第9课：复消色差物镜的公差计算

在这个例子中我们将设计一个复消色差望远物镜。

目标是获得更好地消色差校正。

背景因为透镜的折射率随波长的变化而变化，跟太阳光一样，是多个不同波长的叠加，并不全部聚焦于同一个点。

因此，单一透镜不会清晰显示恒星的图像。

实际上，图像如果太糟糕会导致完全不能使用。

下面是一个 4 英寸的单透镜 SK16 玻璃，在 F / 10，CdF 谱线分析的图像。

蓝色光从焦平面的中心向外散开约 0.023 英寸，而空气的衍射斑半径约为 0.00028。

这是相当可怕的！早期的天文学家发现加长焦距会有帮助，所以他们制造 60 英尺或更长的望远镜。

在那时他们别无选择。

一个更好的解决方案是将两个不同色散的元件组合在一起。

色散是指两块玻璃适当的组合在一起，折射率随波长的变化量。

其中一块玻璃是为红光和蓝光（可见的长波和短波）聚焦准备的。

这是由 4 英寸的两种不同的玻璃 BK7 和 F2，在 F/10.0 所成的图像，强度分布的出现使得你能更容易的看到颜色圆环。

在这个图像中图像模糊变暗超过约 0.002 英寸，比单透镜好 20 倍，但是仍不够好，有一个明显的紫色圆环。

如果你想自己运行这个镜头，SYNOPSYS™中的输入代码如下所示。

复制粘贴这个镜头文件到 MACro 编辑器（输入 EE 打开它），运行宏，检查镜头列表（SPEC）。

然后在命令窗口输入人工智能语句：PLOT BACK FOR WAVL = .4 TO .8In the Command Window. You get a plot that shows how the back focus position varies withwavelength.得到一个后焦点位置随波长变化的曲线图。

你可以看到红光和蓝光几乎聚焦在相同的地方，但是靠近中心的绿光比它们聚焦得更靠近镜头。

我们设计复消色差物镜的目标正是要改正这个缺点。

复消色差透镜在 Rutten 和 van Venrooij 的书《 Telescope Optics 》中给出了一个简单的描述。

色差公式：△Eab＝[△L＊2 △a＊2 △b2]1/2△L=L样品－L标准明度差异△a=a样品－a标准红/绿差异△b=b样品－b标准黄/蓝差异△E总色差的大小△L大表示偏白，△L小表示偏黑△a大表示偏红，△a小表示偏绿△b大表示偏黄，△b小表示偏蓝范围色差（容差）0 - 0.25△E非常小或没有；理想匹配0.25 - 0.5△E微小；可接受的匹配0.5 -1.0△E微小到中等；在一些应用中可接受1.0 -2.0△E中等；在特定应用中可接受2.0 - 4.0△E有差距；在特定应用中可接受4.0△E以上非常大；在大部分应用中不可接受为了解决基于RGB 色彩模型的图片比对存在的上述问题，我们采用了基于色彩计算的新的图片验证方法。

在开始介绍基于色差分析的图片比对方法之前，先介绍一下色差的相关原理。

色差的原理和发展历史所谓色差，简单说来就是表示两种颜色的差异程度。

说到色彩的量化和测量技术，就必须提到国际发光照明委员会(CIE)。

鉴于RGB 色彩模型与设备相关性等问题，CIE 在RGB 模型基础上，制定了一系列包括CIE XYZ 基色系统和颜色空间等在内的新标准，试图建立一个新的色彩空间，使得工业界能够准确指定产品颜色。

而后又针对XYZ 色彩空间的不足，进一步制定了LAB 色彩空间规范及有关色差计算公式。

使得工业界可以用数值deltaE 来表示两种色彩的差异程度，进而评估它们的近似度。

目前CIE1976LAB 规范已经被广泛应用，成为国际通用的色彩测量标准。

需要指出的是，色差的计算公式并非只有CIELAB差公式这一种。

色差的计算和应用虽然RGB 色彩模型被广泛应用，但却不能直接通过RGB 色彩模型计算出色差。

我们必须先将色彩从RGB 色彩空间转换到XYZ 色彩空间，而后再转换到LAB 色彩空间，最后根据总色差公式来计算色差。

事实上CIE 提供了多种理想的色彩模型和转换算法，这里我们只是选取其中的一种简单算法。

近紫外-可见光宽波段复消色差显微物镜设计陈姣;焦明印;常伟军;康文莉;胡博;张凤娟;崔海云【摘要】A customized microscope objective for near ultraviolet (UV)-visible spectrum was designed, which was used to observe the image of nuclear fusion irradiated by laser. The operation wavelength was 300 nm～500 nm, the magnification was 10* and the numerical aperture (NA) was 0.3. The transmission-mode structure was established in the microscope objective, by theoretical calculation with PW method and optimization with CODE-V, the apochromatism was achieved. Thus, the problems such as difficult aberration correction and low efficiency of optical system, resulted from the few kinds of UV optical materials and low refractive index, could be solved.%设计了波段300 nm～500 nm,放大倍率为10×,NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜,用于观测激光照射核聚变的成像过程.该系统采用透射式结构,通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化,实现了系统的复消色差,较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】5页(P1098-1102)【关键词】复消色差;近紫外-可见光;显微物镜;PW法【作者】陈姣;焦明印;常伟军;康文莉;胡博;张凤娟;崔海云【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN202;TH70引言激光照射核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变技术，该核聚变在300nm～500nm波段范围的发光最好，易于观测，在实验中迫切需要设计一个复消色差的近紫外－可见光显微物镜，对核聚变过程中微小物质的变化情况进行光学放大成像并实时观测。

复消色差和半复消色差解释说明1. 引言1.1 概述复消色差和半复消色差是图像处理领域中的重要概念。

它们涉及到图像中物体表面反射光线的颜色变化问题。

在实际应用中，由于环境光、视角、材质等多种因素的影响，物体的表面颜色可能会发生变化，导致图像上出现色差现象。

为了解决这一问题，人们提出了复消色差和半复消色差两种方法，在改善图像质量和准确性方面起到了积极作用。

1.2 文章结构本篇文章将分为四个部分来详细介绍复消色差和半复消色差。

首先，在引言部分，我们将对这两个概念进行概述，并说明文章结构。

然后，在第二部分中，我们将深入解释复消色差的定义原理、影响因素以及其应用和意义。

接下来，第三部分将探讨半复消色差的定义原理、应用场景，并与复消色差进行比较以揭示它们之间的异同点。

最后，在总结与讨论部分，我们会探讨复消色差对图像处理技术的影响，展望未来的研究方向，并总结出文章的结论与启示。

1.3 目的本文旨在介绍和阐述复消色差和半复消色差的概念、原理、应用以及与其他相关概念之间的关系。

通过深入了解这两个概念，读者将能够更好地理解图像处理中色差问题的本质，掌握相应的处理方法，并了解它们在实际应用中所起到的重要作用。

此外，我们也希望通过对未来研究方向的展望，为相关领域的学者提供一些新的思路和启示。

2. 复消色差：2.1 定义和原理：复消色差是指在图像或视频处理中，通过调整颜色通道的亮度和对比度，以减少或消除颜色失真现象。

该方法可以有效修复图像或视频中的色彩偏差，并增强图像或视频的清晰度和观感。

复消色差的原理基于人眼对亮度和对比度的感知特性。

根据视觉系统的特点，亮度调整可以使浅色区域更明亮、深色区域更暗，而对比度调整则可以增强图像中不同颜色之间的差异。

因此，在进行复消色差处理时，通常会分别对亮度和对比度进行调整，以实现最佳修复效果。

2.2 影响因素：复消色差的效果受到多种因素的影响。

其中一些主要因素包括：- 图像源质量：原始图像质量越高，复消色差后得到的结果也会更好。

复消色差是什么？最佳答案复消色差镜头我们现在来着重谈一下复消色差镜头，即APO镜头，这类镜头由于其优异的光学性能，极为引人注意。

我们在摄影中，尤其是彩色摄影，都希望能得到真实的色彩。

几乎所有的现代摄影镜头都能正确地在胶片上记录下与人眼所见相同的色彩。

但用长焦距镜头拍摄的胶片，将其放大后，就会看到在被摄主体的边缘环绕着彩色像斑，从而降低了照片的清晰度和分辨率，这就是说该镜头存在着色差(Chromatic Aberration)。

产生色差的原因是组成白色光的各种有色光，其波长和在空气与透明体中的传播速度均不相同，在通过透镜时的折射率必然不一致，从而导致各种颜色不能会聚到同一个平面上，使成像的分辨率降低，在黑白照片上会出现模糊现象，而在彩色照片上画面影像则环绕着不同的颜色。

这种现象称为位置色差或轴向色差。

镜头的位置色差示意图见图4-8。

只要采用折射光学元件构成的折射式摄影镜头，都存在着位置色差。

遗憾的是，我们使用的绝大部分镜头都是折射式镜头。

另外还有放大率色差，即透镜对各种有色光的放大率不同，因此同一物体经过透镜后生成的有色光的像的大小也不同。

这种色差又称为垂直色差。

上述两种色差，为实际光学系统的完善成像增加了很大的困难。

在实际的镜头中，除了上述两种色差外，还有伴随球差、慧差、像散、像场弯曲和畸变等而出现的所谓像差的色差。

若只对两种有色光校正色差的，称为稳定的消色差镜头；若对三种有色光同时校正色差的称为复消色差镜头；而对四种有色光校正色差的则称为超消色差镜头。

现代绝大多数摄影镜头都是按消色差结构来设计的，可以将可见光光谱两端的红色和蓝色清晰地会聚到焦点平面上，其他颜色则稍微偏离焦点平面。

用短焦距镜头和小光圈拍摄时，而且照片也不是放得太大的话，照片上的色差还是看不出的。

虽然缩小光圈并不能消除色差，但可以使其他一些与色差有关的、影响成像质量的因素减少，所以用小光圈还是能够改进总体成像质量的，如提高清晰度和反差等。

消色差镜片请参照[物镜]二次/矩形调整区域标线的水平与垂直调整都可以在整个范围内加以设定。

排列机械与光学组件彼此之间的精密协调。

双筒望远镜品质优良的双筒望远镜必须在放大率、物镜直径、影像品质、尺寸、重量、耐用程度与品质各方面均配合得宜。

因此该以实际合用为原则，来选择功能相关的机型。

选择短小平宽的高级棱镜双筒望远镜（如传统系列），或是纤巧细长的棱镜双筒望远镜（如果EL或SLC系列），全视乎用家所需。

只有经过长期观察操作、光度微弱的环境、极高温及日常使用和张力考验下，才能展现其一流的光学仪器的真正价值。

因此选择优良双筒望远镜的关键在于使用者和专业经商之间的互相信任。

中央对焦轮双筒望远镜上装有中央对焦轮,可同时让两个接目镜精确对焦.除此之外,也可以借由屈视调校来补赏左右眼视力的差异。

中央标线若转动瞄准镜的提升或风差调整，标线通常都会偏离视野中心。

为避免在将标线调到中心时发生此种状况，一个复杂的机制能确保标线能确保标线能停留在视野的中央。

外层/多层反射外层请参照SWAROTOP与SWARODUR外层螺旋弹簧系统施华洛世奇瞄准使配备有注册专利的螺旋簧系统，可提供高精确度的瞄线调整。

排列偏移排列偏移指的是镜片或棱镜因撞击或震动而偏离原位。

排列偏移的光学系统可能会使操作上出现故障，而受损的仪器仅只能于某些特定的条件下使用，甚或完全无法使用。

屈视调校屈视调校指的是调整光学仪器，以配合使用者眼睛的视觉敏锐度。

出射光瞳出射光瞳指的是在约25厘米距离外能从接目镜中看到的微小光圈。

从数学的角度来看，出射光瞳的计算法如下：物镜直径/放大率例如一个10X42的双筒望远镜，其放大率为10倍，物镜直径为X42，则其出射光瞳即为4.2毫米（42 10）。

出射光瞳之间（双眼之间距离）留有相当距离。

配戴眼镜人士只要把眼杯转进去或进入，就可以观察整个视野范围。

视野视野指的是在距离1公里处（或使用瞄准镜在100米的距离）所能看到的范围有几米。

复消色差简述光学人生，精彩人生导读：复消色差镜头，是指能对多种色光（超过两种）消除色差的镜头。

消色差镜头（Chromatic）只能对两种色光消色差。

超长焦光学结构中，APO镜头几乎是高档镜头的代名词。

APO，是英文Apochromatic的缩写，意为“复消色差的”。

所谓萤石镜片、AD玻璃、UD玻璃、ED玻璃，说到底，都是为了实现APO技术所用的特殊光学材料。

复消色差镜头，是指能对多种色光（超过两种）消除色差的镜头。

消色差镜头（Chromatic）只能对两种色光消色差。

1.色散光学材料的折射率不但与材料本身的物理性质有关，还与光线的波长有关。

同一种光学材料，波长越短、折射率越高。

具体讲，同一种光学玻璃，绿光比红光折射率高，而蓝光比绿光折射率高。

不同光学材料往往有不同的色散。

如果一种材料随着波长变化引起折射率变化很大，我们就说这种材料是“高色散”的。

反之，则称为“低色散”。

一般用ne（材料对绿色的e光的折射率）表示材料的折射率，用阿贝数ve=（ne-1）/（nF-nc）表示材料的相对色散。

阿贝数越高，色散越小。

式中，第二个字母是下标，表示夫朗和费对应谱线的波长。

F是红光，e是绿光，c是蓝光。

每一条夫朗和费谱线都有固定不变的波长，因而成了光学设计中的标准波长。

2.色差从几何光学原理讲，镜头等效于一个单片凸透镜。

凸透镜的焦距，与镜面两边曲率和玻璃的折射率有关。

如果镜片形状固定，那就只与制造镜片材料的折射率有关了！由于光学材料都有色散，因此，同一个镜片，对于红光来说，焦距略微长一点；对于蓝光来说，焦距略为短一点。

这就叫做“色差”。

有了色差的镜头，具体讲有这么2个缺点：1.由于不同色光焦距不同，物点不能很好的聚焦成一个完美的像点，所以成像模糊；2.同样，由于不同色光焦距不同，所以放大率不同，画面边缘部分明暗交界处会有彩虹的边缘。

消色差利用不同折射率、不同色差的玻璃组合，可以消除色差。

例如，利用低折射率、低色散玻璃做凸透镜，利用高折射率、高色散玻璃做凹透镜，然后将两者胶合在一起。