什么是像差？

像差 （全称色像差， aberration）是指实际光学系统中，由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致，与高斯光学（一级近似理论或近轴光线）的理想状况的偏差。像差主要分为球差、彗差、场曲、像散、畸变、色差以及波像差。本文对上述像差进行详细的介绍。

像差一般分两大类：色像差和单色像差。色像差简称色差，是由于透镜材料的折射率是波长的函数，由此而产生的像差。它可分为位置色差和放大率色差两种。单色像差是指即使在高度单色光时也会产生的像差，按产生的效果，又分成使像模糊和使像变形两类。前一类有球面像差、彗形像差和像散。后一类有像场弯曲和畸变。

实际工作中光学系统所成的像与近轴光学(Paraxial Optics，高斯光学)所获得的结果不同，有一定的偏离，光学成像相对近轴成像的偏离称像差。

由于像差使成像与原物形状产生差异。复色光引起的色像差简称色差；非近轴单色光则引起单色像差。初级像差又分为五种，分别为：球面像差、彗形像差、像散、像场弯曲和畸变五种。

摄影影头因制作不精密，或人为的损害，不能将一点所发出的所有光线聚焦于底片感光膜上的同一位置，使影像变形，或失焦模糊不清。

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。

赛德尔的五像差1856年德国的赛德尔，分析出五种镜头像差源之于单一色（单一波长）。此称为赛德尔五像差。

一、球差

在共轴球面系统中 [5]  ，轴上点和轴外点有不同的像差，轴上点因处于轴对称位置，具有最简单的像差形式。当轴上物点的物距L确定，并以宽光束孔径成像时，其像方截距随孔径角U（或孔径高度h）的变化而变化，因此轴上物点发出的具有一定孔径的同心光束，经光学系统成像后不复为同心光束。在孔径角很小的近轴区域可以得到物点成像的理想位置l′，任意孔径角U的成像光线偏离理想像点与光轴相交的位置为L′。我们把轴上物点以某一孔径角U成像时，其像方截距L′与理想像点的位置l′之差称为轴上点球差，又称为轴向球差。

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。

单个折射球面的齐明点

对单个折射球面，可以证明，有三个物体位置可以不产生轴上点球差。这三个位置是：

1.物点位于球面的球心处，即所有光线将沿球面的法线方向入射，即入射角等于0；

2.物点位于球面的顶点处。此时不论U角如何，所有入射光线射向此点，经折射后也都将经此点离开，即像点也位于顶点。

3.物点位于

处，此时对于任意孔径角，有I'=U,U'=I。