像差

像差 (Optical aberration)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂像差是指對單一透鏡成像，實際成像與理論成像的差異。根據像差產生的原因，可以分成與波長有關的色暈像差，以及與波長無關的單色像差兩種。色暈像差是由於折射作用下，各種波長的光，折率射不相同所造成的，因此當複合光（立如白光）照射下產生的像差，會有色散的現象，因此稱為色暈像差。

常見的單色像差可分為球面像差、彗星像差與畸變。對照像機與望遠鏡等光學儀器而言，像差會導致成像的扭曲而失真，因此必須使像差減小到肉眼可分辨以下的程度，利用透鏡組合，可以達到將像差減小的目的，但卻不可能百分之百的消除。

所謂球面像差，是指經過透鏡以後，光線並不能如理論值，完全聚焦於一點，而是聚焦於一個球面，如下圖所示。球面像差會使無窮遠的點光源看起來變成球形因此稱為球面像差。球面像差產生的原因在於:透鏡的邊緣折射的比較厲害，所以焦點比其他部份近，因此，聚焦位置只能形成一個區域，而非真正聚焦在相同的位置，這樣的球面像差，會使聚焦困難，因為沒有一個明確的位置才是真正焦點之所在，所以在光學系統，例如組合透鏡與面鏡中，下一個光學儀器便沒有精準的位置，如此一來，失真便會愈來愈嚴重。利用凹透鏡與凸透鏡的組合可以消除球面像差，或使用非球面透鏡也可以達到相同的效果。

所謂彗星像差是指形狀類似彗星的像差，如下圖所示，它會使無窮遠的恆星看起來像彗星一樣，拖著尾巴，因此稱為彗星像差。彗星像差是拋物面鏡與生俱來不可避免的像差，這是因為距離光軸愈遠的位置，偏離實際焦點的位置就會愈多。消除彗星像差的方法，可以利用遠離光軸位置部分，適度調整曲率半徑而達成。在單一波長下，球面像差與彗星像差都最小的透鏡稱為最佳透鏡。

畸變會使像呈現不規則扭曲，有時是中間扭曲比較嚴重，有時是邊緣扭曲比較嚴，不管如何，畸變都會使物體成像失真，必須想辦法克服。

參考資料

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_aberration