像差是怎樣形成的
像差是光學中的現象，對於形成的像差的原因，很多人都不太瞭解。下面由小編為你詳細介紹像差的形成原因相關知識。
形成像差的原因
像差一般分兩大類：色像差和單色像差。色像差簡稱色差，是由於透鏡材料的折射率是波長的函式，由此而產生的像差。它可分位置色差和放大率色差兩種。單色像差是指即使在高度單色光時也會產生的像差，按產生的效果，又分成使像模糊和使像變形兩類。前一類有球面像差、慧形像差和像散。後一類有像場彎曲和畸變。
實際工作中光學系統所成的像與近軸光學***Paraxial Optics，高斯光學***所獲得的結果不同，有一定的偏離，光學成像相對近軸成像的偏離稱像差。
由於像差使成像與原物形狀產生差異。複色光引起的色像差簡稱色差;非近軸單色光則引起單色像差。初級像差又分為五種，分別為：球面像差、彗形像差、像散、像場彎曲和畸變五種。
攝影影頭因製作不精密，或人為的損害，不能將一點所發出的所有光線聚焦於底片感光膜上的同一位置，使影像變形，或失焦模糊不清。
實際的光學系統存在著各種像差。一個物點所成的像是綜合各種像差的結果;此外實際光學系統完全可以不調焦在理想像平面處，這時像差***指在這個實像面上的像斑***當然也要變化。在天文上常用光線追跡的點列圖來表示實際像差;也可用波像差來表示像差，由一個物點發出的光波是球面波，經過光學系統後，波面一般就不再是球面的。它與某一個基準點為中心的球面的偏離量，乘以該處介質的折射率值，稱為波像差。
人眼波前像差來源
角膜和晶狀體的表面不理想，其表面曲度存在區域性偏差;
角膜與晶狀體、玻璃體不同軸;
角膜和晶狀體以及玻璃體的內含物質不均勻，使折射率有區域性偏差。
這些結構上的偏差使得經過偏差部位的光線偏離理想光路，以至物體上一點在視網膜的對應點上不是一個理想的像點，而是一個發散的光斑，其結果是整個視網膜像對比下降，視覺模糊。
波前像差是怎麼形成的，實踐證明，基於幾何光學原理對人眼光學系統特性的傳統評價方法存在很大的侷限性。近代物理學研究發現光有波粒兩相性。根據光的波動學理論可以完整地評價和描述人眼的成像偏差，這種成像偏差被稱為波前像差。
人眼波前像差形成的的影響
最新研究表明波前像差對人眼成像有著嚴重影響，特別是對近視眼其影響更甚。在40%的近視眼中，其平均波前像差的影響相當於150度近視。這便是為什麼很多近視眼在配鏡時總是難以達到如正常眼一樣的視銳度。因為現行的鏡片方法只矯正離焦，而不能同時矯正波前像差。
另外有關近視形成的理論研究最近表明，人眼波前像差是導致近視眼形成的危險因子。因為波前像差使網膜像模糊，而動物試驗已證實無論用何種方法使動物眼底像模糊均能導致近視眼。
像差的種類
為了方便說明像差的成因，我們僅以平行的入射光來探討他們在幾何光學上的差異。其實天文觀測的目標都是遙遠的星體，基本上也符合平行光的假設。
球面像差***對稱的像差***：當沿著光軸的平行入射光不能完全聚焦時，我們稱為「球面像差」。
透鏡的球面像差
反射鏡的球面像差
彗形像差***不對稱的像差***：傾斜於光軸的平行入射光無法完全聚焦的情況，我們稱為「彗形像差」。
色像差：若是不同的顏色光線有不同的聚焦點，我們稱為「色像差」。通常紅色光的焦距比藍光大一些。
彎曲的像場：即使光學系統能完美地聚焦，但是卻常發生它們的聚焦平面與我們希望的成像平面不一致。因此透鏡會有bending的設計。
Astigmatism：因為物體經由透鏡成像時，常會發生X軸與Y軸的聚焦點不一致。
變形：基本上變形的發生不能看似完全的像差。它並不是因為影像的聚焦不良所致，相反的它是清晰的成像，但是卻發生與原來的物體的外型不一致。
最完美的成像：拋物面鏡
數學上的定義： y2= 4 F.x F：鏡面焦距長度
鏡面特色：平行光軸的入射光線可以完美聚焦於焦點。同時因為是反射面成像，所以沒有任何色像差。若是採用拋物面來作為天文望遠鏡的主鏡是一個非常好的選擇。不但能兼顧光學系統的重量與成像品質。很可惜的，若是非平行的入射光沿著主軸進來，會有對稱的「球面像差」。若是平行入射光傾斜於主軸，會有不對稱的「彗形像差」產生。因此拋物面鏡最適合於長焦距的天文望遠鏡，而不適合於地面景物的觀測。
不過拋物面的鏡面不易製造，必須藉由許多球面鏡的研磨方式逐漸逼近拋物面的曲度，因此價格自然也較為高昂。以一個口徑8吋、 F/4鏡面而言，中間的鏡面與球面鏡差距其實是非常微小的，只有數個波長之差。雖然這只是微小的差別，卻可以改善影像的品質甚多。
為了獲得高精度的拋物面，必須透過多次球面研磨。
由於拋物面鏡是經過多次球面鏡的研磨而成，因此拋物面鏡可以看成是多個球面鏡所構成。利用這個光學特性，可以成為檢測拋物面鏡的一個簡易的方法，我們稱為「刀口測試」。
結語：反射鏡的製作成本比折射鏡低廉非常多，因此大口鏡的望遠鏡幾乎都採用拋物面鏡。若是用途僅止於天文攝影，採購該型望遠鏡算是不錯的選擇。尤其在星團與星雲的拍攝，超大口徑的拋物面鏡幾乎是唯一的選擇。
沒有彗形像差：球面鏡
數學上的定義： y2= 4 F2- x2 F：鏡面焦距長度***R=2F***
球面鏡特色：球面鏡的幾何對稱，因此沿著光軸或傾斜光軸的平行入射光都具有相同的「球面像差」。不過沒有「彗形像差」則是它的優點。由於球面鏡的製作成本低廉，因此大都製造成極大的口徑來獲得它的優勢。不過同樣屬於反射鏡的拋物面鏡，因為鏡面中間的完美成像品質，已經逐漸取代球面鏡。
具有彈性的呈像矯正：折射鏡
因為折射鏡是由多個透鏡組成，透鏡的每一面都是球面鏡。目前因為鏡片的研磨技術進步，少數的鏡片也能製造成非球面鏡。為了能夠消除「像差」與「色像差」，因此鏡片的材質非常重要。一般由兩片鏡片構成的鏡片組，我們稱為「Achromatic」。
透鏡的研磨成本高昂，加上鏡片組的重量，因此非常不適合用於大口徑的天文望遠鏡。不過由於折射鏡可以透過不同材質與曲度的鏡片搭配來消除色、像差，所以可以同時用於天文觀測與地面景物觀看等用途，算是一個全方位的望遠鏡。坊間許多稱為「螢石鏡」或是「ED鏡」，是因為鏡片組的第一片鏡片採用高折射率、低色散的鏡片製造，而第二片仍須使用高色散的鏡片。一般的光學玻璃都是高折射率，同時也具有高色散的情形，所以「螢石鏡」或是「ED鏡」就顯得珍貴了。由於天文望遠鏡的入射光幾乎都是平行光***遙遠的恆星***，同時視野狹窄***高倍率***，因此只要三片式透鏡的主鏡就已經十分足夠了。當然若想用於地面觀看，效果必須打一點折扣!
結語：若是你想添購一隻可以用於地面景物觀看，同時又想進行天文觀測。那折射式望遠鏡是你的首選。
光學系統
在簡易的反射式天文望遠鏡***牛頓式望遠鏡***，由於安置斜鏡之故，常會造成星光成 +字形。
彗形像差會發生在影像的邊緣，它的形狀會呈現橢圓形。若是所有星點都呈現橢圓形，那表示望遠鏡追蹤攝影的誤差，而非像差。
反射式望遠鏡的大口徑優勢，可以讓暗星體完全呈現。這絕非一般的折射式望遠鏡所能達到。因此反射鏡是星雲攝影的必須工具。目前幾乎所有的大型天文臺都使用反射式望遠鏡來掠取最暗的星體，作為研究之用。
折射式望遠鏡會有明顯的色差發生。為了避免小小的色差，往往必須付出高額的代價。
高價格且成像良好的折射式天文望遠鏡非常適合拍攝高倍率的星野攝影。