轴光线参与成像而造成。色像差（色差）是由于光学元件对不同波长的光有不同折射率引起。

球差

　　由大孔径（或宽光束）引起的单色像差。从主光轴上的物点发出的各条光线经光学系统后，与主光轴并不交于同一点，交点位置决定于入射点离主光轴的高度h。如图1，傍轴光线交于高斯像点Q'o，最边缘光线交于Q'h点，Q'h与Q'o间的距离δsL称为轴向（纵向）球差。最边缘光线与高斯像面的交点离主光轴的距离δsT称为横向球差。球差的存在使像面上得不到清晰的像点而是一个弥散斑。

　　　　

　　　　　　　　　图1

彗差

　　由离轴物点发出的宽光束引起的单色像差。入射到透镜面同一圆上的光线经透镜后落在像面的同一圆上，入射到透镜面不同圆上的光在像面上形成大小不一、圆心位置不同的一系列的圆（图2），从而形成彗星形光斑。主光轴上的物点只会产生球差而无彗差。

　　　　

　　　　　　　　　　图2

像散

　　由大倾角的窄光束引起的单色像差。当物点离轴较远时，从物点发出的窄同心光束的入射倾角也较大，出射光束失去了同心性，其横截面一般为一椭圆，在两处椭圆退化成互相垂直的直线，分别称为子午焦线和弧矢焦线，两焦线间的某处横截面是圆，称最小模糊圈或明晰圆。这种光束称为像散光束，它投射到高斯像平面上时得不到清晰的像点。

像场弯曲

　　垂直于主光轴的物平面上的各点，经透镜成像后，清晰的最佳像面不是平面而是一个曲面，称珀兹伐曲面，此称像场弯曲。图3表明凸透镜和凹透镜的像场弯曲，图中ΣG是理想的高斯像平面，ΣP是珀兹伐曲面。视场愈大，像场弯曲的效果就愈明显。

　　　　

　　　　　　　　　　图3

畸变

　　像与物失去几何相似性的像差。畸变是由于横向放大率（见凸透镜）的不均匀性造成，横向放大率随物点离轴距离的增加而增大时称正畸变（或枕形畸变），横向放大率随物点离轴距离的增大而减小时称负畸变（或桶形畸变），如图4所示。畸变并不影响像的清晰度。

　　　　

　　改变透镜两表面的曲率半径、或把性质相反的正负透镜适当组合起来，可在一定程度上消除上述各种像差，简单地限制通光孔径或视场大小也能减小这些像差。

色差

　　由透镜材料的色散（见光的色散）引起的复色光成像偏差。同一透镜对不同波长的单色光有不同的折射率，因而对不同色光有不同的焦距和横向放大率。对一定的物，前者使不同色光的像成在不同位置上，称轴向色差（或位置色差），后者使不同色光的像高不同，称垂轴色差（或放大率色差），如图5所示。把一对不同材料做成的凸、凹透镜胶合起来，选择适当的折射率和透镜的曲率半径，可对选定的两种波长消除色差，其他波长的色差虽未完全消除，但也可适当减小。