複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

色象差

鎖定
用白光進行成像時,除了每種單色光仍會產生五種單色像差外,還會因不同色光有不同折射率造成的色散,而使不同的色光有不同的傳播光路,從而呈現出因不同色光的光路差別而引起的像差,稱之為色像差(簡稱色差)。色像差因性質不同而分為位置色差倍率色差兩種。
中文名
色象差
外文名
chromatic Aberration
別    名
色差
領    域
光學
分    類
位置色差倍率色差
相關名詞
單色像差

色象差像差概念的來源

實際光學系統中,存在着遠軸區產生的實際像與近軸區產生的理想像之間的偏離。此時,從物體上任一點發出的光束通過光學系統後不能會聚為一點,而形成一彌散斑,使像不能嚴格地表現出原物體形狀,這就是像差

色象差簡介

用白光進行成像時,除了每種單色光仍會產生五種單色像差外,還會因不同色光有不同折射率造成的色散,而使不同的色光有不同的傳播光路,從而呈現出因不同色光的光路差別而引起的像差,稱之為色像差(簡稱色差)。色像差因性質不同而分為位置色差倍率色差兩種。 [1] 

色象差位置色差

色象差定義

位置色差是描述2種色光對軸上物點成像位置差異的色差。

色象差舉例

正透鏡位置色差圖示:
負透鏡位置色差圖示;
色差嚴重影響光學系統成像性質,一般光學系統都必須校正色差。可以用正負透鏡適當組合來校正位置色差。

色象差影響位置色差的主要因素

(1)隨孔徑角的增大而增大;
(2)與光學材料的折射率和色散率有關;
(3)與透鏡的焦距有關。

色象差倍率色差

色象差定義

倍率色差是一種因不同色光成像的高度(也即倍率)不同而造成的像大小差異的色差。
它是以兩種色光(此即F光和C光)的主光線在高斯像面上的交點高度之差來度量,以符號
表示之。

色象差舉例

倍率色差圖示:
倍率色差隨視場的增大而增大,由於倍率色差的存在,使物體邊緣呈現彩色,從而,造成白光所成的像呈現彩色斑。
對於一般光學系統來説,球差、慧差和位置色差這三種對對成像性質影響較大,所以首先考慮消除,因人眼具有自動校正色差功能,故影響成像質量主要是球差和慧差。

色象差影響倍率色差的主要因素

(1)隨視場的增大而增大;
(2)與光闌位置有關;
(3)與光學材料的折射率和色散率有關 [2] 

色象差單色像差

色象差分類

球差——軸上點寬光束像差;
彗差——軸外點寬光束像差;
像散——軸外點細光束像差;
像面彎曲(簡稱場曲);
1.球差:
軸上物點以寬光束成像時產生的像差。
不同孔徑角的光線所成的像點相對於理想像點的位置偏離。
由於此球差是沿光軸方向度量的,也稱為軸向球差。
正透鏡球差圖示:
球差的存在,使像面上形成一個彌散斑,其半徑稱為垂軸球差。
影響球差的主要因素:
(1)隨物方孔徑角的增大而增大 ;
(2)與透鏡形狀有關 ;
(3)與焦距有關,焦距越長,球差越小。 [3] 

色象差軸外像差

彗差——軸外點寬光束像差;
像散——軸外點細光束像差;
像面彎曲(簡稱場曲);
畸變 。
1.慧差:
子午面:由軸外物點B和光軸組成的對稱面。
弧矢面:通過主光線和子午面垂直的面。
主光線:由軸外物點B發出並通過入瞳中心的光線。
(1)子午彗差:子午面上、下光線的交點BT′到主光線在垂直光軸方向的偏離,稱為子午彗差,用符號KT′表示。
(2)弧矢彗差:弧矢面上前、後光線的交點BS′到主光線在垂直光軸方向的偏離,稱為弧矢彗差,用符號KS′表示。

色象差畸變的產生

對於一般實際光學系統來説,只有在近軸區垂軸放大率才是常數。當視場增大時,像的垂軸放大率便會隨視場變化而異,這將會使像相對於原物失去相似性。這種使像變形的成像缺陷就稱為畸變。
如光學系統存在正畸變即實際像高大於理想像高,所成的像為枕形,負畸變則成桶形。
畸變只引起變形,不影響像的清晰度
光學系統對共軛面上不同高度的物體垂軸放大率不同產生畸變。
像失真,但不影響像的清晰度(是由於垂軸放大率不同)。

色象差光學設計的意義

儘管光學系統有一系列像差,而且一般總不能將其完全校正和消除。但由於人眼和所有其它光能接收器也有一定的敏感缺陷,只要使得各種像差的數值小於一個容許的限度,人眼和其它光接收器還是覺察或反映不出其成像的不完善性。這樣的光學系統從實用意義來説,可認為是理想的。
參考資料
  • 1.    謝革英, 李晨璞, 胡金江,等. 透鏡成像中球面像差和色像差的分析與校正[J]. 實驗室研究與探索, 2012, 31(11):37-38.
  • 2.    田曉明. 透鏡色像差的多種定義值及其相互關係[J]. 廣東醫學院學報, 1995(gd):88-90.
  • 3.    丁慎訓等主編.物理實驗教程.清華大學出版社