光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)_球面像差(spherical aberration)與非球面鏡片

球面像差(spherical aberration)是由于透鏡表面是球面而引起的。由光軸上同一物點(diǎn)發(fā)出的光線，通過(guò)鏡頭后，在像場(chǎng)空間上不同的點(diǎn)會(huì)聚，從而發(fā)生了結(jié)像位置的移動(dòng)。

對(duì)于全部采用球面鏡片的鏡頭而言，這是一種無(wú)可避免的像差。它的產(chǎn)生是由于離軸距離不同的光線在鏡片表面形成的入射角不同而造成的。

當(dāng)平行的光線由鏡面的邊緣(遠(yuǎn)軸光線)通過(guò)時(shí)，它的焦點(diǎn)位置比較靠近鏡片；而由鏡片的中央通過(guò)的光線(近軸光線)，它的焦點(diǎn)位置則比較遠(yuǎn)離鏡片(這種沿著光軸的焦點(diǎn)錯(cuò)間開(kāi)的量，稱為縱向球面像差)。

由于這種像差的緣故，就會(huì)在通過(guò)鏡頭中心部分的近軸光線所結(jié)成的影像周圍，形成由通過(guò)鏡頭邊緣部分的光線所產(chǎn)生的光斑(Halo，光暈)，使人感到所形成的影象變成模糊不清，畫面整體好象蒙上一層紗似的，變成缺少鮮銳度的灰蒙蒙的影像。這個(gè)光斑的半徑稱為橫向球面像差。

球面像差在鏡頭光圈全開(kāi)或者接近全開(kāi)的時(shí)候表現(xiàn)*為明顯，口徑愈大的鏡頭，這種傾向愈明顯。

在鏡頭使用上，通過(guò)縮小光圈可適當(dāng)消除球面像差。

但是需要注意的是：如果像差過(guò)大，通過(guò)縮小光圈消除像差是，可能會(huì)引起聚焦平面(就是焦點(diǎn))的移動(dòng)。

對(duì)于球面鏡片的球面像差進(jìn)行矯正，是件非常困難的事情。通常是以某一個(gè)入射距(從光軸起算的距離)的光線為基準(zhǔn)，然后使用凸、凹兩枚鏡片加以適當(dāng)?shù)慕M合來(lái)完成。但是，只要使用球面鏡片，某種程度的球面像差就無(wú)法獲得很大的改善。

要想徹底消除大口徑鏡頭全開(kāi)狀態(tài)的球面像差，除了采用非球面鏡片(Aspherical Lens)之外，別無(wú)他法。

非球面鏡片的作用就是通過(guò)修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置重合。

目前主要有三種制造非球面鏡片的方法：

1、研磨非球面鏡片：在整塊玻璃上直接研磨，這種制造工藝成本相對(duì)較高；

2、模壓非球面鏡片：采用金屬鑄模技術(shù)將融化的光學(xué)玻璃/光學(xué)樹(shù)脂直接壓制而成，這種制造工藝成本相對(duì)較低；

3、復(fù)合非球面鏡片：在研磨成球面的玻璃鏡片表面上覆蓋一層特殊的光學(xué)樹(shù)脂，然后將光學(xué)樹(shù)脂部分研磨成非球面。這種制造工藝的成本界于上述兩種工藝之間。

由于光線進(jìn)入廣角鏡頭的入射角比較大，所以球面像差的表現(xiàn)在廣角鏡頭尤為明顯。所以在廣角鏡頭上采用非球面鏡片來(lái)消除像差的有效方法。

下面是一些廣角鏡頭的鏡頭結(jié)構(gòu)：

  通常的非球面鏡片是一面為非球面，另外一面是球面。近年來(lái)出現(xiàn)了雙面非球面鏡片，采用這樣的鏡片，可以使鏡頭的鏡片數(shù)減少許多，也可以得到更大倍率的變焦鏡頭。

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