像差是指實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中，由非近軸光線追跡所得的結(jié)果和近軸光線追跡所得的結(jié)果不一致，與高斯光學(xué)的理想狀況的偏差。像差是光學(xué)理論中一個(gè)比較重要的知識(shí)點(diǎn)。像差可以分為像差和色差。

球差Spherical Aberration

球差是指光軸的物點(diǎn)由于在Lens上的投射角度不同從而導(dǎo)致在像空間像點(diǎn)在光軸上不重合而導(dǎo)致的像差。

彗差Coma

軸外物點(diǎn)發(fā)出的錐形光束通過光學(xué)系統(tǒng)成像后，在理想像面不能形成完善的像點(diǎn)，軸外視場(chǎng)不同孔徑區(qū)域成像的放大率不同形成的。

像散Astigmatic

由于發(fā)光物點(diǎn)不在光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，它所發(fā)出的光束與光軸有一傾斜角。該光束經(jīng)透鏡折射后，其子午細(xì)光束與弧矢細(xì)光束的匯聚點(diǎn)不在一個(gè)點(diǎn)上（下圖種的T0和S0）。即光束不能聚焦于一點(diǎn)，成像不清晰，故產(chǎn)生像散。

場(chǎng)曲Field Curvature

場(chǎng)曲又稱“像場(chǎng)彎曲”。當(dāng)透鏡存在場(chǎng)曲時(shí)，整個(gè)光束的交點(diǎn)不與理想像點(diǎn)重合，雖然在每個(gè)特定點(diǎn)都能得到清晰的像點(diǎn)，但整個(gè)像平面則是一個(gè)曲面。

通過MTF through  focus 過程曲線，可以判斷場(chǎng)曲。

先看through  focus 曲線：

從圖中，我們可以得到S、T方向的場(chǎng)曲值（跟進(jìn)S/T的曲線），而像散值則為 S場(chǎng)曲值-T場(chǎng)曲值（針對(duì)同一個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)）。像散值 = 14.3- 12.2 = 2.1.

畸變Distortion

畸變是指當(dāng)一物體通過Lens系統(tǒng)成像時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種對(duì)物體不同部分有不同的放大率的像差，此種像差會(huì)導(dǎo)致物像的相似性變壞。但不影響像的清晰度。

（思考題：為什么畸變不影響像的清晰度？）

畸變有正負(fù)之分。如下圖a所示，一垂直于光軸的正方形平面物體，當(dāng)鏡頭具有正畸變時(shí)，如圖b所示，稱為枕型畸變；當(dāng)鏡頭具有負(fù)畸變時(shí)，如圖c所示，稱為桶型畸變。

畸變通常有兩種計(jì)算方法：光學(xué)畸變（Optical distortion）和TV失真（TV distortion）. 如圖所示，其計(jì)算方法為：

區(qū)分場(chǎng)曲和畸變的不同：

對(duì)于場(chǎng)曲來說，如果像面位于近軸焦平面，則模擬得到的圖像中心區(qū)域非常清晰，邊緣很模糊，如果將像面置于邊緣視場(chǎng)焦點(diǎn)處，可得到邊緣區(qū)域非常清晰，中心區(qū)域比較模糊的圖像。對(duì)于畸變來說，邊緣和中心都很清晰，只改變像的形狀。

位置色差Position chromatism

位置色差是指當(dāng)光軸上一物點(diǎn)用不同波長(zhǎng)的光通過Lens成像時(shí)會(huì)產(chǎn)生像面不重合的現(xiàn)象。

倍率色差

倍率色差是指當(dāng)一物體通過Lens有不同波長(zhǎng)的光成像時(shí)，由于放大率的不同從而使所成像的高度不同，此種像差稱之為倍率色差。