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天文新知

像差再見!博士生解決長達2000年的球面像差光學問題

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。早在兩千多年前,希臘數學家狄奧克勒斯(Diocles),在著作“ Burning Mirrors”就提出這個問題。
 
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、牛頓與萊布尼茲也都試圖解決,但全部失敗。(但值得一提的是,牛頓發明反射式望遠鏡解決色差,但球面像差卻沒能解決。)
 
在1949年,物理學家Wasserman和Wolf提出如何設計一個沒有球面像差的鏡頭,因此這問題又稱為Wasserman-Wolf問題。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(UNAM)2位博士生解決長達2000年的問題,並發表在Applied Optics期刊上。他們提出鏡片的曲率公式,之後以電腦模擬500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?(編譯/李瑾)鏡片的曲率公式

 
資料來源:Petapixel

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