球面像差qiumian xiangcha

轴上物点发出的宽阔光束经光学系统(如透镜、透镜组、反射镜等)所成的像呈边缘模糊的现象。简称球差。是单色像差的一种。是由于同一轴上物点发出的近轴光线和远轴光线经光学系统成像位置不同所致。

图中示出了凸透镜产生球差的情况。轴上物点P所发出的宽阔光束经凸透镜成像，近轴光线会聚成的像点位于Q，远轴光线会聚成的像点位于Q′。将接收屏幕放在任何地方都得不到 一个理想的像点，而是个边缘模糊的圆斑。Q′和Q之间的距离叫做纵向球差，在Q处圆形像斑的半径叫做横向球差。在Q和Q′之间离Q′较近的某一位置可得一最小的圆形像斑，称最小清晰圆或最小模糊圈，在有球差存在的情况下，它可认为是轴上物点最好的像。Q′在Q左者称为正球差，Q′在Q右者称为负球差。对同一成像系统，轴上物点位置不同，球差的大小也不同。当物点位于轴上无穷远点时，即平行于光轴的光束入射时，所产生的球差称为球差的主值。
球差是轴上物点宽阔光束成像时唯 一的单色像差，轴外物点宽阔光束成像时除球差外还有其它的单色像差。消除或减小球差的方法有：
❶凸透镜和凹透镜的组合。由于凸透镜和凹透镜产生符号相反的球差，故可选用两种不同折射率的玻璃制成适当形状的凸、凹透镜构成透镜组或做成胶合透镜，以使得正、负球差相互抵消。
❷配曲调整。是保持透镜焦距不变，通过改变透镜形状（即改变透镜两表面的曲率半径）以减小球差的方法。例如给定凸透镜的焦距，常采用平凸透镜。平凸透镜的凸面对着物点比平面对着物点所产生的球差要小。
❸非球面透镜。两表面不是球面而是形状适当的非球面透镜可以完全消除球差。但由于制造困难，它只能用来满足一些特殊需要。
❹回转二次非球面反射镜。这样的反射镜都有一对不产生球差的共轭点，其中抛物面镜是轴上无穷远点和焦点，椭球面镜和双曲面镜是它们的一对焦点。例如手电筒、探照灯和汽车前灯常用抛物面镜做反光镜，反射式望远镜的物镜常用各种非球面反射镜。
❺单球面折射系统和球面反射镜也都有不产生球差的共轭点。若单球面折射系统的球面曲率半径为r，物方和像方折射率分别为n和n′，则当物点处于球面顶点(物距s=0)、球心(s=r)和s=时无球差。 球面反射镜仅当物点位于球面顶点和球心时才不产生球差。