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墨西哥博士生提出公式,解决长年光学难题

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墨西哥博士生提出公式,解决长年光学难题
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墨西哥博士生提出公式,解决长年光学难题

冈萨雷斯的公式可以算出不会产生球面像差的镜片形状

相机镜头是非常复杂且精确的装置,尽管成像已非常清晰,但长年以来仍未解决球面像差问题。这项堪称最古老的光学问题之一如今得出解决方案。

球面像差

像差与色差不同,当透镜无法将各种波长的色光聚焦在一起时,会得到色差。像差则是因为经过镜片边缘折射或反射的光线无法与经过中央的光线聚焦在一点上,导致影像中央清晰但外侧边缘模糊、变暗。

墨西哥蒙特雷科技大学(Tecnologico de Monterrey)的博士研究生拉斐尔·冈萨雷斯(Rafael Gonzalez)提出一种几乎可以完全消除光学镜头中球面像差的公式,这篇论文发表在光学学会(Optical Society )的《应用光学》(Applied Optics)期刊上。

这个公式尽管看起来非常复杂,却可以解决以下问题:已知镜片的材料和正面的形状,如何设计背面的形状才能完全去除球面像差?

墨西哥博士生提出公式,解决长年光学难题

解决球面像差的公式

简化过程

镜片制造商多年来一直在制造非球面镜片以试图改善球面像差,稍微改变球体形状好让整个影像清楚。这个方法大致上很管用,正如当今镜头呈现的清晰度。但是,镜片制造商不是以精确的数学公式设计校正所有镜片,而是必须将每个镜片作为一个单独的问题进行研究,找到或多或少有效的解决方案,这迫使每次都要重头来过。

尽管冈萨雷斯的公式可能算不上是容易记忆的符号组合,但是他模拟了500 种不同光线的行为才得出这个公式,并发现该公式的平均精确度高达99.9999999999%。

这个公式应可让制造商大幅减少制造镜片时的反覆试误,进而可以生产元件更少、构造更简单、尺寸更小、更便宜且清晰的镜头,当然,了解何种形状的镜片可以解决像差之后,还得要有办法制造。

这种进步为许多其他研究工作做出极大贡献,毕竟光学不仅局限在相机。显微镜使用成像更清晰的镜片,可以帮助人们探索微观尺度。用于太空望远镜上,则能让观测的遥远天体更清晰。

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