新設計解決長期以來球面像差光學問題


當你從相機觀景窗望出時,會發現影像似乎有些模糊。即使購買最昂貴的鏡頭,問題仍然存在,通常是中心的影像很清楚,但角落仍然有點模糊,或許這不是鏡頭製造商的錯,而是光學設計問題。

這問題稱為像差(Aberration),其中球面像差是由於鏡片表面以球面磨製,鏡片各區域因為折射角度的差異,使得透鏡除了中心區以外,光線不會在相同焦點聚焦。惠更斯(Huygens)在其1690年出版的《光論》(Treatise on light)也指出此問題、牛頓與萊布尼茲(Gottfried Leibniz)也都試圖解決,但全部失敗。

在1949年,物理學家沃瑟曼(Wasserman)和胡夫(Wolf)提出如何設計一個沒有球面像差的鏡頭,他們建議使用非球面鏡片校正球面和彗形像差,但因為鏡面曲率是數值分析計算得到的近似值而非精確值,而且非球面鏡片極難製造,因此效果有限且造價昂貴!這就是目前精密光學的現況。

2018年墨西哥國立自治大學(Universidad Nacional Autónoma de México)兩位博士生赫克托·查帕拉爾-羅莫(Héctor Chaparro-Romo)和拉斐爾·岡薩雷斯-阿庫尼亞(Rafael González-Acuña)解決長達二千年的問題,他們提出鏡片的曲率公式,之後以電腦模擬五百條光學路徑,得到滿意的數值結果。在公式中他們給了根據透鏡第一個表面,所對應的第二個非球面表面的形狀以及距離,第二表面變化的曲率將能校正像差。如何?這個研究結果是不是讓能你期待未來擁有供更便宜,更好的鏡頭?

【圖:墨西哥國立自治大學;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

發表評論

Verified by MonsterInsights