像差理論涵蓋球面像差、像散差、場(chǎng)曲率和色像差等基本概念。

一、球面像差

定義：根據(jù)光線接觸鏡頭光圈位置及距離聚焦差異，也是光圈大小的函數(shù)，球面透鏡表面光入射角越陡，折射誤差越大。

影響：大光圈鏡頭更易有球面像差影響圖像質(zhì)量，可通過閉合虹膜增加 f/#改善，但改善程度有限，閉合過多會(huì)導(dǎo)致衍射限制性能。

解決方法：光學(xué)設(shè)計(jì)可更正，但會(huì)增加鏡頭組件大小、重量及成本。

二、像散差

性質(zhì)：視場(chǎng)角函數(shù)，廣角拍攝時(shí)發(fā)生，視場(chǎng)方向性能低于視場(chǎng)正交方向。表現(xiàn)為一個(gè)方向條形聚焦，另一方向條形失焦。

原因：遠(yuǎn)離物體中心光線不通過旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面。

解決措施：采用對(duì)稱光圈設(shè)計(jì)及低入射角度設(shè)計(jì)，這可能導(dǎo)致鏡頭設(shè)計(jì)受限且增加其大小、重量和成本。

三、場(chǎng)曲率

描述：是圖像平面自然彎曲的放大倍率像差，由系統(tǒng)中鏡頭元件焦距總和與折射率得出，正數(shù)總和使圖像平面有凹曲率。

解決方式：設(shè)計(jì)人員須插入凹面更正元件降低焦距總和，但會(huì)使鏡頭更長(zhǎng)并減少后焦距。

四、色像差

含義：不同波長(zhǎng)光聚焦在不同點(diǎn)，可通過設(shè)計(jì)包含不同色散玻璃制成的凹凸透鏡成像鏡頭去除。

缺點(diǎn)：增加鏡頭元件數(shù)量，且理想顏色校正玻璃昂貴且難生產(chǎn)，使用單色光可減少色像差節(jié)約成本降低復(fù)雜性。

五、色焦距變換

消色差鏡頭設(shè)計(jì)：兩個(gè)波長(zhǎng)可同時(shí)聚焦在同一平面，實(shí)際使用中常見的藍(lán)、綠、紅 LED 波長(zhǎng)在聚焦平面有不同位置分布，僅使用一個(gè)波長(zhǎng)性能會(huì)提高。

復(fù)消色差透鏡：三種波長(zhǎng)可同時(shí)聚焦在同一平面，性能較高但多功能性較低，成本高，高端高放大倍率物鏡多采用。

六、標(biāo)稱性能和實(shí)際構(gòu)建性能

標(biāo)稱性能：基于光線追蹤軟件按設(shè)計(jì)構(gòu)建鏡頭的性能預(yù)測(cè)，但假設(shè)所有因素與指定值完全相同，實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際構(gòu)建性能：利用實(shí)際制造公差對(duì)鏡頭實(shí)際性能的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，受多種因素如元件位置、形狀及玻璃折射率、色散等影響，很難預(yù)測(cè)，通過評(píng)估特定參數(shù)可確定鏡頭達(dá)到性能要求的可能性。通過查看鏡頭配制信息可預(yù)測(cè)標(biāo)稱性能，作為對(duì)比工具。