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球差是軸上點的單色相差,是由於物鏡的球形表面造成的。球差造成的結果是,一個點成像后,不在是個亮點,而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑,從而影響成像質量。

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軸上物點發出的光束,經光學系統以後,與光軸夾不同角度的光線交光軸於不同位置,因此,在像面上形成一個圓形彌散斑,這就是球差。

一般是以實際光線在像方與光軸的交點相對於近軸光線與光軸交點(即高斯像點)的軸向距離來度量它。如圖[軸上點球差]所示,和為上述二光線的像方截距,其差值=-,稱為軸向球差。

球差也可在垂軸方向度量,即 [864-07]稱為垂軸球差。和的數值都隨光線傾角 的變化而變化。對於單色光而言,球差是軸上點成像時唯一存在的像差。軸外點成像時,存在許多種像差,球差只是其中的一種。

除特殊情況外,一般而言,單個球面透鏡不能校正球差,正透鏡產生正球差,負透鏡產生負球差。對一定位置的物點而言,當保持透鏡的孔徑和焦距不變時,球差的大小隨透鏡的形狀而異。因此,以適當形狀的正、負透鏡組合成的雙透鏡組或雙膠合鏡組是可能消球差的一種簡單結構。保持透鏡的焦距不變而改變透鏡形狀,猶如把柔軟的物體彎來彎去,故被稱為透鏡的整體彎曲,它是光學設計時校正像差的一種重要技巧。

設單個折射球面的曲率半徑為,兩邊媒質的折射率為和,則當物點處於三個位置,即球面頂點(物距=0)、球心(=)和由[865-01]所決定的點時,不產生球差,后二種情況有重要的應用。球面反射鏡僅當物點位於頂點和球心時無球差。

所有的迴轉二次非球面反射鏡,都有一對不產生球差的共軛點其中,拋物面鏡是無窮遠軸上點和焦點;橢球面鏡和雙曲面鏡是它們的一對焦點。它們都有實際的應用。

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