任何光学仪器在使用的过程中,因各种像差的存在影响了成像的质量,下面就简要介绍几种光学像差的概念:
1.色差
色差是由于透镜使用白(多)色可见光作为光源成像的一种缺陷。色差发生在照射光源为多色光混杂的情况 下,若用单色光成像在理论上是不会产生色差的。因一般的可见光是由红、橙、黄、绿、青、蓝和紫7种颜色的光组成的,由于各种颇色光的波长不同,所以在通过透镜时它们的折射率也不同,从而当物方是一个点时,在像方则会形成一个小圆斑。色差一般由位置色差和放大率色差两种组成。随着色差使像在任何位置观察时,都会带有色斑或晕环,使所成的像模糊不清,而放大率色差会使所成的像带有彩色的边缘。
2.球差
球差是轴上点的单色像差,是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是一个圆点成像后成像后,像对应的不再是一个边缘清晰的圆亮点,而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑,从而影响所成像的清晰度。由于凸、凹透镜的球差是相反的,所以在光学显微镜中,球差的矫正可通过不同的凸、凹透镜组合的办法给予消除或矫正。在早期老式的显微镜中,其物镜的球差有的未 完全矫正好,其分辨力就难于提高。它应与相应的补偿目镜配合才能达到好的补偿矫正效果,而现在新型高级显微镜的球差是通过物镜的适当组合的方法来消除或减小的。
3.慧差
慧差属于轴外点的单色相差。轴外物点以大孔径光束成像时,所发出的光束通过透镜后不再相交于一点,即原为一个圆点的物,通过透镜后在像方焦平面便会得到一个像逗点状的像,形状如在天上运行的慧星,所以称为“慧差”。
4.像散
像散也是影响清晰度的轴外点单色像差。当视场较大时,边缘上的物点离光轴较远,光束倾斜大,经透镜聚焦后则 会引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直 的短线,在理想的像平面上合成后,形成一个椭圆形的斑点。在可见光仪器中的像散是可以借助于复杂的透镜组合来消除的。
5.场曲
场曲就是“像场弯曲”。当透镜存在场曲时,整个光束的交点不与理想像点重合,虽然在每个特定的点上都能得到清晰的像点,但整个像面不是在一个平面上,而是在一个弧形的曲面上,从而在像平面上不能同时看清整个像面,给图像的观察和拍摄造成困难。因此,现代研究用的高级显微镜的物镜一般都是平场物镜,这种物镜已经把场曲矫正过来了。
6.畸变
前面所说的几种像差除场曲外,都会影响像的清晰度。而畸变则是另一种性质的像差,光束的同心性不受到破坏,因此不影响像的清晰度,但若把它所成的像与原物体较,可能在某个方 向上的放大不完全成比例或在形状上造虛丑曲、失真,即在同一视场中各处的放大比例不相等。
以上介绍的几种像差都是在显微镜,照相机和摄像机等光学仪器中最常见和主要的像差。