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球面像差

时间:2013-07-17来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

球面像差

在光学中,球面像差是发生在经过透镜折射或面镜反射的光线,接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一个点上的现象。这在望远镜和其他的光学仪器上都是一个缺点,这是因为透镜和面镜是球面的形状,不能聚焦在一个点上造成的。这是一个重要的特性,但是因为球面镜比非球面镜容易制造,所以绝大部分的透镜都是球面镜。
 
球面像差与镜面直径的四次方成正比,与焦长的三次方成反比,所以他在低焦比的镜子,也就是所谓的“快镜”上就比较明显。
 
对使用球面镜的小望远镜,当焦比低于f/10时,来自远处的点光源(例如恒星)就不能聚集在一个点上。特别是来自镜面边缘的光线比来自镜面中心的光线更不易聚焦,这造成影像因为球面像差的存在而不能很尖锐的成像。所以焦比低于f/10的望远镜通常都使用非球面镜或加上修正镜。
 
在透镜系统中,可以使用凸透镜和凹透镜的组合来减少球面像差,就如同使用非球面透镜一样。
 
球面像差
一个 点光源 在负球面像差(上) 、无球面像差(中)、和正球面像差(下)的系统中的成像情形。左面的影相是在焦点内成像,右边是在焦点外的成像。
 
经由简单的设计,你可计算得出最小的球面像差。例如,在单透镜的设计中,使用球面镜,将物体的距离设为o,成像的距离为i,透镜的折射率为n时,可以调整透镜两边的曲率半径,将球面像差仅可能的减小。前面的曲率半径 和 后面的曲率半径 是透镜前面和后面的曲率半径,则
球面像差 .
 
球面像差
球面像差。一个理想的镜面(顶端),能经所有入射的光线汇聚在光轴上的一个点,但一个真实的镜面(底端)会有球面像差:靠近光轴的光线会比离光轴较远的光线较为紧密的汇聚在一个点上,因此光线不能汇聚在一个理想的焦点上(图较为夸张)。
平行光束通过透镜后聚焦像的纵切面
平行光束通过透镜后聚焦像的纵切面,上:负球面像差,中:无球面像差,下:正球面像差。镜子位于图的左侧。
来自球面镜的球面像差
来自球面镜的球面像差
来自球面镜的球面像差
来自球面镜的球面像差

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