Põhiline teadus

Aberratsiooni optika

Aberratsiooni optika
Aberratsiooni optika
Anonim

Aberratsioon, optiliste süsteemide (nt läätsed ja kumerad peeglid) valgusekiirte häiring läätsede kaudu, põhjustades objektide piltide hägustumist. Ideaalses süsteemis keskendub objekti iga punkt pildi nulli suurusele punktile. Praktiliselt hõivab iga kujutise punkt piiratud suuruse ja ebasümmeetrilise kuju, põhjustades kogu pildi mõningast hägustumist. Erinevalt tasapinnast peegelist, mis annab aberratsioonivaba pildi, on objektiiv ebatäiuslik kujutisetootja, muutudes ideaalseks ainult selliste kiirte jaoks, mis läbivad selle keskpunkti optilise teljega paralleelselt (keskpunkti läbiva joonega, objektiivi pindadega risti). Sfääriliste pindadega objektiivide objektide ja piltide suhete jaoks välja töötatud võrrandid on ainult ligikaudsed ja käsitlevad ainult paraksiaalseid kiirte, st kiirte, mis teevad optilise teljega ainult väikeseid nurki. Ainult ühe lainepikkusega valguse korral tuleb arvesse võtta viit aberratsiooni, mida nimetatakse sfääriliseks aberratsiooniks, koomaks, astigmatismiks, välja kõveruseks ja moonutusteks. Objektiivides (kuid mitte peeglites) leitud kuues aberratsioon - nimelt kromaatiline aberratsioon - tekib siis, kui valgus pole ühevärviline (mitte ühe lainepikkusega).

optika: läätse aberratsioonid

Kui lääts oleks täiuslik ja objekt oleks monokromaatilise valguse üks punkt, siis, nagu eespool öeldud, tuli

Sfäärilise aberratsiooni korral ei vasta kõik sfääriliste pindadega objektiivi optilise telje punktist lähtuvad valguskiired ühes ja samas pildipunktis. Läätse keskpunkti lähedalt läbivad kiired on fokusseeritud kaugemale kui kiired, mis läbivad selle velje lähedal ümmargust tsooni. Objektiiviga kohtunud telgjoonelisest punktpunktist koosneva iga kiirte koonuse jaoks on olemas kiirte koonus, mis koondub kujutise punkti moodustamiseks, ja koonuse pikkus on ümmarguse tsooni läbimõõdu järgi erinev. Igal pool, kus koonuse ristumiseks tehakse optilise telje suhtes täisnurkne tasand, moodustavad kiired ümmarguse ristlõike. Ristlõike pindala varieerub sõltuvalt optilise telje kaugusest, väikseim suurus, mida nimetatakse väikseima segaduse ringiks. Kujutis, mis on sfäärilisest aberratsioonist kõige vaba, leitakse sellest kaugusest.

Kooma, mida nimetatakse seetõttu, et punktipilt on hägune komeedi kujuks, tekib siis, kui objektiivi erinevad tsoonid pildistavad teljevälisest objektpunktist pärit kiirte. Sfäärilise aberratsiooni korral on teljel asuva objekti punkti kujutised, mis langevad optilise telje suhtes täisnurga all olevale tasapinnale, ümmarguse kujuga, erineva suurusega ja asetsevad ümber ühise keskpunkti; koomas on teljevälise objekti punkti kujutised ümmarguse kujuga, erineva suurusega, kuid üksteise suhtes nihutatud. Lisaskeemil on kujutatud kahe pildi liialdatud juhtum, millest üks tuleneb keskmisest kiirtekoonusest ja teine ​​veljest läbiva koonusest. Tavaline viis kooma vähendamiseks on kiirte väliskoonuste eemaldamiseks diafragma kasutamine.

Astigmatism, erinevalt sfäärilisest aberratsioonist ja koomast, tuleneb läätse ühe tsooni suutmatusest fokuseerida teljevälise punkti kujutis ühes punktis. Nagu on näidatud kolmemõõtmelisel skeemil, on optilist telge läbivad kaks üksteise suhtes täisnurga all olevat tasapinda meridiaantasand ja sagitaaltasapind, meridiaanitasapind on see, mis sisaldab teljevälist objektpunkti. Meridiaanitasandil mitte asuvad kiired, mida nimetatakse viltu kiirteks, on fokuseeritud läätsest kaugemal kui tasapinnal asuvad. Mõlemal juhul ei kohustu kiired punktfookuses, vaid üksteisega risti asetsevate joontena. Nende kahe asendi vahel on kujutised elliptilised.

Põllukõverus ja moonutused tähistavad pildipunktide asukohta üksteise suhtes. Ehkki läätse kujundamisel võib endisi kolme aberratsiooni parandada, võiksid need kaks aberratsiooni jääda. Välja kõveruse korral asetseb optilise teljega risti oleva tasapinnalise objekti pilt paraboloidsel pinnal, mida nimetatakse Petzvali pinnaks (pärast Ungari matemaatikut József Petzvalit). Lamedate piltide väljad on fotograafias soovitavad, et sobitada filmi tasapind ja projektsioon, kui suurenev paber või projektsiooniekraan asub tasasel pinnal. Moonutamine viitab pildi deformatsioonile. Moonutusi on kahte tüüpi, millest kumbki võib esineda läätses: silindrimoonutused, mille puhul suurendus väheneb teljest kaugusega, ja nõela moonutus, mille korral suurendus suureneb teljest kaugusega.

Viimane aberratsioon, kromaatiline aberratsioon, on läätse suutmatus fokuseerida kõiki värve samal tasapinnal. Kuna murdumisnäitaja on spektri kõige vähem punases osas, on läätse fookuskaugus õhus suurem punase ja rohelise kui sinise ja violetse korral. Suurendust mõjutab kromaatiline aberratsioon, mis erineb optilisest teljest ja on sellega risti. Esimest nimetatakse pikisuunaliseks kromaatiliseks aberratsiooniks ja teist külgsuunas kromaatiliseks aberratsiooniks.