许多光学系统,例如摄影镜头等都是由若干透镜组成,其横向放大率等于各个透镜的横向放大率之积,放大率色差跟放大率关系密切,为简单我们只分析一个透镜的情况。我们知道放大率与焦距的关系式为:
1=(n-1)(1-1)
f¢r1r2
折射率n的大小又与光的颜色有关。可见,透镜对不同色光有不同的放大率,因此,白光通过透镜可形成一系列的与各色光对应的高度不同,位置也不一致的像,而在其中任一色光所成的像面上只能得到一个有彩边的“像”。这种色差,称为放大率色差。由于它表现在垂轴方向,因而也叫垂轴色差,或叫倍率色差。如果对透镜位置色差已校正(对F光与C光),那么各色光的像可成在同一像平面上,但它们的像高却不同,如图3-7所示。
2.如何量度倍率色差?
图3-7所示的C光、F光、D光的像点可以看做是各色光的主光线跟像面的交点。但是,在位置色差没有校正时,不同色光的像是不能成于同一像面上的,尤其有二极谱线存在时,就更不能使它们成于同一像面上,这时不论各色光的像高是否相等,都不足以说明倍率色差是否已经消除。为使倍率色差的定义有明确表示,须将各色像同时投影到高斯像面上来量度像高。光学系统的放大率色差可用两个像的高度差y′F'-y′C来表示;或相应垂轴放大率之差βF-βC来表示;但常见的是用这些差值占总像高y或放大率β的百分数表示为
式中y′和β分别为各种色光对理想像面的平均像高和平均垂直放大率。
3.倍率色差与光阑的位置有什么关系?
倍率色差和光阑位置有密切关系,比较图3-8与图3-7可见:光阑在透镜之前,由于nF>nC,F光比C光偏折严重,y′F比y′C小,倍率色差为负(y′F-y′C<0);光阑在透镜之后,情况正好相反。
4.如何校正倍率色差?
倍率色差是在高斯面上量度的,故是垂轴(横向)像差的一种。倍率色差严重时,物体的像有彩色边缘。即各种色光的轴外点不重合。因此,倍率色差破坏轴外点的清晰度,造成白光像的模糊。大视场光学系统必须校正倍率色差。倍率色差的校正是指所规定的两种色光,在某一视场使倍率色差为零。倍率色差为负值时为校正不足,为正值时则为校正过头。
5.如何校正倍率色差?
①什么样光学系统能同时校正位置色差和倍率色差?如图3-6所示的双胶合透镜组,在校正了位置色差的同时也校正了倍率色差;具有一定间隔的两个或若干个薄透镜组,能同时校正倍率色差和位置色差的条件为:
②为什么对称系统能校正倍率色差?
图3-10所示,是一种对称光学系统,当β=-1时共轭面上的像,不管系统的半组是否校正了位置色差,整个系统的倍率色差与其它垂轴像差一样,可以自动得到校正,因为在对称面上倍率色差可互相抵消。