中文：初级像差；英文：primary aberration

一、球差的概念球差也叫球面像差，Spherical Abereation，是指轴上物点发出的光束通过球面透镜时，透镜不同孔径区域的光束最后汇聚集在光轴的不同位置，在像面上形成圆形的弥散斑，这就是球差。如图所示如果使用定量的方法来计算球差的大小，它表示在不同光瞳区域商的光线入射到像面后在像面上与光轴的垂直高度的大小。由于绝大数玻璃透镜元件都是球面，所以球差的存在也是必然性。由于球差的存在，使球面透镜的成像不再具有完美性，球面单透镜的球差是不可消除的。二、球差的特点当在轴上视场产生的时候，是旋转对称的像差。三、球差产生的原因由于透镜的球面折射使具有一定高度的平行光束不能在一点伤聚焦所致；由于镜头的 ...

一、慧差的概念慧差，也叫彗形像差，Coma Aberration，是轴外物点(或称轴外视场点)所发出的锥形光束通过光学系统成像后，在理想像面不能成完美的像点，而是形成拖着尾巴的如彗星形状的光斑，故对此光学系统的这种像差称其为慧差。如图所示二、慧差的特点在边区一带光线形成亮度较低，虚散的大环形，主光轴一带光线形成高亮度清晰的小环形。重叠后形成梨状圆形，类似彗星拖尾。如图所示三、慧差产生的原因球面透镜各光区成像的放大率不一致，导致各光区的焦点不同。是由轴外点宽光束的主光线与球面对称轴不重合，而由折射球面的球差引起的。四、慧差的种类慧差的种类很多，分类方法不一，在彗形亮斑的朝向上可分为外向慧差和内向 ...

一、像散的概念像散，Astigmatism，是指轴外物点发出的锥形光束通过光学系统聚焦后，光斑在像面上子午方向和弧矢方向的不一致性。换句话说，就是轴外视场光束通过光瞳后，在子午方向和弧矢方向光程不相等，造成两个方向光斑分离所形成的弥散斑。如图所示二、像散的特点在高斯成像面上进行前后移动，可以明显看到其像沿子午面与弧矢面方向的拉伸变化。如图所示像散为轴外像差，但仅仅是与视场有关。视场越大，像散越明显；若是发光点在在齐明点或者球心的位置，则无像散。三、像散产生的原因像散就类似于我们通常提到的散光，比如人眼的散光，指的是人眼看上下方向与左右方向的物体时清晰度不一样，主要原因是人眼角膜在上下方向与左右 ...

一、场曲的概念场曲，又称像场弯曲，Field Curvature，顾名思义，是指平面物体通过透镜系统后，所有平面物点聚焦后的像面不与理想像平面重合，而是呈现为一个弯曲的像面，这种现象称为场曲。有时我们也理解为视场聚焦后像面的弯曲。如图所示二、场曲的特点在高斯成像面上进行一定左右移动，可以明显看到其像越偏离中心，像质越差；而如在高斯成像面上进行一定弧度的摆动，则可以发现像与中心同样清晰。换句话说，让成像面进行前后移动，可以清晰的观察到中心像与边缘的像的像质不同，不能保证同时清晰。场曲与像散一般来说是同时产生，透镜对平面物体能够结成的双重影像，主像面为横切线焦面，副像面为辐射线焦面。如果两个像面不 ...

一、畸变的概念畸变，Distortion，是指物体通过镜头成像时，实际像面与理想像面间产生的形变。畸变只影响图像的形状，不影响图像清晰度，但在设计时要尽量减少或者避免，因为人眼对图像形变的响应能力高于对清晰度的响应。如图所示二、畸变的特点畸变是指图像变形。枕形畸变：也叫丝卷型畸变，如果镜头的边缘放大率大于中间的放大率，就会发生枕形畸变，同心圆的像间距就不均匀，即边缘间距大于中间间距，矩形的像不再是矩形；桶形畸变：也叫樽型畸变，如果镜头的边缘的放大率小于中间的放大率，就会发生桶形畸变。同心圆的像间距就不均匀，即边缘间距小于中间间距，矩形的像不再是矩形；如果没有畸变，像与物就是完全相似的。即同心圆 ...

一、色差的概念多数的成像镜头都是应用于可见光波段，其波长大约在400~700nm，这就引入了多色光情况下成像后的颜色分离，也就是色散现象。色差，指颜色像差，是透镜系统成像时的一种严重缺陷，由于同种材料对不同波长的光有不同的折射率，便造成了多波长的光束通过透镜后传播方向分离。简单来说，色差就是颜色分离带来的光学系统的像差。色差分两种，一种叫做轴向色差，另一种叫做垂轴色差。本章我们只详细介绍轴向色差。二、轴向色差的概念轴向色差，Longitudinal Aberration，也叫做球色差、位置色差、纵向色差，指不同波长的光束通过透镜后焦点位于沿轴的不同位置，因为它的形成原因同球差相似，顾也称其为球 ...

一、色差的概念多数的成像镜头都是应用于可见光波段，其波长大约在400~700nm，这就引入了多色光情况下成像后的颜色分离，也就是色散现象。色差，指颜色像差，是透镜系统成像时的一种严重缺陷，由于同种材料对不同波长的光有不同的折射率，便造成了多波长的光束通过透镜后传播方向分离。简单来说，色差就是颜色分离带来的光学系统的像差。色差分两种，一种叫做轴向色差，另一种叫做垂轴色差。本章我们只详细介绍垂轴色差。二、垂轴色差的概念垂轴色差，Lateral Color，也叫做倍率色差、横向色差，指轴外视场不同波长光束通过透镜聚焦后在想面上高度各不相同，也就是每个波长成像后放大率不同，故称为倍率色差。多个波长的焦 ...

系列（十）-初级像差计算综述在之前的文章中,我们已对光学系统成像时可能产生的各种像差分别作了讨论。对于轴对称光学系统,轴上物点成像只产生球差和位置色差。一般对三种色光分别作近轴光线、0.707 带光线和边缘光线的追迹后,就可算出像差值和画出如下图所示的三 色球差曲线。据此可全面判断轴上点像差的校正状况。垂轴平面上近轴轴外点或大孔径小视场系统的轴外点,只要根据轴上点光线的追迹结果，就能通过计算正弦差值来判知其 像质。远离光轴的点会产生所有像差,因此需对轴外点进行全部像差的计算。这种计算至少应对边缘视场和 0.707视场点进行，每点的孔径取值与轴上点相同。对于绝大多数能以二级像差表征高级像差的光学 ...

并计算出它的初级像差，成为最早的梯折透镜设计理论。而梯度折射率材料的使用，给光学设计带来了更多的自由度，并可以使光学系统结构简化，减小了体积和重量。本篇主要介绍梯度折射率介质的分类以及梯度折率透镜的像差校正原理，下一篇则会从公式和理论方面更加详细地介绍梯度折射率介质。一、梯度折射率介质按照其折射率的变化规律可以分成以下四种形式：1. 径向梯度折射率这种材料中，各点的折射率是该点到光轴的径向距离的函数。因此，其等折射率面是以光轴为轴线的圆柱面。长而细者称自聚焦纤维，短而相者叫做伍德透镜。由于折射率从透镜中心到边缘呈径向变化，用这种材料制成的垂直于轴线的平行平板具有透镜的作用。当折射率梯度有细微变 ...

像差校正的常用方法初级像差理论求解初始结构参数的方法，最多只能满足初级像差的要求，并且随着系统中各组元光焦度的分配、玻璃的选取和对某些参数的选择的不同，满足初级像差的解会是很多的。而其中往往只有少数的解有实用意义。这就需要进行全面、系统的计算、分析、归纳，以求得较好的初始解。一个好的初始解,应该是像差分布合理、透镜弯曲恰当，特别是高级像差不能很大。要获得这样的解，并非易事。校正了初级像差的解并不是直接能够应用的解。特别是当系统比较复杂、相对孔径和视场都较大时，初始解与最后的结果之间，差别就会更大。这表明，从一个初始解到成为一个可实用的解，尚需进行大量的像差校正和平衡工作。由于光学系统的种类很多 ...