什么是阿贝数？从色差基础到光学材料的选择方法

阿贝数是表示镜头材料使光按波长发生色散程度的指标。数值越大，色差越小，但数值较小的材料并非性能较差。本文将依次说明定义式的含义、各材料的实测值，以及在镜头设计中的选用方法。

📌 三行速览摘要

阿贝数 νd=(nd−1)/(nF−nC)，数值越大，折射率随波长变化的色散越小

折射率与阿贝数相互制约，为薄型化而提高折射率的材料，阿贝数往往随之降低

消色差镜头的实现离不开低阿贝数材料，数值低并非缺点，而是一种功能

什么是阿贝数？表示色散程度的指标

一句话理解阿贝数

阿贝数是表示镜头材料波长色散小的程度的指标，符号为νd。

白光由多种波长成分构成，透过镜头时会因各波长折射率的差异而发生分离，这种分离程度称为色散，阿贝数越大，色散越小。该名称源自德国物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）。

如何解读定义式νd=(nd−1)/(nF−nC)

定义式如下：

νd = (nd − 1) / (nF − nC)

分子（nd − 1） ：表示光焦度大小，nd越大，折射角越大

分母（nF − nC） ：表示蓝光与红光的折射率差，即波长依赖性的大小

因此νd可解读为“光焦度÷波长依赖性”。将光学玻璃N-BK7（nd 1.51680，nF 1.52238，nC 1.51432）代入该式，可得 64.1，与其公开值νd 64.17一致（SCHOTT）。

作为基准的3个波长

d、F、C是特定波长谱线的符号，即所谓的夫琅禾费谱线。

这些数值由JIS B 7090:1999（ISO 7944:1998）规定（岛津制作所），实际应用中有时会四舍五入为587.6/486.1/656.3 nm处理。

光的色散与色差——阿贝数为何重要

什么是色散？折射率随颜色而变化的现象

折射率表示光发生折射的程度，会随波长而变化。大多数透明材料在短波长（蓝光）一侧折射率更高，这种波长依赖性即为色散。

轴向色差与倍率色差

存在色散时，成像中不同颜色的成像位置与倍率会产生偏差，表现为色差。色差大致分为轴向色差与倍率色差两类。

轴向色差（纵向色差）
是焦点位置随波长发生偏移的现象。即便在画面中心也会发生，会降低整幅图像的分辨能力，可通过缩小光圈来减轻。

倍率色差（横向色差）
是像的倍率随波长发生变化的现象，会在画面周边的轮廓处产生色边。由于经过镜头中心的主光线也会发生该现象，因此无法通过光圈来减轻。

对于物镜而言，校正轴向色差是必不可少的要求，根据校正程度分为消色差镜头与复消色差镜头两类（尼康解决方案、日本天文学会《天文学词典》）。

主要光学材料的阿贝数一览

光学玻璃与光学树脂比较

下表列出了各材料的折射率与阿贝数。

出处：SCHOTT、日本瑞翁、MGC贸易、Iupizeta EP
※ PMMA与标准聚碳酸酯为行业代表值。据不同文献，PMMA的νd范围为57～58，标准PC的nd为1.58区间前段、νd约30～31。设计时请务必确认制造商最新的技术数据表（TDS）。

如何解读产品样本中的数值

物性表中记载的数值究竟是测定值还是规格值，需要加以区分。Iupizeta EP附有以下注记：

本物性表中记载的数据为测定值，并非规格值。

测定值是在代表性条件下获得的实测数据，并不意味着有保证的上限或下限。在收紧公差时，还需要确认测定条件（波长、温度、试样厚度）。

折射率与阿贝数的权衡

折射率越高，阿贝数越低

光学材料中，折射率与阿贝数之间存在无法避免的相互制约关系：折射率越高，阿贝数就越低。

Iupizeta EP也呈现出这一趋势：折射率从1.616升至1.671的过程中，阿贝数从25.8单调下降至19.2。光学玻璃也同样如此，相对于N-BK7 64.17的阿贝数，用于消色差的火石玻璃仅为30左右。

其原因在于材料的电子结构：提高折射率的分子结构，同时也会增大波长依赖性。

折射率高的材料有助于镜头薄型化，但会增大色差。这一相互制约关系正是光学设计的出发点。

身边的例子：眼镜镜片

同样的权衡关系也适用于眼镜镜片。折射率约1.74的高折射率镜片，阿贝数可能降至31左右；折射率在1.50左右的镜片，阿贝数则处于50多的水平。折射率越高、镜片越薄，色差就越容易显现。具体各等级的数值，请参见制造商最新样本。

低阿贝数材料的用武之地——消色差镜头设计

若为单镜头：“越大越好”

在单镜头结构下，逻辑很简单：所选材料的阿贝数越大，色差就越小。教科书中“阿贝数越大越好”的说法，正是基于这一前提。

然而，实际的光学产品很少由单镜头构成。智能手机摄像头由多片镜片叠加而成，随着镜片数量增加，这一前提会发生反转。

消色差镜头的原理

消色差镜头（又称色差校正镜头）是校正色差的经典方法。

阿贝数较大材料制成的凸镜片（低色散冕牌玻璃，νd约65）

阿贝数较小材料制成的凹镜片（高色散火石玻璃，νd约30）

将这两片镜片粘合在一起，可使彼此的色差相互抵消，使所选定的两个波长成像于同一位置。

消色差的条件是：将各镜片的光焦度除以其阿贝数后求和，使总和为零。由于凸镜片与凹镜片的光焦度符号相反，只要二者阿贝数存在差异，就能满足这一条件。若两者阿贝数相等，则光焦度总和也为零，无法作为镜头发挥作用。也就是说，将阿贝数不同的材料配对，是实现消色差的必要条件。

低阿贝数材料并非劣质材料，而是承担色差校正任务、用于凹镜片一侧的功能性材料。Iupizeta EP（νd 19.2～25.8）等高色散、高折射率树脂，正扮演着这一角色。

不要仅凭阿贝数选择材料

在实际的材料选型中，还需同时评估阿贝数以外的指标。

双折射：成型时因分子取向而使光分裂为两个折射方向的程度

玻璃化转变温度（Tg） ：材料开始软化的温度

全光线透过率与雾度：透光率与浑浊程度

吸水率：吸湿导致的尺寸与折射率变化

成型流动性：对薄壁、小口径镜片的填充能力

标准聚碳酸酯折射率较高，但面内双折射往往较大。根据MGC贸易公开的比较表，标准PC为230，而Iupizeta EP仅5～6（面内双折射，1/32厚度）。

关于相关指标，以下各篇文章中有详细说明。

双折射、玻璃化转变温度（Tg）、全光线透过率与雾度、吸水率

Iupizeta® EP这一选择

兼顾高折射率与低双折射的特殊聚碳酸酯

Iupizeta EP是三菱瓦斯化学开发的光学用特殊聚碳酸酯树脂，以注塑成型用颗粒形式供应。官方网站列出的特点共六项：高折射率（nd 1.616～1.671）、低双折射、高耐热性（Tg 140～145℃）、流动性、可持续以及轻量化，预想用途包括智能手机摄像头、网络摄像头、AR/VR以及车载光学系统。

色散也是可设计的参数

玻璃需从现有的光学玻璃材料清单中选用，而树脂则可以将组成本身作为设计变量。Iupizeta EP通过200余种单体的组合，可对折射率、双折射、耐热性与波长色散进行定制。

能够从目标阿贝数数值出发展开组成设计，正是它与依赖从现有玻璃材料清单中选用的设计方式的不同之处。

总结

阿贝数νd=(nd−1)/(nF−nC)=“光焦度÷波长依赖性”，数值越大，色差越不易产生

提高折射率会降低阿贝数，薄型化与抑制色差二者之间存在权衡关系

单镜头时数值越大越有利，但在多镜片结构中，低阿贝数材料对消色差不可或缺

材料选型时还需同时评估双折射、Tg、透过率、吸水率与成型流动性

阿贝数低的材料，是设计者为抵消色差而有意选用的功能性材料。Iupizeta EP以可注塑成型树脂的形式，提供νd 19.2～25.8的高色散范围。如需了解各等级物性、测定条件或样品相关事宜，欢迎通过官方网站的咨询表单随时与我们联系。

Iupizeta EP官方网站

本文中部分图片与文字使用了生成式AI辅助制作。