Az optikai rendszer aberrációja

Az optikai rendszer aberrációja – az optikai rendszer hibája vagy képhibája , amelyet a nyalábnak attól az iránytól való eltérése okoz, amelyre egy ideális optikai rendszerben haladnia kellene . Az aberrációt a homocentricitás [1] különféle típusú megsértése jellemzi az optikai rendszerből kilépő sugarak szerkezetében.

Az aberráció értéke megkapható mind a sugarak koordinátáinak pontos geometriai-optikai képletek segítségével történő közvetlen számítással történő összehasonlításával, mind pedig megközelítőleg - az aberrációelmélet képleteinek felhasználásával.

Ebben az esetben az aberrációt mind a sugároptika kritériumaival , mind a hullámoptika fogalmai alapján lehet jellemezni . Az első esetben a homocentricitástól való eltérést a geometriai aberrációk és a sugárszórási ábrák gondolata fejezi ki pontképekben . A második esetben az optikai rendszeren áthaladó gömb alakú fényhullám deformációját becsüljük meg, bevezetve a hullám aberráció fogalmát. Mindkét leírási módszer összefügg egymással, ugyanazt az állapotot írják le, és csak a leírás formájában különböznek egymástól.

Általános szabály, hogy ha az objektív nagy aberrációkkal rendelkezik, akkor könnyebb jellemezni őket a geometriai aberrációk értékeivel, és ha kicsik, akkor a hullámoptika fogalmai alapján.

Az aberrációkat monokromatikusra, azaz a monokróm sugárnyalábokban rejlőre és kromatikusra oszthatjuk .

Monokromatikus aberrációk

Az ilyen képhibák minden valódi optikai rendszer velejárói, és elvileg nem küszöbölhetők ki. Előfordulásukat az magyarázza, hogy a megtörő felületek képtelenek egy pontba gyűjteni a nagy szögben rájuk eső sugárnyalábokat.

Ezek az aberrációk oda vezetnek, hogy egy pont képe valamiféle elmosódott alakzat ( szóródó ábra ), nem pedig pont, ami viszont negatívan befolyásolja a kép tisztaságát , és megsérti a kép és a tárgy hasonlóságát . .

Az aberrációk elmélete

A geometriai aberrációk elmélete megállapítja az aberrációk funkcionális függését a beeső sugár koordinátáitól és az optikai rendszer szerkezeti elemeitől – felületi sugaraitól, vastagságától, a lencsék törésmutatóitól stb.

Harmadrendű monokromatikus aberrációk

Az aberrációk elmélete az aberrációk ( és ) összetevőinek közelítő ábrázolására korlátozódik sorozat formájában, amelynek tagjai bizonyos együtthatókat (változóösszegeket) tartalmaznak , amelyek csak az optikai rendszer szerkezeti elemeitől és az optikai rendszer szerkezeti elemeitől függenek. az objektum helyzete és a bejárati pupilla síkok, de nem függenek a nyaláb koordinátáitól. Például a harmadrendű aberráció meridionális [2] komponense a következő képlettel ábrázolható: $\delta g'$ $\delta G'$ $a_{1},a_{2},\dots ,a_{k}$

\delta g'=a'_{1}m^{3}+a'_{2}lm^{2}+a'_{3}l^{2}m+a'_{4 }l^{3}

ahol és azok a sugárkoordináták, amelyek a sorozat tagjainak tényezőjeként jelennek meg. $l$ $m$

Az ilyen harmadrendű aberrációs együtthatók száma öt, és általában S I , S II , S III , S IV , S V betűkkel jelöljük őket .

Ezenkívül az elemzés egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy a képletekben csak az egyik együttható nem egyenlő nullával, és meghatározza a megfelelő aberrációt.

Az öt együttható mindegyike meghatározza az úgynevezett öt Seidel -féle aberráció egyikét :

S I - szférikus aberráció ;
S II - kóma ;
S III - asztigmatizmus ;
S IV - a kép mezőjének (felületének) görbülete ;
S V - torzítás .

Valós rendszerekben bizonyos típusú monokromatikus aberrációk szinte soha nem fordulnak elő. A valóságban az összes aberráció kombinációja figyelhető meg, és egy összetett aberrációs szórási ábra tanulmányozása az aberráció egyes típusainak (bármilyen sorrendű) kiválasztásával nem más, mint egy mesterséges technika, amely megkönnyíti a jelenség elemzését.

Magasabb rendű monokromatikus aberrációk

Általános szabály, hogy a sugarak eloszlásának képét a szóródási ábrákban észrevehetően bonyolítja az a tény, hogy a magasabb rendű aberrációk rárakódnak az összes harmadrendű aberráció kombinációjára. Ez az eloszlás észrevehetően változik az objektumpont és a rendszerlyuk helyzetével. Például az ötödrendű szférikus aberráció, ellentétben a harmadrendű szférikus aberrációval, az optikai tengely egy pontján hiányzik, de az attól való távolság négyzetével arányosan nő.

A magasabb rendű aberrációk hatása az objektív relatív rekesznyílásának növekedésével növekszik, és olyan gyorsan, hogy a gyakorlatban a gyors lencsék optikai tulajdonságait pontosan a magasabb rendű aberrációk határozzák meg.

A magasabb rendű aberrációk értékeit az optikai rendszeren áthaladó sugarak útjának pontos kiszámítása (nyomkövetés) alapján veszik figyelembe. Általában speciális optikai modellező programok használatával (Code V, OSLO, ZEMAX stb.)

Kromatikus aberrációk

A kromatikus aberrációt annak az optikai közegnek a diszperziója okozza, amelyből az optikai rendszer keletkezik – vagyis azon optikai anyagok törésmutatójának függése, amelyekből az optikai rendszer elemei készülnek, az átvitt fényhullám hosszától. .

Megnyilvánulhatnak a kép idegen színezésében és a tárgy képén olyan színkontúrok megjelenésében, amelyek a tárgyban hiányoztak.

Ezek az aberrációk közé tartozik a pozíciókromatikus aberráció (kromatizmus) , amelyet néha "hosszirányú kromatizmusnak" neveznek, és a nagyítási kromatikus aberráció (kromatizmus) .

Szokásos a kromatikus aberrációkra a geometriai aberrációk kromatikus különbségeire is hivatkozni , főként a különböző hullámhosszú sugarak gömbi aberrációinak kromatikus különbségére (az úgynevezett "szferokromatizmus") és a ferde sugarak aberrációinak kromatikus különbségére.

Diffrakciós aberráció

A diffrakciós aberráció a fény hullámtermészetéből adódik, ezért alapvető természetű, ezért elvileg nem küszöbölhető ki. A jó minőségű lencsék pontosan ugyanúgy szenvednek tőle, mint az olcsók. Csak az optikai rendszer apertúrájának növelésével csökkenthető. Ezt az aberrációt a fény diffrakciója okozza a fotolencse rekesznyílása és hengere által . A diffrakciós aberráció korlátozza a fényképészeti lencse felbontóképességét . Ennek az aberrációnak köszönhetően a lencse által megengedett pontok közötti minimális szögtávolságot a radián értéke korlátozza , ahol (lambda) a fénytartomány elektromágneses hullámhossza (400-700 nm hullámhossz), és a lencse átmérője. az objektívet (ugyanabban a mértékegységben, amely és ). $1,22\times \lambda /D$ $\lambda$ $D$ $\lambda$

Lehetetlen teljesen kiküszöbölni az aberrációkat az optikai rendszerekben. A műszaki követelmények és a rendszer gyártási költsége miatt a lehető legkisebb értékekre vannak hozva. Néha bizonyos aberrációkat is minimálisra csökkentenek mások növelésével.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Homocentrikus (homocentrikus) egy fényes pont által kibocsátott vagy egy pontban konvergáló fénysugár.
↑ Vagyis a meridionális síkban fekve .
A középső szimmetriájú optikai rendszerekben a meridionális sík bármely olyan sík lesz, amelyhez a rendszer optikai tengelye tartozik. Az európai és amerikai optikai irodalomban ezt a síkot gyakrabban tangenciálisnak nevezik .
A sagittális sík a meridionális síkban elhelyezkedő bármely sugárnyaláb esetén az a sík lesz, amely magában foglalja ennek a nyalábnak a fősugarát, és merőleges a meridionális síkra.

Irodalom

Volosov D.S. Fényképészeti optika. M.: Művészet, 1971.
Rusinov M. M. Optikai rendszerek összetétele. L.: Mashinostroenie, 1989.
Sivukhin DV Általános fizika tanfolyam. Optika. Moszkva: Nauka, 1985.

Linkek

A "Canon Lens Work II" optikai terminológiával foglalkozó részének fordítása

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy norvég Nagy norvég Nagy orosz Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus
Bibliográfiai katalógusokban	BNE : XX5241153 NKC : ph543019