象差(Aberration)
}#'wy 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成象具有一系列缺陷,這就是象差。
lP& 7U 實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng),只有近光軸區(qū)域以很小孔徑角的光束所生成的象才是完善的。但實(shí)際應(yīng)用中,都需一定大小的成象空間和光束孔徑,同時(shí)還由于成像光束是由不同顏色的光組成的,同一鏡頭(介質(zhì))(光學(xué)系統(tǒng))的折射率隨顏色而異。因此鏡頭的成像具有一系列缺陷。這就是像差。象差的大小反映了光學(xué)鏡頭質(zhì)量?jī)?yōu)劣。
Vy0s%k 幾何象差主要有七種:?jiǎn)紊庥形宸N,球差、彗差、象散、場(chǎng)曲、畸變。 復(fù)色光有二種,軸向色差、垂軸色差(又稱放大色差)
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-bT4! $X8(OS5d' 色差(Chromatic aberration)
p3ox%4 從上述簡(jiǎn)介色差是十分重要的像差,因?yàn)榘@微鏡在內(nèi)的絕大多數(shù)光學(xué)儀器都在復(fù)色光條件下使用,這里介紹一下復(fù)色光形成的兩種色差就顯得十分必要。不同色光在同一種光學(xué)玻璃傳播速度各不相同,即不同色光(波長(zhǎng)不同)具有不同的折射率,或不同的焦距,象的位置及大小也隨之而異。
r(xh5{^x 軸向色差:又稱位置色差或縱向色差
ZC 7R f 沿著光軸度量不同色光光線。
1oD,E!+^d 與光軸交點(diǎn)間距離:LC-LF=C-F.
MTo<COp($ 垂軸色差:又稱放大率色差,倍率色差,沿垂軸方向度量不同色光所成的像大小之差異。YC-YF=YC-F.
bh|M]*Pq "MHm9D?5 消色差與CF物鏡及光學(xué)系統(tǒng)
>nV~5f+ 幾乎所有顯微鏡及其他光學(xué)儀器的消色差物鏡都是只校正二種色光或稱為兩條譜線的軸向色差(一般為C光和F光)而垂軸色差是消不掉的,原因是沒(méi)有合適牌號(hào)的玻璃,幾乎各光學(xué)儀器廠商解決消除垂軸色差方法都用補(bǔ)償法-----物鏡的殘留垂軸色差是正向的,用負(fù)向垂軸色差目鏡去補(bǔ)償,這種方法已經(jīng)應(yīng)用了近百年,這是一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法,但是這種方法有很大局限性,尤其是光學(xué)事業(yè)飛速發(fā)展,光學(xué)儀器越來(lái)越復(fù)雜,絕不是能用一種物鏡對(duì)一種目鏡固定搭配來(lái)補(bǔ)償垂軸色差,形色多樣,變化多端的光學(xué)系統(tǒng)使垂軸色差的消除變成捉模不定,而且不能消到規(guī)定的容限內(nèi)。
uc!j`G*] 請(qǐng)看下面三種情況:
k8H@0p 1. 在一種儀器上往往配備很多類物鏡、很多目鏡,按照使用要求會(huì)產(chǎn)生更多的組合排列,以顯微鏡為例,物鏡有1X、2X、4X、10X、20X、40X、60X、100X ,性能有消色差,半平場(chǎng)、平場(chǎng)、復(fù)色差、熒光相襯等等,目鏡同樣有不同倍數(shù),不同性能,垂軸色差很難消除。
'?dO[iQ$: 2. 另外,有些選購(gòu)附件上的附加鏡,轉(zhuǎn)像鏡一旦用入主機(jī),也會(huì)將原來(lái)物鏡同目鏡之間已經(jīng)平衡,補(bǔ)償?shù)舻拇馆S色差給破壞了。
:)VO,b~r 3. 很多光學(xué)儀器只有物鏡或只有目鏡,補(bǔ)償法無(wú)法施展,如照相物鏡,投影物鏡,光刻物鏡,判讀儀,額鏡
Qb<i,`SN 綜上所述,消色差的物鏡及光學(xué)系統(tǒng)存在了垂軸色差消除困難的痼疾,一直困擾著光學(xué)設(shè)計(jì)工作者,幾十年來(lái)一直為之奮斗找尋解決方法,最后,只有呼吁有關(guān)產(chǎn)業(yè)趕緊研制新的光學(xué)玻璃系列。
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wqB{cr}! CF物鏡及光學(xué)系統(tǒng)(Chromatic Aberration Free)
a0I+|fR 長(zhǎng)期以來(lái),CF全消色-Chromatic Aberration Free(CF)即同時(shí)消除、軸向色差及垂軸色差的設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)方法為很多光學(xué)工作者運(yùn)行和發(fā)展,最終因受光學(xué)玻璃品種發(fā)展的限制,沒(méi)有應(yīng)用在商品上。
P8!ON= 尼康公司憑借優(yōu)厚的實(shí)力及科技開(kāi)發(fā)能力,近二十年,為此作出不懈的努力,運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD),計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM),開(kāi)發(fā)出針對(duì)CF光學(xué)系統(tǒng)所特需,獨(dú)自熔煉出專用的系列光學(xué)玻璃,至此,總算徹底掃清發(fā)展CF鏡頭的障礙,而尼康公司成為第一個(gè)廣泛應(yīng)用CF鏡頭的光學(xué)公司,這給整個(gè)光學(xué)界很大震撼,設(shè)計(jì)人員不論任職何種公司,都認(rèn)為:CF消色差鏡頭明顯地優(yōu)于傳統(tǒng)的消色差鏡頭,由于消去了垂軸色差成像更清晰,層次更豐富,色調(diào)優(yōu)良,而視場(chǎng)更平,(盡管不是平場(chǎng)鏡頭),更有鏡頭之間自由搭配,不需顧及傳統(tǒng)消色差鏡頭補(bǔ)償關(guān)系。
4k/B=%l 什么是CFI?
eJA$J=^R; 尼康在CF鏡頭大獲成功后,又抓緊開(kāi)發(fā)CFI鏡頭,CFI是在滿足CF消色差要求的同時(shí)將鏡頭后焦距設(shè)計(jì)成平行光,即無(wú)限遠(yuǎn)。I代表英文Infinity(無(wú)限遠(yuǎn))的第一個(gè)字母。它的好處:可以任意選用選購(gòu)附件插入主機(jī)內(nèi),因?yàn)檫x購(gòu)附件均有平板玻璃或棱鏡在以前焦距為有限距的會(huì)聚光路中都會(huì)產(chǎn)生各種像差,為此物鏡原設(shè)計(jì)像質(zhì)給破壞,必須設(shè)計(jì)各種輔鏡頭配合其使用,這給操作者造成麻煩----各自單獨(dú)裝卸而且價(jià)格增加,而這些選購(gòu)件(由平板,棱鏡為其組成之一)在平行光路里沒(méi)像差,所以,可以設(shè)計(jì)成拉插式結(jié)構(gòu)方便。
Fw5|_@&k 什么是CFI60?什么是簡(jiǎn)鏡焦距200?(詳見(jiàn)下圖)
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