Хроматическая аберрация

Аберрации оптических систем

Классификация аберраций

Нарушение качества изображения, вызываемое некоторыми физическими свойствами оптических систем, называется аберрациями.

Аберрации оптических систем разделяются на две группы: хроматические и монохроматические аберрации. Хроматические аберрации являются следствием дисперсии материала. При прохождении пучков света через границы раздела прозрачных сред происходит разложение света в спектр, в результате чего изображение представляет собой сумму изображений, каждое из которых построено лучами одной длины волны. Среди хроматических аберраций различают хроматизм положения и хроматизм увеличения.

Монохроматические аберрации оказывают влияние на качество изображения в лучах любой длины волны, т.е. не зависят от длины волны. Здесь следует различать аберрации широкого пучка и полевые аберрации. Аберрации широкого пучка, к которым относятся сферическая аберрация и кома, наблюдаются в широких пучках лучей, идущих параллельно или наклонно к оптической оси. Полевые аберрации (астигматизм, кривизна изображения, дисторсия) характерны для пучков лучей, исходящих из точек предмета вне оптической оси. Они проявляются даже в очень узких пучках лучей.

Процесс устранения как монохроматических, так и хроматических аберраций называется коррегированием оптической системы. Полностью устранить аберрации в оптической системе невозможно, можно лишь уменьшить до такой степени, чтобы приемник энергии, в следствии ограниченности разрешающей силы, их не воспринимал.

Уменьшение аберраций до величины, приемлемой в оптическом приборе задача чрезвычайно сложная, требующая кропотливых, дорогостоящих и трудоемких вычислений, поисков оптимальных решений и приводящая в результате к сложным оптическим системам. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо ставить задачей устранения лишь тех аберраций (в разумных пределах), которые нежелательны именно в этом случае.

На рис. 4.12.1 показан пучок белого света, проходящий через линзу. В следствии дисперсии света, каждая длина волны идет после преломления по своему направлению, причем более короткие длины волн (фио летовые, синие) преломляются больше, чем длинные волны (красные).

Если лучи света входят в линзу параллельно оптической оси, то они собираются в фокусе линзы. Каждая длина волны, т.е. лучи разных цветов, будут иметь свой фокус. Если за линзой поставить экран, совпадающий с изображением, построенным красными лучами, то изображения построенные другими лучами, будут нерезкими, получаются пятна рассеивания. Безукоризненное изображение будет только для лучей одной длины волны. Такая аберрация называется хроматизмом положения – цветные изображения не совпадают друг с другом по их положению на оптической оси системы.

Математически хроматизм положения определяется формулой

Пусть мы устранили хроматизм положения, т.е. совместили цветные изображения в одной плоскости. Однако, хроматические явления все же будут наблюдаться, поэтому что совпадение по положению цветные изображения могут не совпадать друг с другом по величине (рис. 4.12.2). В поле зрения оптического прибора возникают радужные каемки, наблюдаемые вдоль контура изображения контрастных предметов. Численное значение хроматизма увеличения определяется по формуле:

Уменьшение хроматических аберраций производится созданием сложных систем, состоящих из нескольких компонентов, каждый из которых имеет свою дисперсию. Полностью устранить хроматизм невозможно, удается лишь совместить в одной плоскости два и в некоторых сложных системах, три цветных изображения, сблизив между собой остальные.

Здесь следует иметь в виду, что выбор длин волн, для которых производится совмещение изображений, зависит от приемника энергии. Для приборов, работающих с глазом человека, т.е. визуальных, производится так называемая оптическая коррекция хроматизма, для фотографических приборов – актиническая коррекция. Дело в том, что области спектра, в которых работает глаз человека и фотографическая пластинка различны.

Графически хроматическая аберрация положения показывается следующим образом (рис. 4.12.3). По оси ординат откладывается длины волн или спектральные линии Фраунгофера, а по оси абсцисс – положения изображений для различных длин волн, причем за начало отсчета принято положение изображения для спектральной линии . На рисунке графиком показан хроматизм неисправленной системы. Линия II показывает случай, когда в одной плоскости совмещены два цвета, для спектральных линий C и F (оптическая коррекция). Расстояние от совмещенных изображений, построенного лучами спектральной линии D, называется вторичным спектром, а системы, исправленные на хроматизм подобным образом – ахроматами. Во многих случаях такая коррекция достаточна и не ведет к сильному усложнению системы.

При больших увеличениях вторичный спектр оказывается заметным и приходится проводить совмещение трех изображений, линия III. Такие системы называются анохроматами, а остающийся спектр – третичным спектром.

Дата добавления: 2015-06-04