彗差（Coma Aberration）
定义：彗差是轴外物点所发出的锥形光束通过光学系统成像后，在理想像面不能形成完美的像点，而是形成拖着尾巴的如彗星形状的光斑。
特性：只存在于轴外视场，是非旋转对称的像差。
影响：使图像外边缘像素拉伸变得模糊，对大孔径系统和望远系统影响较大。
《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. 子午平面与弧矢平面
由于共轴系统对称于光轴，当物点位于光轴上时，光轴就是整个光束的对称轴线，通过光轴的任意截面内光束的结构都是相同的。
位于过光轴的某一个截面内的光束结构可以用球差曲线表示。球差曲线能够表示轴上物点的光束结构，它代表了系统轴上物点成像质量的优劣。
对于轴外点来说，成像光线的聚交情况就比轴上点要复杂得多。
如图1所示，由于轴外物点发出的通过系统的所有光线在像空间的聚交情况比轴上点复杂得多，为了能够简化问题同时又能够定量地描述这些光线的弥散程度，我们从整个入射光束中取两个互相垂直的平面光束，由轴外物点和光轴所确定的平面称为子午面，子平面内的光束称子午光束。过主光线且与子午面垂直的平面称弧矢面，弧矢平面内的光束称弧矢光束。
子午面和弧矢面有一条公共光线，即主光线。
2. 彗差的定义
彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后，不会聚在一点，而呈彗星状图形的一种相对主光线不对称的像差。具体地说，在轴外物点发出的光束中，对称于主光线的一对光线经光学系统后，失去对主光线的对称性，使交点不再位于主光线上，对整个光束而言，与理想像面相截形成彗星状光斑的一种非轴对称性像差。
彗差通常用子午面上和弧矢面上对称于主光线的各对光线，经系统后的交点相对于主光线的偏离来度量，分别称为子午彗差和弧矢彗差。
彗差是轴外像差之一，其危害是使物面上的轴外点成像为彗星状的弥散斑，破坏了轴外视场的成像清晰度。
彗差值随视场大小而变化。而且，对于同一视场，由于孔径不同，彗差也改变。所以说，彗差是和视场及孔径都有关的一种垂轴像差。
3. 子午彗差
如图2所示，轴外点B发出的子午光束，对辅轴BC来说就相当于轴上点光束，上光线、主光线和下光线与辅轴的夹角不同，故有不同的球差值，所以三条光线经过光学系统后不能交于一点。也就是说，在折射前主光线是子午光束的轴线，而折射后不再是光束的轴线，光束失去了对称性。
用上、下光线的交点B′T，到主光线的垂直于光轴方向的偏离来表示这种光束的不对称，称为子午彗差，以K′T表示。它是在垂轴方向量度的，故是垂轴像差的一种。
子午彗差的几何表示如图3所示，子午彗差值是以轴外点子午光束上、下光线在高斯像面上交点高度的平均值(Y′a+Y′b)/2和主光线在高斯像面上交点高度Y′Z之差表示：
上式中，像高Y′a、Y′b、Y′Z由下式求得。
需要另外说明下，在图3中，在沿光轴方向和高斯面间的偏离X′T，称为宽光束的子午场曲。
当不考虑X′T时，可以认为子午彗差K′T是在高斯像面上量度的。
从光能量传输的观点看，主光线和像平面交点附近光能量最集中，即图3中点B′最亮，而上、下光线是光束的边缘光线，它们的交点B′T离开了点B′，能量扩散，故相对地暗，形成彗星状弥散斑。
4. 弧矢彗差
弧矢光束的彗差如图4所示。
由轴外点B发出的弧矢光束的前光线c和后光线d折射后为光线c'和光线d',它们相交于点B′S。由于两光线对称子午面，故点B′S应在子午面内，即前光线c'或后光线d'与子午面的交点，点B′S到主光线的垂直于光轴方向的距离为弧矢彗差，以K′S表示。
B′S到高斯像面的沿光轴方向距离为宽光束弧矢场曲，以X′S表示。
光线c'和d'在理想像面上所交的像高是相同的，以Y′S表示。
不考虑X′S时，弧矢彗差可写为
5. 子午彗差与弧矢彗差同时考虑的情况
轴外一点成像时，子午彗差和弧矢彗差是同时存在的，如图5所示。
图5中，略去了宽光束场曲X′T和X′S。
在斜光束中子午彗差和弧矢彗差一般都同时存在，并且弧矢彗差总比子午彗差小，大约等于子午彗差的 1/3。 因此，根据其中任意一个就能判断光学系统彗差的大小。
存在彗差时，大部分光能都集中在主光线附近。彗差与视场呈线性关系，与孔径的平方成比例。
存在彗差时，大部分光能都集中在主光线附近。彗差与视场呈线性关系，与孔径的平方成比例。
6. 用点列图和光扇图描述彗差
此时，准直入射的光束与光轴倾斜某个角度，如图6所示。如果没有像差，所有的光线将会聚于近轴焦平面上同一点，不过此聚焦点将偏离光轴，由主光线的交点决定。
此时，准直入射的光束与光轴倾斜某个角度，如图6所示。如果没有像差，所有的光线将会聚于近轴焦平面上同一点，不过此聚焦点将偏离光轴，由主光线的交点决定。
当移动到离焦平面，光线扇形图偏离了正抛物线型，但仍然明显是二次型特性，这是彗差的特性。
7. 彗差的校正
彗差对于大孔径系统或望远系统影响较大。彗差大小与光束宽度、物体大小、光阑位置、光组内部结构（透镜的折射率、曲率、孔径等）都有关。
彗差对于大孔径系统或望远系统影响较大。彗差大小与光束宽度、物体大小、光阑位置、光组内部结构（透镜的折射率、曲率、孔径等）都有关。
对于某些小视场大孔径的光学系统（如显微物镜），由于像高本身较小，彗差的实际数值很小，因此用彗差的绝对数不足以说明系统的彗差特性。此时，常用“正弦差”来描述小视场的彗差特性。正弦差等于彗差与像高的比值。
7.1 改变透镜形状来校正彗差
如图7(a)所示，弯月透镜对轴外点B成像，上光线a和两个折射面的辅轴较为接近，偏折小。而下光线b偏离两折射面的辅轴较大，故偏折也大。主光线z通过透镜的节点附近，方向基本不变。因此，光线的交点α'，b'必在主光线之上方，产生正值彗差。如把正弯月镜反向放置，如图7(b)所示，下光线b偏离两折射面的辅轴较上光线α为小，折射后的光线a较b'的偏折大，主光线方向近似不变，故光线a'，b'的交点B,应在主光线之下，彗差值为负。由上述可知，彗差值的大小和正负还与透镜形状有密切关系。
图8为用ZEMAX模拟不同形状对彗差的影响。
7.2 通过移动光阑来校正彗差
在图2中，上、下光线的交点在主光线的下方，彗差值为负。若把图2中的入射光瞳向右移到球心处，如图9(a)所示，则主光线和辅轴重合，光束沿辅轴通过折射面不会失去对称性，没有彗差产生。如果把入射光瞳继续向右移，如图9.9(b)所示，上、下光线的交点B′T将在主光线以上，这是因为对于单个折射面，上光线和主光线接近辅轴,折射后偏折小，而下光线远离辅轴，故折射后偏折大。所以彗差变正值。由此可知，彗差和光阑位置有关。
当孔径光阑不在镜头上时，移动光阑的位置可以控制彗差。
7.3 使用对称结构来校正彗差
如图11所示，如果把两个弯月型透镜凹面相对，并在中间设置光阑。当物像的倍率为-1时，从光阑所在空间来看，透镜L1的上、下光线分别与透镜L2的下、上光线相同，因而两透镜产生相反符号的彗差值，可以相消。
-1X成像的ZEMAX例子，如图12所示，此时物高等于像高，物像完全对称，彗差自动归零，各类其他非对称像差也归零，像质较高。