光学系统设计中如何有效消除球差

球面像差是由镜头表面的球体引起的。从光轴上同一点发出的光通过透镜在像场空间的不同点会聚，从而移动图像的位置。对于所有使用球面镜头的镜头来说，这是不可避免的像差。它的产生是由于轴与透镜角度的入射角不同造成的。

当平行光通过镜子边缘时（远轴光），其焦点位置更靠近镜头；透镜中心，通过透镜中心（近轴光），远离透镜焦点（沿光轴行进的光量，称为纵向球差）。< br/>
由于这种像差，通过镜头边缘的光产生的光斑（Halo）形成在通过镜头中心部分的近轴光的像周围，让人感觉像模糊，而且整个画面蒙上了一层纱布，变成了没有新鲜锐度的灰色图像。

球差在镜头光圈全开或接近全开时最为明显，而且镜头越大，这种趋势越明显。

在使用镜头时，可以通过减小光圈来适当消除球差。

但需要注意的是，如果图像像差过大，可以通过减小光圈像差来移动焦平面（焦点）。

球面透镜的球差校正非常困难。通常是根据一个入口的光线（到光轴的距离），然后用凸凹两个透镜来完成适当的组合。但是，只要使用球面透镜，并不能显着改善一定程度的球差。

为了彻底消除全尺寸镜头的球面像差，只能使用非球面镜头。非球面透镜的作用是修改透镜表面的曲率，使其与近轴光和远轴光的焦点位置重合。

非球面镜片的制作方法主要有以下三种：

1.研磨非球面镜片：直接在整片玻璃上研磨，制造工艺成本相对较高；

2、模压非球面镜片：采用金属铸造技术直接压制熔化的光学玻璃/光学树脂。这种制造工艺成本比较低；

3、复合非球面镜片：在玻璃镜片表面覆盖一层特殊的光学树脂，磨成球面，再将光学树脂磨成非球面。这种制造工艺的成本介于以上两种工艺之间。