在光學(xué)系統(tǒng)中,，像差是不可避免的存在。作為影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,，

像差的存在常常決定了一個光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)劣,。在各種像差類型中,，球（sphe

rical aberration）由于其普遍性和顯著性，成為光學(xué)產(chǎn)品在設(shè)計初期必須著

重考慮的問題之一,。希望通過本篇文章,，能夠幫助大家更好地理解球差。

首先,，什么是球差

在討論球差之前,，我們先從光學(xué)成像的基本原理入手。理想情況下,，光線通

過球面透鏡后,，應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)地匯聚于一個點上，形成清晰的像,。然而,，實際光

線通過球面透鏡時，不同高度的光線無法同時聚焦在同一個點上,，而導(dǎo)致的

焦點位置偏移,，這種偏移會使得成像的光斑擴(kuò)大，降低圖像的清晰度,。簡單

來說,，球差是因為球面透鏡對于光線的折射能力并非均勻一致所導(dǎo)致的，中

心附近的光線和邊緣的光線聚焦位置不一致,，形成所謂的“焦點散布”或“

彌散斑”,。這種現(xiàn)象叫作球面像差，簡稱球差,；球差與通光孔徑的大小密切

相關(guān),。

球差的控制校正

由于球差是球面產(chǎn)生的，理論上,，但凡我們用的是球面,，球差就無法避免。

但在實際的光學(xué)設(shè)計中,，通過合理的設(shè)計可對球差進(jìn)行校正,，可以有效降低

球差對成像質(zhì)量的影響。球差的校正本質(zhì)上是為了讓光線在經(jīng)過透鏡不同高

度的入射后,，能更接近同一個焦點,。為實現(xiàn)這一目的，需要改變光學(xué)產(chǎn)品的

折射特性,，使得光路誤差減小,，提高光學(xué)系統(tǒng)的性能。

減小球差的方法主要包括以下幾種?：

?加光闌?：通過選擇近軸光束來減小球差。?

?正負(fù)透鏡組合?：使用正負(fù)透鏡組合進(jìn)行校正,，可以有效減少球差,。

?非球面透鏡?：采用非球面透鏡可以顯著降低球差。

對于單個球面透鏡如要保持光焦度不變,，可通過改變透鏡的形狀和材料來減

小球差,。

總之，球差作為光學(xué)系統(tǒng)像差中最為常見的一種,，其本質(zhì)來源于球面透鏡在

折射光線時,，無法保證所有光線在同一點聚焦。通過對球差的形成,、影響研

究,，可以看到球差的控制校正是光學(xué)設(shè)計中一項至關(guān)重要的任務(wù)。值得注意

的是,，球差的校正往往不是孤立的,，它與其他像差（如色差、像散等）相互

交織,，形成復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計問題,。

球差的測量

Lambda-X公司的NIMO光學(xué)分析儀，不僅能夠快速精準(zhǔn)的測量光學(xué)鏡片的球

差,，而且還可以通過zernike polynomials計算出低階和高階相差,，同時以二

維和三維地形圖的形式更直觀的顯示。

希望通過這篇文章能夠讓大家對球差有一個簡單直觀的認(rèn)識,，并能在設(shè)計與優(yōu)化

光學(xué)系統(tǒng)時,，將理論應(yīng)用于實踐。