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为什么产品成像总不好,你真的了解光学色差吗?

时间:2023-03-06  09:28:01  来源: 深圳市轩展科技有限公司  浏览数: 108

很早以前,古埃及人与美索不达米亚人就知道将石英晶体磨光制成透镜,这些透镜可被用于聚焦日光或放大影像。而在这些古老的透镜中,最古老的已有长达3000余年的历史,例如宁路德透镜(Nimrud lens),就是已知最早的光学透镜。




而在光学发展史上,于17世纪至19世纪期间的200多年间,科学界在探讨光的本质的过程中,发现了光的色差现象。而时至今日,光学已被广泛应用于工业设备以及机器视觉检测上,镜头对成像质量的影响就不仅局限于分辨率、相对照度、畸变等常见参数了,色差成为一个重要的成像指标。



01

什么是色差?


色差(简称CA)是指由于不同波长的光在透镜中的折射率不同(对红光折射率低,对蓝紫光折射率高),导致透镜无法将不同波长的光聚焦在同一点上产生的现象。


表现为在图像中的表现为被测物边缘(高对比度的情况下)出现模糊或者明显的色彩边缘,出现了明显的“彩虹带”现象。



< 色差-图片来源于网络 >


02

色差分类


色差大致可分为两类,一种是轴向色差,另一种为横向色差。


轴向色差


轴向色差,表现在光轴方向上的现象。是由于不同波长的色光和焦距不同,从而它们各自聚焦在距离透镜远近不同的点上,呈现中心向外辐射的现象,因此又被称为位置色差。


< 轴向色差-图片来源于网络 >


影响轴向色差的主要因素有以下几点:

①  与透镜的焦距有关

②  与光学材料的折射率和色散率有关

③  与孔径角有关,随着孔径角的增大而增大



< 轴向色差(不同位置,颜色不同)-图片来源于网络 >




横向色差


横向色差,指的是垂直于光轴方向上产生的现象。因为所装透镜的放大倍数与折射率有关,所以不同颜色的光会被各自聚焦在焦平面的不同位置上,因此又被称为倍率色差。



< 横向色差-图片来源于网络 >


在越是视野的边缘,横向色差越明显呈现为类似拖影的现象。影响横向色差的主要因素主要有以下3点:

①  与光阑位置有关;

②  与光学材料的折射率和色散率有关

③  与视场有关,随着视场的增大而增大



< 横向色差(上面偏绿,下面偏紫)-图片来源于网络 >


03

色差校正方法


对于轴向色差和横向色差,一般都采用以下几个方法进行色差校正:
①  替换玻璃
②  调整光焦度分配
③  改变透镜间距




对于光学的色差而言

一般难以将其完全校正和消除

但由于人眼和其他的光能接收器

对光的接收存在一定的缺陷

因此只要将光学的色差

保持在可以容许的限度即可


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