110年:視覺光學

有關鏡片造成彗星像差的敘述,下列何者錯誤?

A彗星像差是拋物面鏡與生俱來,不可避免
B消除彗星像差的方法,可以利用遠離光軸位置部分,適度調整曲率半徑而達成
C彗星像差的大小,與鏡片的直徑平方成正比
D彗星像差是指離軸平行光線會形成一模糊的光斑

詳細解析

本題觀念:

本題為反向題(問「何者錯誤」),考察彗星像差(coma aberration)的特性、成因及矯正方法。彗星像差是鏡片/鏡面的離軸像差,使離軸物點的成像出現拖尾的彗星形光斑,而非清晰的點像。

選項分析

(A) 彗星像差是拋物面鏡與生俱來,不可避免 — 正確陳述。拋物面鏡(parabolic mirror)對軸上光線完全無球面像差,但對離軸光線(off-axis rays)卻固有地存在彗星像差,這是拋物面鏡幾何特性的必然結果,無法通過鏡面設計本身完全消除。

(B) 消除彗星像差的方法,可以利用遠離光軸位置部分,適度調整曲率半徑而達成 — 正確陳述。可透過在離軸位置調整鏡片/鏡面的曲率半徑(如採用非球面鏡片、Schmidt 或 Ritchey-Chrétien 設計),使不同區域的焦點匯聚到同一位置,達到矯正彗星像差的效果。

(C) 彗星像差的大小,與鏡片的直徑平方成正比 — 正確陳述。依照光學像差理論(Seidel 像差理論),彗星像差的量值正比於光瞳半徑的平方(ρ2\rho^2)乘以視場角(θ\theta),因此與鏡片(光瞳)直徑的平方成正比。

(D) 彗星像差是指離軸平行光線會形成一模糊的光斑 ← 此為答案(錯誤陳述)— 描述不夠精確且有誤導性。彗星像差並非僅是「模糊光斑」,而是產生具有特定方向

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