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光学像差-像散像差-Java教程
像散像差与彗形像差相似，但是这些伪像对光圈大小不那么敏感，并且更强烈地依赖于光束的倾斜角。像差通过标本点的离轴图像显示，该标点显示为直线或椭圆而不是点。根据进入透镜的离轴光线的角度，线图像可以沿两个不同方向（切向（子午）或矢状（赤道））定向。单位图像的强度比将减小，清晰度，细节和对比度会随着距中心距离的增加而丢失。
本教程使用小程序左侧窗口中出现的牛肺动脉细胞的荧光显微照片进行初始化。该单元用DAPI，BODIPY和MitoTracker Red CMXRos进行了三重染色。在图像窗口下面是一个标记为“选择标本”的下拉菜单，该菜单可用于从调色板中选择新标本。该离轴距离滑块通过将越来越多的散光引入光学系统来控制教程。向右移动滑块会强调切向平面，而向左移动滑块会说明在矢状平面中发生的效果。当滑块向左或向右移动时，显微镜图像会变形，以放大显示散光如何通过目镜出现（模糊水平线，同时锐化垂直线，反之亦然）。同时，点散布函数和Airy模式（在applet窗口的中央部分显示）也发生了变化，以模拟像散的引入。当焦点设置在矢状和切向极值之间的折衷位置时，将产生四瓣艾里模式。
在未经校正的镜头中，在像场的外部会发现像散像差，视焦平面的位置而定，会导致理想的圆点图像（艾里图案）模糊成弥散的圆形，椭圆形的斑点或线条。图1中显示的是穿过切线和矢状面的离轴光线，这些光线共同用于定义像散的几何形状。的切平面（也称为子午平面）包含主光线和光轴的透镜（或透镜系统），而矢状面（也称为径向平面和/或等位平面）仅包含主光线，并且垂直于切线平面定位。主光线定义为从离轴点光源发出的特殊光线，该光源穿过镜头入射光瞳的中心。在没有像差的光学系统中，主光线还将穿过孔径光阑的中心和透镜的出瞳。
当考虑复杂的多元素透镜系统（例如显微镜物镜）时，切线平面从系统的一端到另一端是连贯的。相反，当主光线被构成透镜系统的元件偏离时，矢状面通常会改变斜率，这通常会导致系统每个区域的矢状面的一系列连续变化。与弧矢或切线平面相关联的光束将具有不同的配置，从而导致每个平面的焦距不同。焦距的这种差异是散光的量度，通常称为散光差异，将取决于光线的倾斜角度和透镜屈光度（与形状或折射率相反）。随着物体（或标本）的光源点离轴越来越远，射线通量以越来越大的倾斜角进入光学系统，从而导致更大的焦距差。
位于切线和矢状平面的光线以不同的方式折射，并且两组光线在不同的像点处与主光线相交，分别称为切线像（切向焦平面）和矢状像（矢焦平面；见图2）。 。这些光线无法产生聚焦的图像点，而是产生一系列从线性到椭圆形的细长图像，具体取决于光学系统中的位置。在被称为最小混乱圈的区域，位于切线图像和矢状图像之间，椭圆的长轴和短轴相等，并且图像接近圆形几何形状。这些概念在图2中进行了说明，图2给出了切线和弧矢光线的主轴，最小混乱的圆，并显示了路径中关键位置的近似艾里图案。
每个透镜系统都有一个固有的曲率，称为Petzval曲率，与组件透镜元件的折射率及其表面曲率有关。缺乏像散像差的系统具有彼此重合且位于Petzval表面上的弧矢和切向像面。散光的特征通常在于主光线与透镜系统的光轴之间的角度相关，称为视场角（ε）。散光的透镜校正通常由抛物线曲线图表示，该曲线图表示切线（T；图3）和矢状（S；图3）像点的位置与视场角（ε）。未经校正的镜片显示出一条典型的曲线，如图3（a）所示，而针对散光校正的一些镜片图则如图3（b）和3（c）所示。像散表示切向场和弧矢场曲线之间的偏离（图3（a））相对于Petzval表面。
当透镜系统中存在像散时，切向场偏离佩兹伐表面的距离是矢状场显示的切向场的三倍。如果切向和弧矢图像都位于Petzval表面的左侧（图3（a）），则散光称为负，校正不足或向内弯曲（朝向镜头）。当此顺序相反时，散光会被过度校正或向后弯曲。负透镜将向后弯曲引入像散透镜系统，而正透镜则使佩兹伐表面向内弯曲。在薄透镜系统中，佩兹伐表面与理想平面图像表面的纵向偏离等于图像高度平方除以焦距加透镜元件的折射率的一半。为了矫正散光，有必要减小像散差的值，或减小切线和矢状线图像之间的距离。很难完全消除散光，但是当两条曲线，S和T变得更平坦且重合（图3（c）），然后在Petzval表面（P）附近的区域中形成图像。
物镜在镜片中的定位不佳或物镜，中间光学器件和目镜之间的对准不佳会导致彗差，从而增加散光。当镜头系统组装错误时，像散会受到严重影响，通常会在整个图像区域产生不对称的性能。小的倾斜角度，甚至低至5分钟的弧度，都是严重的，并会导致图像质量下降。通常通过物镜的设计来校正散光误差，以提供各个透镜元件的精确间距以及合适的透镜形状，光圈大小和折射率。散光的校正通常与像场弯曲像差的校正一起完成。
