Hlavní Věda

Aberační optika

Aberační optika
Aberační optika
Anonim

Aberace, v optických systémech, jako jsou čočky a zakřivená zrcadla, odchylka světelných paprsků skrz čočky, která způsobuje rozmazání obrazu objektů. V ideálním systému se každý bod na objektu zaostří na bod nulové velikosti na obrázku. Prakticky však každý obrazový bod zabírá objem konečné velikosti a nesymetrického tvaru, což způsobuje určité rozmazání celého obrazu. Na rozdíl od rovinného zrcadla, které poskytuje obrazy bez aberací, je čočka nedokonalým výrobcem obrazu a stává se ideální pouze pro paprsky procházející středem rovnoběžným s optickou osou (čára středem kolmá k povrchům čoček). Rovnice vyvinuté pro vztahy objekt-obraz v čočce mající sférické povrchy jsou pouze přibližné a zabývají se pouze paraxiálními paprsky - tj. Paprsky vytvářejícími pouze malé úhly s optickou osou. Když je přítomno světlo pouze jedné vlnové délky, je třeba zvážit pět aberací, které se nazývají sférická aberace, kóma, astigmatismus, zakřivení pole a zkreslení. Šestá aberace nalezená v čočkách (ale nikoli v zrcadlech) - konkrétně chromatická aberace - vede k tomu, že světlo není monochromatické (nemá jednu vlnovou délku).

optika: Aberace objektivu

Pokud byla čočka perfektní a objekt byl jediným bodem monochromatického světla, pak, jak bylo uvedeno výše, světelná vlna vycházející z

Při sférické aberaci se paprsky světla z bodu na optické ose čočky mající sférické povrchy nesetkávají ve stejném bodě obrazu. Paprsky procházející čočkou blízko jeho středu jsou zaostřeny dále než paprsky procházející kruhovou zónou poblíž jejího okraje. Pro každý kužel paprsků z bodu axiálního objektu, který splňuje čočku, existuje kužel paprsků, který se sbíhá do podoby obrazového bodu, přičemž kužel je různě dlouhý podle průměru kruhové zóny. Kdekoli je vytvořena rovina kolmá k optické ose k protnutí kužele, paprsky budou tvořit kruhový průřez. Oblast průřezu se mění podle vzdálenosti podél optické osy, nejmenší velikosti známé jako kruh nejmenší záměny. V této vzdálenosti se nachází obraz bez sférické aberace.

Kóma, tzv. Protože obraz bodu je rozmazaný do tvaru komety, se vytváří, když paprsky z bodu mimo osu objektu jsou zobrazeny různými zónami objektivu. Při sférické aberaci jsou obrazy bodu objektu na ose, které dopadají na rovinu kolmou k optické ose, kruhového tvaru, měnící se velikosti a překrývají se kolem společného středu; v kómatu jsou obrazy objektu mimo osu objektu kruhového tvaru, různé velikosti, ale posunuté vůči sobě navzájem. Doprovodný diagram ukazuje přehnaný případ dvou obrazů, z nichž jeden je výsledkem středového kužele paprsků a druhý z kužele procházejícího okrajem. Obvyklým způsobem redukce kómatu je použití bránice k odstranění vnějších kuželů paprsků.

Astigmatismus, na rozdíl od sférické aberace a kómatu, vyplývá z toho, že jediná zóna čočky nedokázala zaostřit obraz bodu mimo osu na jediný bod. Jak je znázorněno v trojrozměrném schématu, dvě roviny kolmé k sobě navzájem procházející optickou osou jsou meridiánová rovina a sagitální rovina, přičemž meridiánovou rovinou je rovina, která obsahuje bod objektu mimo osu. Paprsky ne v poledníku, nazývané zkosené paprsky, jsou zaostřeny dále od čočky než ty, které leží v rovině. V obou případech se paprsky nesetkávají v bodovém ostření, ale jako čáry kolmé k sobě navzájem. Mezi těmito dvěma pozicemi jsou obrazy eliptického tvaru.

Křivka pole a zkreslení se vztahují k umístění obrazových bodů vůči sobě navzájem. I když v návrhu čočky mohou být opraveny bývalé tři aberace, tyto dvě aberace by mohly zůstat. Při zakřivení pole bude obraz rovinného objektu kolmého na optickou osu ležet na paraboloidním povrchu zvaném Petzvalův povrch (po maďarském matematikovi József Petzval). Plochá obrazová pole jsou při fotografování žádoucí, aby odpovídala rovině filmu a promítání, když zvětšovací papír nebo promítací plátno leží na rovném povrchu. Zkreslení označuje deformaci obrazu. V čočce jsou dva druhy zkreslení, z nichž každý může být přítomen: zkreslení hlavně, ve kterém se zvětšení zmenšuje se vzdáleností od osy, a zkreslení jehel, kde zvětšení roste se vzdáleností od osy.

Poslední aberace, chromatická aberace, je neschopnost objektivu zaostřit všechny barvy ve stejné rovině. Protože index lomu je nejméně na červeném konci spektra, bude ohnisková vzdálenost čočky ve vzduchu větší pro červenou a zelenou než pro modrou a fialovou. Zvětšení je ovlivněno chromatickou aberací, která se liší podél optické osy a kolmo na ni. První se nazývá podélná chromatická aberace a druhá laterální chromatická aberace.