墨西哥博士生破解了2000年历史的光学难题

这一问题甚至困扰着用最先进工艺生产的、最昂贵的镜头:无论照片中心的图像有多么清晰,但角落和边缘总是会虚化和失真。

两千年前的学者就已经意识到光学成像装置存在着此类瑕疵,但是直到前几天,它还被认为是无解的天生缺陷。

纯理论上,弯曲的玻璃透镜应该能够将通过它的所有光线重定向到被称为焦点的单一目标上。但在现实世界里,事情要复杂得多。镜片上的折射差异,以及其形状和材料的不完美,都会导致部分透射光线,尤其是那些经过镜片外边缘的光线变更路径。人们将这一现象称为球面像差,即使伟大的艾萨克·牛顿和希腊数学家狄俄克利斯也无能为力。

设计领域和制造工业上的进步,包括使用可以抵消和校正球面像差效应的附加非球面镜片,意味着今天的镜头构建技术足以使镜头产生非常接近于均匀清晰的图像。这些镜片不具有完美的球形形状,且非常昂贵,难以制造和设计。因为镜片制造商基本上必须进行大量实验,针对每种应用开发出不同的非球面形状。

但是,来自墨西哥Tecnológicode Monterrey的博士生RafaelG. González-Acuña,改写了历史。经过数月努力,他创建了一个极富想象力的数学方程,为解决球面像差提供了一款分析解决方案解析解。球面像差问题的数学原型在1949年被正式命名为Wasserman-Wolf问题,几十年来来一直困扰着现代科学家。

对一般人来说,数学方程可能只是物理和数学职业者使用的神秘语言。但对镜头制造商而言,它是新的蓝图——精准设计出完全消除球面像差的镜头。无论镜头的大小、材料和目的,通过求解方程,就能得到完美设计所需的确切参数。

这一突破不仅仅会使强迫症摄影师受益——他们为追求更好的效果不知道在装备上投入了多少金钱。它还有望进一步改善望远镜和显微镜等设备的成像效果,其中图像清晰度的提高可能会引发其他的科学发现。

即便是普通消费者也会受益于González-Acuña的工作。比如说,索尼公司可以借此设计和制造出更实用的镜头,其元件更少,成本更低,同时为智能手机到便宜的傻瓜相机提供高质量的成像效果。

文章来源:gizmodo

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