1.薄透镜的位置色差如何?
由薄透镜焦距公式1/f′=(n-1)(1/r1-1/r2)可知,同一薄透镜对不同色光,对应着不同焦距。由高斯公式1/S′=1/f′ 1/S可知,当透镜对一物体成像时,由于各种色光对应的焦f′值不同,所以各色光所成的像位置就不同。按色光的波长由短到长,它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上,这种现象就是位置色差。即使在光学系统的近轴区,也同样存在着位置色差。
如图3-5所示,由物点P发出白光,经透镜后,不同色光在像空间光轴上形成不同位置的像点。以C表示红光,因折射率小,其像点P′c离光学系统最后折射面为最远;以F表示蓝光,折射率大,其像点P′F最近;以D表示绿光,其像点位置居中。如果用一屏在1,2,3三个位置观看:在位置1时的弥散斑,红在外,蓝在内,绿居中;在位置2时,红在外,绿在内,蓝居中;在位置3时,蓝在外,红在内,绿居中。这种像差现象使轴上点不能成像为一白光点,而成为彩色弥散斑。
2.怎样表示位置色差?
为以数值表示色差,首先应确定对哪两种色光来考虑色差,即以这两种消色差谱线中波长较长的谱线的像点位置为基准。如果以λ1、λ2表示消色差谱线的波长,且λ1<λ2,以S′λ1、S′λ2表示两消色谱线的像距,光学系统近轴区的位置色差以△L′λ1λ2表示则
消色差谱线要依光学仪器的使用目的来选择。如普通照相底片,对蓝光很灵敏,所以照相物镜要对光谱蓝端的谱线消色差,通常选择λ为
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4340A的蓝色和λ为5893A的黄光消色差;在靠近可见光谱区边缘的两种色光为红(以C表示)和蓝(以F表示);人眼最敏感的为黄绿光,因此目视仪器通常是对黄绿光(D,d,和e光任选其一)计算和校正单色像差,对红光和蓝光校正色差。
为求得位置色差的精确值,首先得对要求校正色差的两种色光,进行光路计算。求出最后的像距S′λ1与S′λ2,然后将它们代入(3-4)式既可求得△L′λλ的值。
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4.远轴区的位置色差如何?
图3-5所示为近轴区的情形。如果从P点发出的与光轴成有限角度(非近轴区)的白光,它也产生色差。对于这条实际白光,其F光和C光经光学系统折射后与光轴的交点,因各自的球差而不能与近轴光的像 点S′F与S′C相重合,两色光的球差不等,其位置色差也与近轴光的位置色差不同。可见,位置色差的大小是随孔径角(或入射高度)的不同而有所改变。光学系统(包括摄影镜头)一般只能对光束中某一入射高度光线校正色差。通常说的消色差系统,实际指的就是对两种色光校正了位置色差。色差值为负叫做色差校正不足,色差值为正叫做色差校正过头。
5.什么叫色球差?
由于各色光线在同一入射高度上的球差各不相同,光学系统对某一入射高度的光线校正了位置色差之后,在其它入射高度时还会有剩余色差。为了全面地了解光学系统的色差情况,除了核算某一入射高度光线是否校正了位置色差以外,还必须算出近轴光和边缘光的位置色差。这些都必须通过对F光和C光的光路计算来实现。
例如在0.707带对F光和C光校正了位置色差,但仍存在F光和C光的球差。而且两者并不相等,其差值称为色球差。色球差在光学系统的色差校正中是困难的,一般光学系统对这种像差并不要求严格校正。