OPTICS应用案例系列
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10+86 (0755) 2967 5435 • 爱特蒙特光学 (深圳) 有限公司光学系统的设计绝非易事;即使设计完美的系统也可能存在光学像差。秘诀在于了解并修正这些光学像差,以创建最佳的系统。如需做到这一点,请考虑光学系统中出现的像差类型.光学像差是指与完美数学模型相比所存在的偏差。请务必注意,光学像差产生的原因并非物理、光学或机械缺陷,而是透镜 形状本身, 或者是光学元件在系统中的位置,因光的波属性而导致的。光学系统的设计通常采一阶或近轴光学元件,以计算像大小和位置。近轴光学元件不会考虑像差,它会将光视为光线,因此会忽略导致像差的波现象.可以采用多种不同方式对光学像差进行命名并描述其特征。为简单起见,请将像差分为两组:色像差(在使用多种波长的光时出现)与单色像差(在使用单一波长的光时出现).色像差色像差进一步分为两种类型:横向色像差与纵向色像差。纵向色像差又可以分为主要和次要纵向色像差.像的大小随波长变化时,会产生横向色像差(TCA)。换言之,使用白光时,红光、黄光与蓝光将聚焦于垂直面上不同的点(图1)。在光学方面,656.3nm(红色)指 C 光,587.6nm(黄色)指 d 光,而 486.1nm(蓝色)指 F 光。这些指定源自 C 与 F 光的氢发射谱线以及 d 光的氦发射谱线.不同波长的光因玻璃的色散特性而聚焦于水平光轴上不同的点时,会出现纵向色像差 (LCA)。玻璃的折射率取决于波长,因此对每种波长的光线所聚焦的位置会产生略微不同的影响,从而导致 F、d 和 C 光在水平面上的焦点不同(图 2).通常使用消色差双合透镜来执行主要 LCA 修正, 该透镜由折射率不同的正透镜和负透镜元件构成(图 3)。这类修正会强制 F 光与 C 光聚焦在相同位置,但是对 d 光焦点的位置几乎无影响,因此会留有残余色像差.若要修正该残余 LCA,必须使用更复杂的透镜或透镜系统将 d 光的焦点偏移与 F 光与 C 光焦点相同的轴向位置。通常使用复消色差透镜或超消色差透镜来实现这类修正,前者的修正结果是三个波长的光聚焦于同一点,后者的修正结果是四个波长的光聚焦于同一点。图 4a - 4d 展示了使用上述透镜系统类型进行焦点转换的比较.色像差和单色光学像差图 1: 单一正透镜的横向色像差图 2: 单一正透镜的纵向色像差图 3: 主要纵向色像差的消色差双合透镜修正图 4a: 使用单一透镜无像差修正的焦点偏移展示图 4c: 使用复消色差透镜进行次要纵向色像差修正的焦点偏移展示图 4b: 使用消色差透镜进行主要纵向色像差修正的焦点偏移展示图 4d: 使用超消色差透镜进行次要纵向色像差修正的焦点偏移展示White LightC Focusd FocusF FocusMinimum Blur SpotFdCWhite LightF, C Light Focusd Light FocusResidual ChromaticAbberationWhite Light0400500600700Focus ShiftChromaticFdCWavelength (nm)0400500600700Focus ShiftAchromaticFdCWavelength (nm)0400500600700Focus ShiftApochromatFdCWavelength (nm)0400500600700Focus ShiftSuperachromatFdCWavelength (nm)

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