如何選擇光學(xué)玻璃?(3)
本文使用SCHOTT玻璃圖,并探討了六個(gè)處在不同分區(qū)的玻璃。本文的目標(biāo)是使玻璃選擇簡(jiǎn)單易解。
初級(jí)和二級(jí)垂軸色差 當(dāng)離軸物點(diǎn)的不同顏色的光線聚焦在像面上的不同高度就可以看到垂軸色差。實(shí)際上,這是放大率的色變量。藍(lán)光和紅光的差別就是初級(jí)垂軸色差,黃光與紅光的差別就是二級(jí)垂軸色差。在上表 1可以找出初級(jí)和二級(jí)垂軸色差的定義。垂軸色差是像邊緣色散的原因。軸上點(diǎn)沒(méi)有垂軸色差,軸上色暈的原因是軸向色差。垂軸色差隨著視場(chǎng)角的增大而更加明顯,在廣角光學(xué)系統(tǒng)中它常常很嚴(yán)重。需要記住的是,垂軸色差與 f/#無(wú)關(guān),只與不同波長(zhǎng)的主光線在像面上的高度有關(guān)。 色球差 色球差是球差關(guān)于波長(zhǎng)的函數(shù)變化。通常,一個(gè)消色差雙膠合在藍(lán)光會(huì)有未校正或負(fù)的球差,在紅光會(huì)有過(guò)校正或正的球差。如圖 6a所示,表示不同玻璃類型的橫向光線像差: 對(duì)于相對(duì)較低的F數(shù)如f/4的雙膠合,主光線的球差很小,自然會(huì)使紅光和藍(lán)光球差很小。為了只考察剩余色球差,對(duì)第一個(gè)表面添加非球面,其目的是消除中心 0.5876μm 的 d光的球差。 在這些例子中,使用一個(gè)消色差雙膠合,可見(jiàn)三個(gè)f/4鏡頭的色球差類似。而f/10鏡頭的色球差明顯改善。對(duì)于相同 BK7和 SF2材料,若考慮 f/4鏡頭光瞳的中心部分(即 f/10),可以看出像差更線性而且更小的球差與色球差。因此,大 F數(shù)的鏡頭的色球差更明顯。 玻璃選擇會(huì)影響色球差,然而對(duì)于用在軸上點(diǎn)的雙膠合,下面使用模擬玻璃來(lái)展示色球差的變化。對(duì)于圖 6b 的光線像差曲線圖,其使用了模擬玻璃的 f/5 雙膠合產(chǎn)生。為了只探討色球差,雙膠合的第一個(gè)面使用非球面來(lái)消除主光線的球差,并使它們的局部色散相互匹配以消除二級(jí)光譜。 模擬玻璃的阿貝數(shù)取V1=64.167 以及V2=33.848 (它們分別是BK7和 SF2的阿貝數(shù))。 圖 7給出色球差產(chǎn)生的原因。在一個(gè)消色差雙膠合中,第一個(gè)面和最后一個(gè)面是未校正球差產(chǎn)生的原因。中間那個(gè)面是過(guò)校正球差產(chǎn)生的原因。雖然主光線的球差已經(jīng)被校正,但是因?yàn)橛猩,無(wú)法保證其他波長(zhǎng)的球差也能被校正。 理論上來(lái)說(shuō),如果紅光和藍(lán)光的光程差減小,那么色球差就會(huì)減小?梢詼p小第一面和第三面的光焦度來(lái)達(dá)到這個(gè)目的, 即這減小了光線偏折程度 (但是其他情況下這是不可行的,例如需要引入三階球差)。減小元件的厚度在某種程度上也會(huì)有一定的幫助。 |
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