理想光學(xué)系統(tǒng)對(duì)近軸物體發(fā)出的窄光束能理想成像，即每一個(gè)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)像點(diǎn)；每一個(gè)物平面對(duì)應(yīng)一個(gè)像平面，而且系統(tǒng)對(duì)同一物平面上的點(diǎn)的橫向放大率是一個(gè)常數(shù)。由于實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)中非近軸物點(diǎn)和非近軸光線也參與成像，因此實(shí)際像與理想像之間存在著偏差，這種偏差就是像差。像差可分為單色像差和色差兩種。共軸系統(tǒng)的單色像差可分為球差、彗差、像散、場(chǎng)曲和畸變五種。色差是由于光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同產(chǎn)生色散而導(dǎo)致的像差。下面本文將介紹幾種像差的詳解。 vTJ}8  
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1.球差 %?p1d!  
入射到薄透鏡上的平行于主光軸的單色光束，如果是近軸光線，則經(jīng)過透鏡折射后與光軸交于一點(diǎn),為共軛點(diǎn)。  如果不是近軸光線，而是大孔徑光束，則折射光線與主軸的交點(diǎn)就不是一點(diǎn)了。例如凸透鏡邊緣的光線的聚焦點(diǎn)比近軸光線的聚焦點(diǎn)離透鏡光心近一些；而凹透鏡邊緣的光線折射后的虛焦點(diǎn)離透鏡光心要近一些。因此軸上物點(diǎn)發(fā)出的單色大孔徑光束經(jīng)透鏡折射后不能再會(huì)聚于一點(diǎn)，即不能產(chǎn)生一個(gè)共軛像點(diǎn)，而將得到的是一個(gè)擴(kuò)展的像斑。這樣的像差叫球面像差，簡(jiǎn)稱球差。 O"F_*  
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如下圖，近軸光線的交點(diǎn)Q′P是近軸像點(diǎn)。邊緣光線形成的像點(diǎn)Q′M和近軸象點(diǎn)Q′P之間的距離稱為縱向球差。邊緣光線與近軸像面的交點(diǎn)到近軸像點(diǎn)的距離叫橫向球差。當(dāng)Q′M點(diǎn)在Q′P點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，為負(fù)球差，反之為正球差。 Mf&{7%  
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有球差存在時(shí)，在任何位置都得不到一個(gè)理想的像點(diǎn)，即物點(diǎn)的像總是一個(gè)彌散圓。其中在Q′P和Q′M之間某一平面上有一個(gè)面積最小的彌散圓，它的亮度最大，這個(gè)彌散圓叫做明晰圓。 ]%?YZn<{  
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軸上物點(diǎn)經(jīng)共軸球面系統(tǒng)所成的像只存在球差。對(duì)單個(gè)透鏡完全將球差消除是不可能的，但是可以設(shè)法使球差減小到最小限度。 yIDD@j=l  
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當(dāng)孔徑和焦距固定后，球差的大小隨物距和透鏡形狀而變。對(duì)于一個(gè)會(huì)聚透鏡非近軸光線偏折得過分利害，但是如果把一塊透鏡想象成為兩塊底部相連的棱鏡，根據(jù)棱鏡對(duì)光線偏折規(guī)律可知，當(dāng)光線在第一表面的入射角與光線在第二表面的折射角大致相等時(shí)，光線的偏折將最小。因此平凸透鏡的凸面對(duì)著平行入射光線要比平面對(duì)著平行入射光線產(chǎn)生的球差小。適當(dāng)搭配透鏡兩個(gè)表面的曲率半徑就可以減少球差，這種方法叫配曲法。 /.Ww6a~  
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消除球差的另一個(gè)方法叫做配對(duì)法。即利用正負(fù)透鏡的恰當(dāng)組合使某一高度的球差減少到零。這是由于凸透鏡的球差是負(fù)的，凹透鏡的球差是正的。因此把凸透鏡和凹透鏡粘合起來組成一個(gè)復(fù)合透鏡，可以使某一高度的球差減小到零，其它高度的球差雖不能完全消除，但也要比單透鏡小得多。​ <N_+=_  
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