科普：簡單了解下投影透鏡的色差、球差及慧差

我們都知道，光學(xué)中最基本的高斯成像公式：1/u+1/v=1/f（u：物距, v：像距, f: 焦距）,即物距的倒數(shù)加上像距的倒數(shù)等于焦距的倒數(shù)，這個(gè)公式告訴我們：當(dāng)透鏡對(duì)一物體成像時(shí)，由于各種色光對(duì)應(yīng)的焦距f值不同，所以各色光所成的像位置就不同。按色光的波長由短到長，它們的像點(diǎn)離開透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上，這種現(xiàn)象就是位置色差。如下圖所示（示意圖有點(diǎn)夸張，只為表達(dá)一下其中道理，讓大家能快速明白其原理）：

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2019-9-3 16:23 上傳

簡單的講：色差指由白色物體向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出一束白光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射后，各色光不能會(huì)聚于一點(diǎn)上，而形成一彩色像斑，稱為色差。色差產(chǎn)生的原因是同一光學(xué)玻璃對(duì)不同波長的光線的折射率不同，短波光折射率大，長波光折射率小，從而導(dǎo)致各色光所成的像位置不同。

消除色差的方法：通過透鏡組合，在玻璃給定的條件下，通過適當(dāng)?shù)胤峙鋬赏哥R光焦度的方法，可消色差。

球差是軸上點(diǎn)的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結(jié)果是，一個(gè)點(diǎn)成像后，不再是個(gè)亮點(diǎn)，而是一個(gè)中間亮 邊緣逐漸模糊的亮斑。從而影響成像質(zhì)量。

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消除球差的方法：使用凸、凹透鏡組合。

慧差屬軸外點(diǎn)的單色相差。軸外物點(diǎn)以大孔徑光束成像時(shí)，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點(diǎn)，圓形光點(diǎn)在經(jīng)過鏡片折射后，擴(kuò)散成豆點(diǎn)狀光斑形狀，形如慧星，故稱慧差。

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消除方法：可通過改變鏡面的曲率半徑或采用對(duì)稱光學(xué)結(jié)構(gòu)來消除慧差。以不同曲率的鏡片進(jìn)行替代，可明顯改善成像慧差！