Погрешности реальной оптической системы (Сферическая аберрация. Кома. Дисторсия. Хроматическая аберрация. Астигматизм)

Оптическая система – совокупность отражающих и преломляющих поверхностей, которые отделяются друг от друга оптически однородной средой.

Рассматривая прохождение света через тонкие линзы, мы ограничивались только параксиальными лучами. Показатель преломления линзы считали независимым от длины волны падающего света, а пад. Свет считали монохроматический. Т.к. в реальных системах эти условия не выполняются, то в них возникают искажения изображения, называемые аберрациями (погрешностями).

Аберрации  размывают изображение, создают окрашивание, ухудшают разрешающую способность оптических систем.

1.                Сферическая аберрация.

Если расходящийся пучок света падает на линзу, то параксиальные лучи после преломления пересекаются в точке S’. Лучи, проходящие через края линзы, преломляются сильнее и перемещаются в точку S”. В результате, изображение светящейся точки на экране, перпендикулярное оптической оси, будет в виде расплывчатого пятна.

Сферическую аберрацию можно устранить, составляя системы из рассеивающих и собирающих

линз.

2. Аберрация кома.

Если через оптическую систему проходит широкий пучок, светящийся в точке, расположенной не на оптической оси, то полученное изображение этой точки будет в виде освещенного пятнышка, напоминающего кометный хвост.

3. Дисторсия – это аберрация, вызывающая искажение изображения предметов, оставляя его резким. Возникает при больших углах падения лучей на линзу. Изображение точки, расположенной близко к своей оптической оси,  очень мало отличается от своего идеального изображения, а изображение точки, далекой от оптической оси смещается тем больше, чем дальше она от оси.

Дисторсия может быть подушкообразной и бочкообразной.

4. Хроматическая аберрация.

 Погрешность, возникающая из-за того, что свет разной длины волны преломляется по-разному. При сложном составе света необходимо учитывать зависимость показателя преломления вещества линзы от длины волны.

При падении на оптическую систему белого света, отдельные составляющие его монохроматические лучи фокусируются в разных точках. Наибольшее фокусное расстояние имеют красные лучи, а наименьшее – фиолетовые, поэтому изображение размыто и по краям окрашено.

Т.к. разные сорта стекол обладают разной дисперсией, то комбинируя собирающие и рассеивающие линзы из различных стекол, можно совместить фокусы различных цветов.

5.  Астигматизм

Эта погрешность обусловлена неодинаковостью кривизны оптических поверхностей в разных плоскостях сечения падающих на него светового пучка.

Изображение точки удаленной от главной оптической оси наблюдается на экране в виде расплывчатого пятна эллиптической формы. Это пятно в зависимости от расстояния экрана до линзы выражается либо в вертикальную либо в горизонтальную прямую.

Астигматизм исправляется подбором  радиусов кривизны прямоугольных поверхностей  и фокусных расстояний.