佩兹瓦尔像场弯曲

✍ dations ◷ 2025-04-03 17:29:18 #应用光学,物理光学

像场弯曲,简称场曲,是因镜片缺陷,使垂直于主光轴的物平面上发出的光经透镜成像后,清晰的最佳实像面不是平面而是一个曲面的一种像差。1839年匈牙利物理学家约瑟夫·佩兹瓦尔(英语:Joseph Petzval)最先从物理学角度阐明像场弯曲的原理,为纪念他,像场弯曲也称为佩兹瓦尔像场弯曲。

像场弯曲起源于透镜成像的基本规律,对于同一透镜,距离远的物体成像近,反之,距离近的物体,成像远。如图平面 A B {\displaystyle AB} A {\displaystyle A} 点离镜头近成像与 A {\displaystyle A'} 点;平面 A B {\displaystyle AB} 中的 B {\displaystyle B} 点,由于离透镜比 A {\displaystyle A} 点远,因此, B {\displaystyle B} 点经透镜成像于 B {\displaystyle B'} 点, B {\displaystyle B'} 点就得比 A {\displaystyle A'} 点离镜头近。弯曲的像场 A B {\displaystyle A'B'} 称为佩兹瓦尔曲面。

1839年,佩兹瓦尔证明,对于一个光学镜头组,如果镜头没有其他像差,

它的像场弯曲的曲率 = 1 / ρ = Φ / ( n n ) {\displaystyle =1/\rho =\sum \Phi /(n*n')}

其中 Φ = n n r {\displaystyle \Phi ={\frac {n-n'}{r}}}

r {\displaystyle r} 为曲面的曲率半径。 ρ {\displaystyle \rho } 为像场弯曲的曲率半径。

Φ / ( n n ) {\displaystyle \sum \Phi /(n*n')} 称为佩兹瓦尔和。

佩兹瓦尔证明佩兹瓦尔像场弯曲和和镜头的孔径、光圈位置、镜片厚度、镜片间的空气间隙无关。

一个有多个互相由空气隔离的薄镜片构成的镜头,其佩兹瓦尔和 = Φ / n {\displaystyle =\sum \Phi /n} ,其中 Φ {\displaystyle \Phi } 是薄镜片的度数, n {\displaystyle n} 是镜片材料的折射率。

减小佩兹瓦尔和的方法有几:

带像场弯曲的照相机实例

有些镜头必需将像场弯曲减少到最低限度,如微距镜头、和制版镜头、放大机镜头、电影投放镜头等。

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