焦點(diǎn)(Focus Point):平面波束經(jīng)過(guò)特定偏折結(jié)構(gòu)后會(huì)聚于空間上一個(gè)點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)稱為焦點(diǎn)。
多數(shù)情況下,焦點(diǎn)指的是光學(xué)焦點(diǎn),某些專業(yè)場(chǎng)合也會(huì)指微波或者超生聚焦的會(huì)聚點(diǎn)。
光的會(huì)聚會(huì)引起能量集中,焦點(diǎn)處溫度升高,這是中文“焦點(diǎn)”一詞的來(lái)源。
薄凸透鏡
可以使平行光束會(huì)聚在一點(diǎn),從不同方向入射的光線會(huì)聚的焦點(diǎn)組成一個(gè)平面,稱之為焦平面。其中平行主軸的光線會(huì)聚得到的焦點(diǎn)稱之為主焦點(diǎn),凸透鏡可以從兩個(gè)方向入射,有兩個(gè)主焦點(diǎn)。絕大多數(shù)情況下,我們提到凸透鏡的“焦點(diǎn)”特指主焦點(diǎn)。
拋物面鏡
(一般指拋物面形狀的凹面鏡)也能使平行于主軸的光線會(huì)聚于一點(diǎn),拋物面鏡的焦點(diǎn)只有一個(gè)。
薄凹透鏡、凸拋物面鏡
不能使平行光束匯聚成一點(diǎn),但是其反射光線反向延長(zhǎng)可以匯聚成一點(diǎn),對(duì)于觀察者而言,反射光就像是從某一點(diǎn)光源發(fā)出的。為了描述這種現(xiàn)象和便于計(jì)算,我們將其稱之為虛焦點(diǎn)。
對(duì)于透鏡,由于不同顏色的光線折射率不同,焦點(diǎn)位置也不同,這稱之為色差(色像差)
。
對(duì)于球面透鏡,其邊緣部分和中央部分光線并不嚴(yán)格會(huì)聚于同一點(diǎn),邊緣部分會(huì)聚點(diǎn)更近一些。
對(duì)于主軸上的點(diǎn)光源,這種偏差會(huì)在屏/底片/光傳感器上形成一個(gè)中間亮邊緣暗的圓形光斑,這稱之為球差
。注意未合焦產(chǎn)生的彌散圓是不一樣的,點(diǎn)光源產(chǎn)生的彌散圓是亮度均勻的;而球差產(chǎn)生的光斑中間亮周?chē)怠?span style="display:none">E1z物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
對(duì)于主軸外的點(diǎn)光源,這種偏差會(huì)在屏/底片/光傳感器上偏移拉長(zhǎng)成一個(gè)彗星狀光斑,稱之為彗差
。球差和彗差的物理本質(zhì)其實(shí)是完全相同的。都是球面透鏡不同位置的會(huì)聚焦點(diǎn)位置偏差引起的。
透鏡剖面改成笛卡爾卵形線可以消除球差/彗差,但是磨制難度比較高,成本往往是球面透鏡的幾倍。也可以采用正負(fù)透鏡的組合來(lái)減小球差,這是一種相對(duì)低成本的方案。