光学色差是指什么?光学色彩的成像规律是什么?不同的光源会导致我们观察到的颜色发生偏差,它与光源属性有关也有照射的方向、位置有关系,本文就为大家简单的介绍一下!
什么是光学色差?
像差是指实际光学系统中,由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致,与高斯光学的理想状况的偏差。实际光学系统的成像是不完善的,光线经光学系统各表面传输会形成多种像差,使成像产生模糊、变形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差,使成像质量达到技术要求。光学系统的像差可以用几何像差来描述。光学系统的像差可以分成两大类,即单色像差及色差。单色像差五种,分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲,以及影响物象相似度的畸变。色差主要是位置色差和倍率色差。
光学色差的成像规律:
一个成像系统主要包含以下几个要素:
视场:能够在显示器上看到的物体上的部分
分辨率:能够最小分辨的物体上两点间的距离
景深:成像系统能够保持聚焦清晰的最近和最远的距离之差
工作距离:观察物体时,镜头最后一面透镜顶点到被观察物体的距离
畸变:由镜头所引起的光学误差,使得像面上各点的放大倍数不同,导致变形
视差:是由传统镜头引起的,在最佳聚焦点外物体上各点的变化,远心镜头可以解决此难题。
光学色差校正方法:
首先,各光组以至各面的像差分布要合理。在考虑初始结构时,可将要校正的像差列成用P、W表示的方程组,这种方程组可能有多组精确解,也可能是病态的,或无解。若是前者,应选一合理的解;若是后者,应取最小二乘解。总之,有多种解方程组的算法可资利用,在计算机上实现并不困难。然后,应尽量做到各个面上以较小的像差值相抵消,这样就不至于会有很大的高级像差。在此,各透镜组的光焦度分配、各个面的偏角负担要尽量合理,要力求避免由各个面的大像差来抵消很多面的异号像差。
其次,相对孔径h/r或入射角很大的面一定要使其弯向光阑,以使主光线的偏角或ip角尽量小,以减少轴外像差。反之,背向光阑的面只能有较小的相对孔径。
第三,像差不可能校正到完美无缺的理想程度,最后的像差应有合理的匹配。这主要是指:轴上点像差与各个视场的轴外像差要尽可能一致,以便能在轴向离焦时使像质同时有所改善;轴上点或近轴点的像差与轴外点的像差不要有太大的差别,使整个视场内的像质比较均匀,至少应使0.7视场范围内的像质比较均匀。为确保0.7视场内有较好的质量,必要时宁愿放弃全视场的像质(让他有更大像差)。因为在0.7视场以外已非成像的主要区域,当画幅为矩形时(如照相底片),此区域仅是像面一角,其像质的相对重要性可以较低些。
第四,挑选对像差变化灵敏、像差贡献较大的表面改变其半径。当系统中有多个这样的面时,应挑选其中既能改良所要改的那种像差,又能兼顾其他像差的面来进行修改。在像差校正的最后阶段尚需对某一、二种像差做微量修改时,作单面修改也是能奏效的。
第五,若要求单色像差有较大变化而保持色差不变,可对某个透镜或透镜组作整体弯曲。这种做法对消除色差和匹兹凡和以外的所有像差均属有效。
第六,利用折射球面的反常区。在一个光学系统中,负的发散面或负透镜常是为校正正透镜的像差而设置,它们只能是少数。因此,让正的会聚面处于反常区,使其在对光起会聚作用的同时,产生与发散面同号的像差就显的特别有利。设计者应善于利用这一性质。
第七,利用透镜或透镜组处于特殊位置时的像差性质。例如,处于光阑或与光阑位置接近的透镜或透镜组,主要用于改变球差和慧差(用整体弯曲的方法);远离光阑位置的透镜或透镜组,主要用来改变像散、畸变和倍率色差。在像面或像面附近的场镜可以用来校正像面弯曲。
第八,对于对称型结构的光学系统,可以选择成对的对称参数进行修改。作对称性变化以改变轴向像差,作非对称变化以改变垂轴像差。
第九,利用胶合面改变色差或其他像差,并在必要时调换玻璃。可以在原胶合透镜中更换等折射率不等色散的玻璃,也可在适当的单块透镜中加入一个等折射率不等色散的胶合面。胶合面还可用来校正其他像差,尤其是高级像差。此时,胶合面二边应有适当的折射率差,可根据像差的校正需要,使它起会聚或发散作用,半径也可正可负,从而在像差校正方面得到很大的灵活性。同时,在需要改变胶合面二边的折射率差以改变像差的性态、或微量控制某种高级像差,以及需要改变某透镜所承担的偏角等场合,都能通过调换玻璃而奏效。
第十,合理的拦截光束和选定光阑位置。孔径和视场都比较大的光学系统,轴外的宽光束常表现出很大的球差和慧差,使y'~tgU'特性曲线上下很不对称。原则上,应首先立足于把像差尽可能校正好,在确定无法把宽光束部分的像差校正好的情况下,可以把光束中y’值变化大的外围部分光线拦去,以消除其对像质的有害影响,并在设计的最后阶段,根据像差校正需要最终确定光阑位置。
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