光學(xué)設(shè)計(jì)基本上就是像差的平衡設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的目標(biāo)參數(shù)制定、初始結(jié)構(gòu)選型、初始結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計(jì)算、像差的校正平衡與像質(zhì)評(píng)價(jià)、公差分析等這些過(guò)程來(lái)進(jìn)行的。今天我們?yōu)榇蠹医榻B一下三種光學(xué)中的典型像差！

　　像散是距離光軸較遠(yuǎn)的軸外光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)之后，成像位置的不同導(dǎo)致的成像差異。一般，軸上物點(diǎn)不產(chǎn)生像散，距離光軸越遠(yuǎn)像散越大。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，像散就是由于子午光束所形成的子午像面與弧矢光束形成的弧矢像面的不重合。

　　場(chǎng)曲是當(dāng)一個(gè)平面的物平面經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后形成的曲面的像平面的像差，分為子午場(chǎng)曲與弧矢場(chǎng)曲，當(dāng)像散為零時(shí)的像面彎曲稱為匹茲瓦爾彎曲。

　　在下面公式中，x't表示弧矢方向的場(chǎng)曲，x's表示子午方向的場(chǎng)曲。

　　如圖下圖所示。一般而言，對(duì)于某一視場(chǎng)，當(dāng)存在像散時(shí)，必定存在場(chǎng)曲，但當(dāng)存在場(chǎng)曲時(shí)，不一定有像散。

　　常見(jiàn)的像散案例就是人眼的散光，由于人眼的散光存在，所以看圖像或者文字時(shí)，子午方向（豎）與弧矢方向（橫）不能同時(shí)看清楚，一般采用柱面鏡來(lái)進(jìn)行矯正。

　　在投影系統(tǒng)中，沒(méi)有校正好的場(chǎng)曲表現(xiàn)出來(lái)的是，畫(huà)面中心調(diào)焦清楚，邊緣會(huì)變模糊，而邊緣調(diào)清晰時(shí)，中間又會(huì)模糊，整個(gè)投影畫(huà)面類似于一個(gè)碗狀。

　　像散與光學(xué)鏡頭的各個(gè)透鏡的光焦度配比、透鏡的曲率半徑、視場(chǎng)角及口徑有關(guān)。

　　畸變一般指成像系統(tǒng)所成的實(shí)際像與理想像存在一些差異，如下圖所示，可以得知，它是垂軸像差，只改變了軸外的成像會(huì)聚點(diǎn)位置，雖然不影響成像的清晰度，但是使像的形狀產(chǎn)生了失真與變形。

　　畸變有正負(fù)之分，一般把正畸變稱為：枕形畸變；負(fù)畸變稱為：桶形畸變。

　　畸變與視場(chǎng)角有關(guān)，光軸中心沒(méi)有畸變，所以對(duì)于大視場(chǎng)的投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須校正畸變。透鏡的厚度，曲率半徑以及孔徑光闌位置都影響畸變的貢獻(xiàn)。

　　一般通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)中遠(yuǎn)離光闌位置使用非球面，可以較有效的校正畸變。另外，對(duì)于單薄透鏡或者薄透鏡組，當(dāng)孔徑光闌與它重合時(shí)，不產(chǎn)生畸變。

　　當(dāng)光闌位于單透鏡的前、后不同情況下，產(chǎn)生的畸變符號(hào)正好相反，因此有些制版物鏡就是采用光闌位于透鏡中間的方式來(lái)校正畸變。

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