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色差是不同顏色的光線穿過(guò)透鏡之后匯聚在不同焦距上的現(xiàn)象。在攝影學(xué)上,它導(dǎo)致影像整體的色調(diào)變得柔軟,顏色邊緣對(duì)比的反差降低,像是黑白色之間的邊緣。天文學(xué)家上,透鏡的問(wèn)題更甚于面鏡。
消色差透鏡隨是一個(gè)物理詞匯,英文是achromatic lens,是由兩種不同材質(zhì)的透鏡組合而成,消色差透鏡的用途是把兩種不同顏色的光聚焦到同一點(diǎn)。
消色差透鏡可以將兩種不同顏色(通常是紅色和藍(lán)色)的光聚焦在相同的平面上;復(fù)消色差透鏡的設(shè)計(jì)能將三種不同顏色(通常是紅、綠、藍(lán)三色)的光匯聚在相同的平面。[1]殘余的顏色偏差(二階光譜)可以比等效口徑和焦距的消色差透鏡低一個(gè)數(shù)量級(jí)。復(fù)消色差透鏡可以*兩個(gè)波長(zhǎng)的球面像差,也比消色差透鏡多了一個(gè)波長(zhǎng)。復(fù)消色差透鏡將三個(gè)波長(zhǎng)的顏色匯聚在同一個(gè)焦平面上。(因?yàn)檫@個(gè)透鏡是為天文學(xué)設(shè)計(jì)的,所以有一個(gè)波長(zhǎng)不在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)。)天文學(xué)的數(shù)位影像使用更寬廣的波段觀測(cè)目標(biāo),在光學(xué)上非常敏銳的CCD陣列接收的波長(zhǎng)從紫外線經(jīng)過(guò)可見(jiàn)光一直到紅外線,因此必須要使用復(fù)消色差透鏡。天文攝影使用的復(fù)消色差透鏡,口徑從60-150 mm,焦比從f/5 到f/7。在曝光期間進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?dǎo)引和聚焦,這些復(fù)消色差透鏡可以在給定的口徑下得到明銳和寬廣的天文攝影光學(xué)。用于形象藝術(shù)過(guò)程(拷貝)的照相機(jī)依般都使用復(fù)消色差透鏡以取得明銳的成像。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)消色差透鏡一般的大孔徑被限制在f/9,近來(lái),高速的復(fù)消色差透鏡已經(jīng)可以使用在一般的媒體上,包括數(shù)位和35 mm的照相機(jī)。復(fù)消色差透鏡的設(shè)計(jì)需要使用特殊的光學(xué)玻璃,以達(dá)到矯正三種波長(zhǎng)色散特性的目的。經(jīng)常使用的是昂貴的螢石冕牌玻璃和反常的燧石玻璃,并且在玻璃元素間的空隙填充相同透明度的液體,以平衡光學(xué)上異常的色散。溫度對(duì)玻璃和液體的折射系數(shù)、色散的影響也在設(shè)計(jì)時(shí)的考量之內(nèi),必須在合理的溫度范圍之內(nèi),只需要稍微的調(diào)整焦點(diǎn)就能獲得良好的光學(xué)品質(zhì)。
對(duì)于色差方面,利用不同折射率、不同色差的玻璃組合,可以消除色差。例如,利用低折射率、低色散玻璃做凸透鏡,利用高折射率、高色散玻璃做凹透鏡,然后將兩者膠合在一起。為了使兩者膠合后仍然等效于一個(gè)凸透鏡,前者(凸透鏡)屈光度要大一些,后者(凹透鏡)屈光度要小一些。我們分析這樣的雙膠合鏡對(duì)不同波長(zhǎng)光線的作用:對(duì)于較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光線,由于凹透鏡材料色散大、也就是折射率隨著波長(zhǎng)變化大,所以折射率比中間波長(zhǎng)較小,凸透鏡起的作用大,雙膠合鏡長(zhǎng)波端焦距偏長(zhǎng)。對(duì)于較長(zhǎng)波短的光線,由于凹透鏡色散大、也就是折射率隨著波長(zhǎng)變化大,所以折射率較大,凹透鏡起的發(fā)散作用大,雙膠合鏡短波端焦距也偏長(zhǎng)。后的結(jié)論是:這樣的雙膠合鏡中間波長(zhǎng)焦距較短、長(zhǎng)波和短波光線焦距較長(zhǎng)。很明顯,中間波長(zhǎng)是一個(gè)谷,它的周圍焦距變化小多了!設(shè)計(jì)時(shí)合理的選擇鏡片球面曲率、雙膠合鏡的材料,可以使藍(lán)光、紅光焦距恰好相等,這就基本消除了色差。剩余色差對(duì)于廣角到中焦鏡頭來(lái)說(shuō),已經(jīng)很小了,因此,也就滿足了鏡頭消色差的要求。
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