初级像差理论
3.1几何像差的表示方法与校正
初级相差：
- 单色：球差、慧差、像散、场曲和畸变；
- 色差：球色差和倍率色差。
3.1.1 球差(Spherical Abereation)
3.1.1.1 球差基本概念
球差：也叫球面像差，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集在光轴的不同位置，在像面上形成圆形弥散斑。
定量计算：不同光瞳区域上的光线入射到像面后，在像面上与光轴的垂直高度大小。
特性：绝大多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，球面透镜的球差是不可消除的。
特点：当在轴上视场产生的时候，是旋转对称的像差。
3.1.1.2 ZEMAX中球差的描述
3.1.1.3球差在光扇图中的表示
在ZEMAX的Ray Fan图中可以定量分析球差在不同孔径的大小。Ray Fan图也叫光扇图或光线差图。它描述的是在不同光同位置处光纤在像上高度与主光线高度差值。
3.1.1.4球差的定量分析
Seidel：
SPHA:
3.1.1.5 球差的校正方法
- 凹凸透镜补偿法
- 非球面校正球差
3.1.2 慧差（Coma Aberration）
3.1.2.1 慧差基本概念
慧差：轴外物点（或称轴外视场点）所发出的锥形光束通过光学成像系统后，在理想像面不能乘完美的像点，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相差称其为慧差。
- 几何光学描述：外视场不同孔径区域的光束聚集在像面上高度不同，换言之，就是外视场不同孔径区域成像的放大率不同形成的。
- 几何光斑描述：即主光线光斑偏离整个视场光斑的中心。
3.1.2.4 慧差的校正方法
使用评价函数COMA来专门对慧差进行优化。
3.1.3 像散
3.1.3.1
概念：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与弧矢方向的不一致性。换言之，就是轴外视场光束通过光瞳后，在子午方向与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，称为光学系统的像散。
像散类似于我们常提及的散光，人眼的散光，指的是人眼看上下方向与左右方向的景物时清晰度不一样，主要原因是人眼角膜在上下方向与左右方向弯曲不同，造成的屈光度不同，这其实就像是人眼产生的像散。我们所提及的像差主要是在于使用透镜光学系统成像后，像面上光斑的分布情况。像散也正是镜头系统在上下方向与左右方向聚焦能力不同形成的。
由于像散的存在，使我们在调整成像光斑时会始终寻找不到最佳焦点，看到的都是一定的弥散斑，光斑或者呈线条形式，或者呈弥散圆形式，或者呈椭圆形式。
像散的大小与视场及孔径值大小紧密相关，同时也要注意视场光阑的影响。
优化方法：由于像散是轴外视场物点成像的不完美性造成的，我们可以通过调节视场光阑的位置来减小像散影响。通常光视场光阑远离镜头组时像散会减小，最常用的是使用对称结构系统，同慧差消除方法一样，而且对称结构可以同时校正这些轴外像差。
另外，也可以使用远离视场光阑的非球面透镜校正外视场像差，效果比较显著。
3.1.4 场曲（Field Curvature）
是一种完全依赖于视场的像差。
3.1.4.1 概念
场区：也叫“像场弯曲”，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平面重合，而是呈现为一个弯曲的像面，这种现象称为场曲。
3.1.4.3 场曲校正
由视场因素产生：
- 优化视场光阑的位置来减小场曲。
- 使用对称结构来减小场曲。
3.1.5 畸变(Distortion)
3.1.5.1 概念
畸变：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。或者说物体成像后，物体的像并非实际物体的等比缩放，由于局部放大率不等而使物体的像产生形变，
正畸变：（枕形畸变）放大
负畸变：（桶形畸变）缩小
3.1.6 色差（ColorAberration）
3.1.6.1 色差概念
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Udine不同波长的光有不同的折射率，便造成了多波长的光速通过透镜后传播方向的分离，也就是色散现象。这样物点通过透镜聚焦于像面时，不同波长的光汇聚于不同的位置，形成一定大小的色斑。
颜色分离带来的光学系统的像差。色差分两种：轴向色差和垂轴色差。
轴向色差：也叫球色差或位置色差，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，故也称其为球色差。
垂轴色差：垂轴色差也叫倍率色差，指轴外视场不同波长光束通过透镜聚焦后在像面上高度各不相同，也就是每个波长成像后的放大率不同，故称为倍率色差。
