像散（Astigmatism）
定义：像散是由于轴外物点发出的光束与光轴有一倾斜角，该光束经透镜折射后，其子午细光束与弧矢细光束的汇聚点不在一个点上。
特性：表现为子午方向和弧矢方向光斑聚焦的不一致性。
影响：使成像不清晰，影响成像质量。
《七大像差讲解与优化方法》
《1/7——球差（Spherical Aberration）》
《2/7——彗差（Coma Aberration）》
《3/7——像散（Astigmatism）》
《4/7——场曲（Field Curvature）》
《5/7——畸变（Distortion）》
《6/7——轴向色差（Longitudinal Chromatic Aberration）/位置色差/球色差/色球差/CAF2》
《7/7——垂轴色差（Lateral Chromatic Aberration）/倍率色差》
1.宽光束与细光束
宽光束和细光束是像差理论分析中的一个基本概念。
为了描述子午面或者弧矢面内斜光束的光线结构，称与主光线对称的一对光线为“光线对”，例如子午面内称为“子午光线对”。
如果光学系统没有像差存在，那么所有的光线对应当汇聚在理想像点上。
由此定义“宽光束”：从物点发出的入瞳内与主光线对称的垂直距离最远的那对光线，即上光线和下光线。
定义“细光束”：可以设想，宽光束受入瞳限制了尺寸，当入瞳越来越小，以至于接近零的时候，这个时候的光线对的性质或者说小光束的性质和主光线的性质一致，不再在成像空间出现不对称现象了。
由此可见，宽光束和细光束的定义只是一个为了说明光束结构的极限定义。
如图1所示，轴外点发出的宽光束经单个折射球面折射后，有彗差存在。若把光阑缩到无限小，只允许沿主光线的无限细光束通过，则彗差不再存在。
这表明轴外点发出的光束缩到无限细以后，由光束不对称引起的彗差不再存在，但是还有细光束的像散和场曲存在。
2. 像散的定义
像散也叫像散差。
图2：细光束像散示意图
如图2所示，轴外物点通过有像散的光学系统成像时，使一个和光轴垂直的屏沿光轴移动，就会发现屏在不同位置时，点B发出的成像细光束的截面形状发生很大的变化。在位置1时，成像细光束截面为一长轴垂直于子午面的椭圆；移到位置2时为一垂直于子午的短线；在位置3时又成为一长轴垂直于子午面的椭圆；在位置4时成为一圆斑；在位置5时形成长轴在子午面内的椭圆；在位置6时形成一子午面内的短线；位置7时又扩散成长轴在子午面内的椭圆。
在图2中，位置2与位置6处两条短线的光能量最集中，短线B′t称为轴外物点B的子午像，短线B′s为轴外物点B的弧矢像。两条短线之间沿光束轴（主光线）方向的距离B′tB′s是光学系统的像散。
在光学设计中，常以B′tB′s在光轴上的投影来量度光学系统的像散值，以x′ts表示，如图3所示。
首先通过无限细光束的光路计算求得B′t和B′s沿主光线方向的位置t'和s'，然后将它们换算成相对于最后一面顶点的轴向距离l′t和l′s，便可求得像散值：
上式中
其中，x为主光线在最后一面上投射点的矢高；U′z是光学系统像空间主光线和光轴的夹角。
当光学系统在子午像点B′t比弧矢像点B′s更远离高斯像面，即l′t＜l′t，像散x′ts为负值；反之，像散x′ts为正值。
3. 像散的成因
光学系统所对轴外点产生像散，是由于通过光学系统后的光束对应的波面为非球面波，它在两个主截面中的曲率不同，所以聚焦为子午像点和弧矢像点。
以单个折射面为例，说明由轴外点发出的无限细同心光束所对应的球面波经折射球面折射后成为对应于像散光束的非球面波，如图4所示。
轴上点发出细光束沿光轴方向射向透镜，其波面顶点和折射球面项点首先接触，然后波面上对称于光轴的点，如a0、b0、c0、d0同时和球面接触，通过折射后，波面改变了曲率，但仍对称光轴。因光束为无限细，没有球差存在，故仍不失其同心性。
由轴外点B通过折射面的折射与轴上点不同，和子午光束对应的波面截线ab上的点b和折射面先接触，即波面上点b先发生折射改变曲率，其次是顶点Z发生折射改变曲率，最后是点a发生折射改变曲率。弧矢光束所对应的波面截线cd，顶点Z先和球面接触，然后是对称于主光线的点，如波面上点c和点d同时和球面接触而改变曲率。所以入射的球面波经折射后，子午截面内点a和点b不同时改变曲率，而弧矢截面内点c和点d同时改变曲率，所形成的波面在两个主截面内有不同的曲率。其对应于像散光束，有像散差，即使光束为无限细，没有彗差，仍会有像散存在。
4. 用点列图和光扇图描述像散
图5为像散的点列图和光扇图。
此时，只考虑存在像散的情况。
每一位置的光扇图中，一个是子午光线（T），一个是弧矢光线（S）。
注意，这两条直线没有相同的斜率，这是像散在光扇图中的特征。b位于子午像点，此时T的斜率为零。d位于弧矢焦点，此时S的斜率为零。C处的T和S 图具有相同的斜率大小，但符号相反。
5. 宽光束的像散
光学系统都是以宽光束成像的。
在讨论彗差时已提到：轴外点宽光束上、下光线光学系统折射后的交点B′t到高斯像面的距离为宽光束子午场曲，以X′t表示。同理，弧矢光束的前、后光线的交点B′s到高斯像面的距离称为宽光束弧矢场曲，以X′s表示，如图6所示。
X′t和X′s的符号视B′t和B′s的位置而定，在高斯像面左边为负，右边为正。图6中X′t和X′s均为负值：二者之差即为宽光束像散。
6.ZEMAX中的像散描述
使用ZEMAX自带的例子“Cooke 40 Degree Field”来描述像散，LDE和点列图，如图7所示。
从弥散斑的形状看出，轴外视场的弥散斑表现出明显的非旋转对称性，这是像散的主要表现形式。在子午面或者弧矢面的焦点处，弥散斑呈现为直线型。
7. 像散的校正
由于光学系统存在像散，轴外一点的像成为在空间相互垂直的两条短线。任何光学系统对轴外点成像都有像散，像散严重时轴外点得不到清晰像。
如果在轴外点B处放置一个“十”字图案，如图8所示， 则通过有像散的光学系统成像时，将会看到在B′t “十”字图案上的每一点都形成一垂直于子午面的水平短线，故“十”字的水平线成像清晰，垂直线的像模糊。在B′s处，“十”字图案的每一点的像为一铅垂短线，则“十”字的垂直线成像清晰，水平线的像模糊。鉴于此，大视场光学系统不管相对孔径多小都必须考虑像散的校正。
改变透镜的形状、改变透镜镜与孔径光阑的距离可以控制像散；也可以在光学系统中增加校正像散的透镜，如弯月透镜，来抵消光学系统中其他部分产生的像散。