Оптическая система - это совокупность отражающих и преломляющих поверхностей, которые отделяют друг от друга оптически однородные среды. Обычно эти поверхности являются сферическими или плоскими.
Если центры всех поверхностей лежат на одной прямой, то оптическая система называется центрированной. Чтобы центрированная система была идеальной оптической системой, необходимо ограничиться только лучами, идущими под малыми углами к главной оптической оси. Такие лучи называются параксиальными. Теория идеальных оптических систем была развита Гауссом (1841).
В реальной оптической системе всегда есть погрешности, отличающие ее от идеальной системы. Аберрации размывают изображения объектов, создают окрашивание, ухудшают разрешающую способность оптических систем.
Основные погрешности реальной оптической системы:
Сферическая аберрация - погрешность, проявляющаяся при отображении точек, лежащих на оптической оси системы. Лучи, проходящие через края линзы, преломляются сильнее, чем те, которые проходят вблизи оптической оси. Происходит перераспределение освещенности в изображении точки: в центре пятна острый максимум и быстрое убывание освещенности по мере удаления от центра.
Кома возникает из-за нарушения осевой симметрии широкого пучка лучей, исходящего из точки предмета, расположенной вне оптической оси. Пятно рассеяния имеет вид яркого кружка малого размера с постепенно расширяющимся хвостом. В зависимости от знака аберрации хвост может быть направлен либо в сторону оптической оси системы, либо в противоположную сторону. Распределение освещенности в фигуре рассеяния асимметрично - вся энергия сосредоточена в угле порядка 60 , и быстро убывает в направлении от вершины угла.
Астигматизм и кривизна поля. Эти две аберрации часто сопутствуют друг другу. Изображение внеосевой точки предмета, получаемое в плоскости изображений - это эллипс с центром в параксиальном изображении (изображении, создаваемом только параксиальными лучами). Существует три положения экрана, на которых фигура рассеяния принимает экстремальную форму. В плоскости 1, в которой находится фокус меридиональных лучей, фигура рассеяния вырождается в отрезок прямой, расположенный перендикулярно меридиональной плоскости. В плоскости 2, в которой находится фокус сагиттальных лучей, фигура также представляет из себя отрезок прямой, но расположенный в меридиональной плоскости. Наконец, в плоскости 3, лежащей примерно посередине между плоскостями 1 и 2, фигура рассеяния представляет собой круг. Изображение предмета, расположенного перпендикулярно оптической оси, получается резким, но расположенным на искривленной поверхности.
Дисторсия - это аберрация, вызывающая искажение изображения предмета, оставляя его резким. Изображение точки, расположенной близко к оптической оси, очень мало отклоняется от своего идеального положения, а изображение точки предмета, далекой от оптической оси, смещено от идеального положения тем больше, чем дальше от оси находится эта точка. Дисторсия может быть подушкообразной или бочкообразной.
Хроматическая аберрация - погрешность, возникающая из-за того, что свет разной длины волны преломляется по-разному (явление дисперсии света).
При конструировании оптических инструментов, в зависимости от их назначения, стремятся по возможности уменьшить те или иные аберрации.
Волновая природа света проявляется в том, что даже при отсутствии геометрических аберраций изображение точки предмета представляет собой дифракционный кружок (дифракционные аберрации).
Назад | Вперед
Написать комментарий
|
