幾何光學：影像失真

描述

P5.1.3.1 透鏡成像中的球面像差

P5.1.3.2 透鏡成像中的散光和像場彎曲

P5.1.3.3 透鏡成像中的畸變（桶形和枕形）和彗形像差

P5.1.3.4 透鏡成像中的色差

一個球面透鏡只有在成像光線以小角度與光軸相交，且光線通過透鏡時的入射角和折射角都很小的情況下，才能將一個點成像為理想的點。由於在實際應用中這一條件很難完全滿足，因此像彗形像差這樣的光學像差是不可避免的。

實驗P5.1.3.1和P5.1.3.2處理了影像清晰度的像差問題。在平行於光軸的光路中，近軸光線和偏軸光線在不同的距離上匯聚。這一現象被稱為“球面像差”，在具有銳利曲率的透鏡中尤為明顯。當用窄光束成像長物體時，會觀察到散光和像場彎曲。實際上，焦平面是一個曲面，因此當中心對焦清晰時，觀察屏幕上的影像邊緣會變得越來越模糊。散光是一種現象，即緊束的光束不產生點狀影像，而是產生兩條彼此垂直的線，它們相對於軸有一定的間距。

實驗P5.1.3.3探索了影像的尺度像差。在透鏡前阻擋光線會導致桶形失真，即隨著物體尺寸增加，成像比例減小。在透鏡後屏蔽光線會導致枕形像差。“彗形像差”是指光束以斜角通過透鏡時，影像出現單側的羽毛狀或斑點狀失真。

實驗P5.1.3.4檢查色差。這些色差是由於折射率隨波長變化而引起的，因此在使用非單色光時是不可避免的。