Pagrindinis mokslas

Aberracijos optika

Aberracijos optika
Aberracijos optika
Anonim

Aberracija, optinėse sistemose, tokiose kaip lęšiai ir lenkti veidrodžiai, šviesos spindulių nuokrypis per lęšius sukelia objektų vaizdų neryškumą. Idealioje sistemoje kiekvienas objekto taškas bus sufokusuotas į nulio dydžio tašką paveikslėlyje. Tačiau praktiškai kiekvienas atvaizdo taškas užima riboto dydžio ir nesimetriškos formos tūrį, dėl kurio šiek tiek susilieja visas vaizdas. Skirtingai nuo plokštuminio veidrodžio, iš kurio gaunami vaizdai be abejonių, lęšis yra netobulas vaizdo gamintojas ir tampa idealus tik spinduliams, einantiems per jo centrą lygiagrečiai optinėms ašims (linija per centrą, statmena objektyvo paviršiams). Objektyvo ir vaizdo santykiams objektyvo, turinčio sferinius paviršius, sukurtos lygtys yra tik apytikslės ir nagrinėja tik paraksialinius spindulius, ty spindulius, kurių optinė ašis sudaro tik mažus kampus. Kai yra tik vienos bangos ilgio šviesa, reikia atsižvelgti į penkias aberacijas, vadinamas sferine aberacija, koma, astigmatizmu, lauko kreivumu ir iškraipymais. Šeštoji lęšių (bet ne veidrodžių) aberacija, būtent chromatinė aberacija, atsiranda tada, kai šviesa nėra vienspalvė (ne vienos bangos ilgio).

optika: objektyvo aberacijos

Jei objektyvas būtų tobulas, o objektas būtų vienas monochromatinės šviesos taškas, tada, kaip pažymėta aukščiau, šviesos banga, kylanti iš

Sferinės aberacijos metu šviesos spinduliai nuo objektyvo, turinčio rutulinius paviršius, optinės ašies taško, ne visi susitinka tame pačiame vaizdo taške. Spinduliai, einantys pro objektyvą arčiau jo centro, yra sukoncentruoti toliau nei spinduliai, einantys per apskritą zoną šalia jo krašto. Kiekvienam spindulių kūgiui, gautam iš ašinio objektyvo taško, tenkinančio objektyvą, yra spindulių kūgis, kuris susilieja ir sudaro vaizdo tašką. Kūgio ilgis skiriasi atsižvelgiant į apskritimo zonos skersmenį. Visur, kur kūgio susikirtimo taškas yra statmenas optinės ašies atžvilgiu, spinduliai sudarys apskritą skerspjūvį. Skerspjūvio plotas kinta atsižvelgiant į atstumą išilgai optinės ašies, mažiausią dydį, vadinamą mažiausiai painiavos ratu. Vaizdas, kuriame nėra sferinės aberacijos, yra per šį atstumą.

Koma, vadinama tuo, kad taškinis vaizdas yra neryškus kaip kometos forma, susidaro, kai spinduliai iš objekto, esančio už ašies, taško, yra vaizduojami skirtingose ​​objektyvo zonose. Esant sferinei aberacijai, objekto ašies taško, kuris patenka į plokštumą stačiu kampu į optinę ašį, vaizdai yra apskritimo formos, įvairaus dydžio ir išdėstyti aplink bendrą centrą; komoje, ne ašies objekto taško atvaizdai yra apskritimo formos, įvairaus dydžio, bet pasislinkę vienas kito atžvilgiu. Kartu pateiktoje schemoje parodytas perdėtas dviejų vaizdų atvejis: vieną iš jų sudaro centrinis spindulių kūgis, kitą - kūgis, einantis per ratlankį. Įprastas būdas komai sumažinti yra naudoti diafragmą, kad pašalintų išorinius spindulių kūgius.

Astigmatizmas, skirtingai nei sferinė aberacija ir koma, atsiranda dėl to, kad objektyvo viena zona nesugeba sufokusuoti ne ašies taško vaizdo viename taške. Kaip parodyta trimatėje schemoje, dvi plokštumos, statmenos viena kitai, einančios per optinę ašį, yra dienovidinio ir sagitalio plokštumos, dienovidinio plokštuma yra ta, kurioje yra objekto, esančio už ašies, taškas. Spinduliai, esantys ne dienovidinio plokštumoje, vadinami pasvirusiais spinduliais, yra nukreipti toliau nuo objektyvo nei tie, kurie guli plokštumoje. Abiem atvejais spinduliai susitinka ne taškiniame fokuse, bet kaip statmenos linijas viena kitai. Tarp šių dviejų padėčių vaizdai yra elipsės formos.

Lauko kreivė ir iškraipymai nurodo vaizdo taškų vietą vienas kito atžvilgiu. Net jei buvę trys aberacijos gali būti pataisytos projektuojant objektyvą, šios dvi aberacijos gali likti. Lauko kreivėje plokštumos objekto, statmeno optinėms ašims, vaizdas bus ant paraboloidinio paviršiaus, vadinamo Petzvalo paviršiumi (po Józsefo Petzvalio, vengrų matematiko). Plokščių vaizdų laukai yra pageidautini fotografijoje, kad filmo plokštuma ir projekcija sutaptų, kai didinamasis popierius arba projekcijos ekranas yra ant lygaus paviršiaus. Iškraipymas reiškia vaizdo deformaciją. Lęšyje gali būti dviejų rūšių iškraipymai: vienas iš jų gali būti iškraipymas, kurio padidinimas mažėja atsižvelgiant į atstumą nuo ašies, ir spenelio iškraipymas, kai padidinimas didėja atsižvelgiant į atstumą nuo ašies.

Paskutinė aberacija, chromatinė aberacija, yra objektyvo nesugebėjimas sufokusuoti visų spalvų toje pačioje plokštumoje. Kadangi lūžio rodiklis yra mažiausiai raudoname spektro gale, lęšio židinio nuotolis ore bus didesnis raudonos ir žalios spalvos, o ne mėlynos ir violetinės spalvos. Padidėjimui įtakos turi chromatinė aberacija, skirtinga išilgai optinės ašies ir statmena jai. Pirmasis vadinamas išilgine chromatine aberacija, o antrasis - šonine chromatine aberacija.