光學色差的成像規律是什么？

光學色(se)差是指什(shen)么(me)？光學色(se)彩的(de)(de)(de)成像(xiang)規(gui)律是什(shen)么(me)？不同的(de)(de)(de)光源會導致我們觀察到的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)發生偏差，它與光源屬(shu)性(xing)有(you)(you)關也(ye)有(you)(you)照射的(de)(de)(de)方向、位置(zhi)有(you)(you)關系，本(ben)文就為大家簡單(dan)的(de)(de)(de)介紹(shao)一(yi)下！

什(shen)么(me)是(shi)光(guang)學色差？

像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)是(shi)(shi)指(zhi)實際光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統中，由非近軸(zhou)光(guang)(guang)(guang)(guang)線追跡所得(de)的(de)(de)(de)結果(guo)和(he)近軸(zhou)光(guang)(guang)(guang)(guang)線追跡所得(de)的(de)(de)(de)結果(guo)不一致，與高斯光(guang)(guang)(guang)(guang)學的(de)(de)(de)理想狀況的(de)(de)(de)偏差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)。實際光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)是(shi)(shi)不完(wan)善(shan)的(de)(de)(de)，光(guang)(guang)(guang)(guang)線經光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統各(ge)表面(mian)傳輸會(hui)形(xing)成(cheng)多種像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)，使成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)產(chan)生模(mo)糊、變(bian)形(xing)等缺陷。像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)就(jiu)是(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)不完(wan)善(shan)程度的(de)(de)(de)描(miao)述。光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統設計的(de)(de)(de)一項重要(yao)工作就(jiu)是(shi)(shi)要(yao)校正這些(xie)像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)，使成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)質量達到技術要(yao)求。光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)可以用幾何像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)來描(miao)述。光(guang)(guang)(guang)(guang)學系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)可以分成(cheng)兩(liang)大(da)類，即(ji)單色(se)像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)及色(se)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)。單色(se)像(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)五種，分別是(shi)(shi)影(ying)響成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)清晰度的(de)(de)(de)球(qiu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)、彗差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)、象(xiang)散(san)、場曲，以及影(ying)響物象(xiang)相似(si)度的(de)(de)(de)畸變(bian)。色(se)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)主要(yao)是(shi)(shi)位(wei)置色(se)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)和(he)倍率色(se)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)。

光學色(se)差的成像規(gui)律：

一個成像系統主要包含以下幾個要素：

視(shi)場(chang)：能夠在顯示器上看到的物體上的部(bu)分(fen)

分辨率：能夠最小分辨的物體上兩點(dian)間(jian)的距離

景(jing)深：成像系統(tong)能(neng)夠保持(chi)聚焦清晰的最近(jin)和最遠的距離之差

工(gong)作距離：觀察物(wu)體(ti)時，鏡(jing)頭最后一面透鏡(jing)頂點到被觀察物(wu)體(ti)的距離

 畸變：由鏡(jing)頭所引(yin)起(qi)的光學誤差，使得像(xiang)面上各點的放大倍數(shu)不(bu)同，導致(zhi)變形

視差：是由傳統鏡頭引起的(de)，在最佳聚焦點外物(wu)體上(shang)各(ge)點的(de)變(bian)化，遠心鏡頭可以解(jie)決此難題。

光學(xue)色差校正方(fang)法(fa)：

首先(xian)，各(ge)(ge)光組(zu)(zu)(zu)以(yi)至各(ge)(ge)面(mian)的(de)(de)像(xiang)差(cha)分(fen)布要(yao)合(he)理。在考慮初(chu)始結構時，可將要(yao)校正(zheng)的(de)(de)像(xiang)差(cha)列成用(yong)P、W表示的(de)(de)方(fang)程組(zu)(zu)(zu)，這(zhe)種方(fang)程組(zu)(zu)(zu)可能(neng)有多(duo)組(zu)(zu)(zu)精確解(jie)，也可能(neng)是病態的(de)(de)，或(huo)無解(jie)。若是前者(zhe)，應選一合(he)理的(de)(de)解(jie)；若是后者(zhe)，應取最小二乘解(jie)。總之，有多(duo)種解(jie)方(fang)程組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)算法可資利用(yong)，在計算機(ji)上實現(xian)并不(bu)困難。然(ran)后，應盡量(liang)做(zuo)到(dao)各(ge)(ge)個(ge)(ge)面(mian)上以(yi)較小的(de)(de)像(xiang)差(cha)值相(xiang)抵消，這(zhe)樣就不(bu)至于會(hui)有很大的(de)(de)高級像(xiang)差(cha)。在此，各(ge)(ge)透鏡組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)光焦度分(fen)配、各(ge)(ge)個(ge)(ge)面(mian)的(de)(de)偏(pian)角負擔要(yao)盡量(liang)合(he)理，要(yao)力求避(bi)免由各(ge)(ge)個(ge)(ge)面(mian)的(de)(de)大像(xiang)差(cha)來抵消很多(duo)面(mian)的(de)(de)異號像(xiang)差(cha)。

其次，相對孔(kong)徑h/r或入射(she)角很大的(de)面一定要使其彎向光闌(lan)，以使主光線(xian)的(de)偏(pian)角或ip角盡(jin)量小，以減少軸外像差。反(fan)之，背向光闌(lan)的(de)面只能有較小的(de)相對孔(kong)徑。

第三，像(xiang)差(cha)不(bu)可能(neng)校正到完美(mei)無缺的(de)(de)(de)(de)理想程度，最后的(de)(de)(de)(de)像(xiang)差(cha)應有(you)合理的(de)(de)(de)(de)匹配。這主要(yao)是(shi)指：軸(zhou)(zhou)上點像(xiang)差(cha)與(yu)各個視(shi)(shi)(shi)場(chang)的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)外(wai)像(xiang)差(cha)要(yao)盡可能(neng)一致，以便能(neng)在(zai)(zai)軸(zhou)(zhou)向離(li)焦時(shi)使(shi)(shi)像(xiang)質同時(shi)有(you)所改善(shan)；軸(zhou)(zhou)上點或近軸(zhou)(zhou)點的(de)(de)(de)(de)像(xiang)差(cha)與(yu)軸(zhou)(zhou)外(wai)點的(de)(de)(de)(de)像(xiang)差(cha)不(bu)要(yao)有(you)太大的(de)(de)(de)(de)差(cha)別(bie)，使(shi)(shi)整個視(shi)(shi)(shi)場(chang)內的(de)(de)(de)(de)像(xiang)質比較(jiao)(jiao)均(jun)勻(yun)，至少應使(shi)(shi)0.7視(shi)(shi)(shi)場(chang)范圍內的(de)(de)(de)(de)像(xiang)質比較(jiao)(jiao)均(jun)勻(yun)。為(wei)確保0.7視(shi)(shi)(shi)場(chang)內有(you)較(jiao)(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)質量，必要(yao)時(shi)寧愿放(fang)棄(qi)全視(shi)(shi)(shi)場(chang)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)質（讓他有(you)更(geng)大像(xiang)差(cha)）。因為(wei)在(zai)(zai)0.7視(shi)(shi)(shi)場(chang)以外(wai)已非成像(xiang)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)區(qu)域，當(dang)畫幅為(wei)矩(ju)形時(shi)（如照相底片(pian)），此區(qu)域僅是(shi)像(xiang)面一角，其像(xiang)質的(de)(de)(de)(de)相對重要(yao)性可以較(jiao)(jiao)低些(xie)。

第四，挑(tiao)選(xuan)對像(xiang)差(cha)(cha)變(bian)化(hua)靈敏、像(xiang)差(cha)(cha)貢(gong)獻較大的表面(mian)改(gai)變(bian)其半徑。當系統中(zhong)有多個這樣的面(mian)時(shi)，應挑(tiao)選(xuan)其中(zhong)既能改(gai)良所(suo)要改(gai)的那種像(xiang)差(cha)(cha)，又能兼顧其他像(xiang)差(cha)(cha)的面(mian)來(lai)進行修(xiu)改(gai)。在(zai)像(xiang)差(cha)(cha)校正(zheng)的最(zui)后階(jie)段尚需對某一、二種像(xiang)差(cha)(cha)做微(wei)量修(xiu)改(gai)時(shi)，作單面(mian)修(xiu)改(gai)也是(shi)能奏效的。

第五，若要求單色像差(cha)(cha)有較(jiao)大(da)變化(hua)而保(bao)持色差(cha)(cha)不(bu)變，可對某個透鏡或(huo)透鏡組作整體彎曲。這(zhe)種(zhong)做法對消除色差(cha)(cha)和匹(pi)茲(zi)凡和以外的所有像差(cha)(cha)均屬有效。

第(di)六，利用折(zhe)射球面的反(fan)常區。在(zai)一(yi)(yi)個光(guang)學(xue)系統(tong)中，負的發(fa)散面或(huo)負透(tou)鏡(jing)常是為(wei)校正正透(tou)鏡(jing)的像差而設置(zhi)，它們只能(neng)是少數。因此，讓正的會(hui)聚面處于反(fan)常區，使其(qi)在(zai)對光(guang)起會(hui)聚作用的同(tong)時，產生(sheng)與發(fa)散面同(tong)號的像差就顯的特別有利。設計者應善于利用這一(yi)(yi)性質。

第七(qi)，利用透鏡或透鏡組處于(yu)(yu)特殊位置(zhi)時的(de)(de)像差性質。例如，處于(yu)(yu)光闌(lan)或與光闌(lan)位置(zhi)接(jie)近的(de)(de)透鏡或透鏡組，主(zhu)要用于(yu)(yu)改變(bian)(bian)球差和(he)慧差（用整(zheng)體(ti)彎曲的(de)(de)方法(fa)）；遠離光闌(lan)位置(zhi)的(de)(de)透鏡或透鏡組，主(zhu)要用來改變(bian)(bian)像散、畸變(bian)(bian)和(he)倍率(lv)色差。在(zai)像面或像面附近的(de)(de)場鏡可(ke)以用來校正像面彎曲。

第八，對(dui)于對(dui)稱(cheng)型結構的(de)光學系統(tong)，可(ke)以(yi)選擇成(cheng)對(dui)的(de)對(dui)稱(cheng)參(can)數進行修改。作(zuo)對(dui)稱(cheng)性變(bian)(bian)化以(yi)改變(bian)(bian)軸(zhou)向像(xiang)差，作(zuo)非對(dui)稱(cheng)變(bian)(bian)化以(yi)改變(bian)(bian)垂軸(zhou)像(xiang)差。

第九，利用膠合面(mian)改(gai)變色差(cha)或(huo)其他(ta)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)，并在(zai)(zai)必要時調換玻璃。可(ke)以(yi)在(zai)(zai)原膠合透鏡(jing)中更(geng)換等(deng)(deng)(deng)折射率(lv)(lv)(lv)(lv)不等(deng)(deng)(deng)色散(san)的(de)(de)玻璃，也可(ke)在(zai)(zai)適當(dang)(dang)的(de)(de)單塊透鏡(jing)中加入一(yi)個等(deng)(deng)(deng)折射率(lv)(lv)(lv)(lv)不等(deng)(deng)(deng)色散(san)的(de)(de)膠合面(mian)。膠合面(mian)還(huan)可(ke)用來校(xiao)正(zheng)其他(ta)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)，尤其是高(gao)(gao)級(ji)(ji)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)。此(ci)時，膠合面(mian)二邊應有適當(dang)(dang)的(de)(de)折射率(lv)(lv)(lv)(lv)差(cha)，可(ke)根據像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)的(de)(de)校(xiao)正(zheng)需(xu)要，使它起(qi)會聚或(huo)發散(san)作用，半徑也可(ke)正(zheng)可(ke)負，從(cong)而(er)在(zai)(zai)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)校(xiao)正(zheng)方面(mian)得到很大的(de)(de)靈活性。同(tong)時，在(zai)(zai)需(xu)要改(gai)變膠合面(mian)二邊的(de)(de)折射率(lv)(lv)(lv)(lv)差(cha)以(yi)改(gai)變像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)的(de)(de)性態、或(huo)微量控制(zhi)某種(zhong)高(gao)(gao)級(ji)(ji)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)，以(yi)及需(xu)要改(gai)變某透鏡(jing)所承擔的(de)(de)偏角(jiao)等(deng)(deng)(deng)場(chang)合，都能通過調換玻璃而(er)奏效。

第十(shi)，合理(li)的(de)攔(lan)截光(guang)(guang)(guang)束和選定光(guang)(guang)(guang)闌位(wei)置(zhi)。孔(kong)徑(jing)和視場都(dou)比較(jiao)大(da)(da)的(de)光(guang)(guang)(guang)學系統，軸外(wai)的(de)寬光(guang)(guang)(guang)束常表現(xian)出很大(da)(da)的(de)球差和慧(hui)差，使y'~tgU'特性(xing)曲線(xian)上(shang)下(xia)很不對(dui)稱(cheng)。原則上(shang)，應首先立(li)足于把(ba)像(xiang)(xiang)差盡可能校(xiao)正好，在確定無法(fa)把(ba)寬光(guang)(guang)(guang)束部分(fen)的(de)像(xiang)(xiang)差校(xiao)正好的(de)情況下(xia)，可以(yi)把(ba)光(guang)(guang)(guang)束中(zhong)y’值變化大(da)(da)的(de)外(wai)圍部分(fen)光(guang)(guang)(guang)線(xian)攔(lan)去，以(yi)消除(chu)其對(dui)像(xiang)(xiang)質的(de)有害影響，并在設計的(de)最(zui)后階段，根據像(xiang)(xiang)差校(xiao)正需要(yao)最(zui)終確定光(guang)(guang)(guang)闌位(wei)置(zhi)。

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