物理學中畫的光路圖,兩束平行光經凸透鏡會聚在一點,可現實生活中,太陽光經放大鏡會匯聚,但是那個焦點不像光路圖中的那一個極小的點,而是大約直徑有5mm的圓,為什麼它不會匯聚成一個點呢
主要是透鏡的像差引起。
1、實際的球面單透鏡不同位置入射的光線偏折角度不一樣,導致邊緣光線和中心光線焦點不一樣,所以必然不會形成完美的點而是光斑(這種像差叫做球差)。
2、考慮到手持式透鏡跟光線有傾角,一定會有軸外像差,使得光斑的旋轉對稱性破壞,得到各種形狀的光斑。
3、各種顏色(波長)的光折射率不一樣,所以會出現色散現象,使光斑進一步變大。
4、即是是無像差的透鏡,也會因為口徑的限制而無法形成一個理想點,而是形成一個理想的斑,這個斑叫做艾裏斑(Airy Disk),反映了透鏡的衍射極限。
以下是正入射(0°)和斜入射(10°)時的模擬圖,透鏡取80mm直徑,球面半徑取200mm。得到的光斑圖中有個小黑圈(看起來是個點),標明瞭透鏡的理想光斑即艾裏斑。這個模擬僅考慮單色光,複色光還有色差。