Aberration av det optiska systemet

Aberration av det optiska systemet - ett fel eller bildfel i det optiska systemet , orsakat av strålens avvikelse från den riktning i vilken den skulle behöva gå i ett idealiskt optiskt system . Aberration kännetecknas av olika typer av kränkningar av homocentricitet [1] i strukturen av strålar av strålar som kommer från det optiska systemet.

Värdet av aberration kan erhållas både genom att jämföra strålarnas koordinater genom direkt beräkning med hjälp av exakta geometrisk-optiska formler, och ungefär - genom att använda formlerna för aberrationsteorin.

I det här fallet är det möjligt att karakterisera aberrationen både genom kriterierna för stråloptik och utifrån begreppen vågoptik . I det första fallet uttrycks avvikelsen från homocentricitet genom idén om geometriska aberrationer och strålspridningsfigurer i punktbilder. I det andra fallet uppskattas deformationen av en sfärisk ljusvåg som passerar genom det optiska systemet, vilket introducerar begreppet vågaberrationer. Båda beskrivningsmetoderna är sammankopplade, beskriver samma tillstånd och skiljer sig endast i form av beskrivning.

Som regel, om linsen har stora aberrationer, är det lättare att karakterisera dem med värdena för geometriska aberrationer, och om de är små, baserat på begreppen vågoptik.

Avvikelser kan delas in i monokromatiska, det vill säga inneboende i monokroma strålar av strålar, och kromatisk .

Monokromatiska aberrationer

Sådana bildfel är inneboende i alla verkliga optiska system och kan i princip inte elimineras. Deras förekomst förklaras av det faktum att brytande ytor inte kan samlas till en punkt breda strålar av strålar som faller på dem i stora vinklar.

Dessa avvikelser leder till det faktum att bilden av en punkt är någon form av suddig figur ( spridningsfigur ), och inte en punkt, vilket i sin tur negativt påverkar bildens klarhet och bryter mot likheten mellan bilden och objektet .

Theory of aberrations

Teorin om geometriska aberrationer fastställer det funktionella beroendet av aberrationer på koordinaterna för den infallande strålen och på de strukturella elementen i det optiska systemet - på radierna för dess ytor, tjocklek, brytningsindex för linser, etc.

Monokromatiska aberrationer av tredje ordningen

Teorin om aberrationer är begränsad till en ungefärlig representation av komponenterna i aberrationer ( och ) i form av en serie, vars medlemmar innehåller vissa koefficienter (summor av variabler) som endast beror på de strukturella elementen i det optiska systemet och på objektets position och ingångspupillplan, men beror inte på strålens koordinater. Till exempel kan den meridionala [2] komponenten av tredje ordningens aberration representeras av formeln: $\delta g'$ $\delta G'$ $a_{1},a_{2},\dots,a_{k}$

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

var och är strålkoordinaterna som visas som faktorer för seriens termer. $l$ $m$

Antalet sådana tredje ordningens aberrationskoefficienter är fem och som regel betecknas de med bokstäverna S I , S II , S III , S IV , SV .

Dessutom, för att förenkla analysen, antas det i formlerna att endast en av koefficienterna inte är lika med noll och bestämmer motsvarande aberration.

Var och en av de fem koefficienterna bestämmer en av de så kallade fem Seidel -aberrationerna :

S I - sfärisk aberration ;
S II - koma ;
S III - astigmatism ;
S IV - krökning av bildens fält (yta) ;
SV - distorsion . _

I verkliga system förekommer nästan aldrig vissa typer av monokromatiska aberrationer. I verkligheten observeras en kombination av alla aberrationer, och studiet av en komplex aberrationell spridningsfigur genom att välja individuella typer av aberrationer (av valfri ordning) är inget annat än en artificiell teknik som underlättar analysen av fenomenet.

Högre ordningens monokromatiska aberrationer

Som regel kompliceras bilden av fördelningen av strålar i spridningsfigurer märkbart av det faktum att aberrationer av högre ordning är överlagrade på kombinationen av alla tredje ordningens aberrationer. Denna fördelning ändras märkbart med positionen för objektpunkten och systemhålet. Till exempel är femte ordningens sfäriska aberration, i motsats till tredje ordningens sfäriska aberration, frånvarande vid en punkt på den optiska axeln, men den växer i proportion till kvadraten på avståndet från den.

Inverkan av högre ordningens aberrationer ökar när linsens relativa bländare ökar, och så snabbt att de optiska egenskaperna hos snabba linser i praktiken bestäms exakt av högre ordningar av aberrationer.

Värdena för aberrationer av högre ordning tas med i beräkningen på grundval av en noggrann beräkning av strålarnas väg genom det optiska systemet (spårning). Som regel med användning av specialiserade program för optisk modellering (kod V, OSLO, ZEMAX, etc.)

Kromatiska aberrationer

Kromatiska aberrationer orsakas av spridningen av det optiska mediet från vilket det optiska systemet bildas - det vill säga beroendet av brytningsindexet för de optiska materialen från vilka elementen i det optiska systemet är gjorda på längden av den transmitterade ljusvågen .

De kan manifestera sig i främmande färgning av bilden och i utseendet av färgkonturer i bilden av objektet, som saknades i objektet.

Dessa avvikelser inkluderar positionskromatisk aberration (kromatism) , ibland kallad "longitudinell kromatism", och kromatisk aberration för förstoring (kromatism) .

Det är också vanligt att hänvisa till kromatiska aberrationer kromatiska skillnader av geometriska aberrationer , främst den kromatiska skillnaden av sfäriska aberrationer för strålar av olika våglängder (den så kallade "sfärokromatismen") och den kromatiska skillnaden av aberrationer hos lutande strålar.

Diffraktiv aberration

Diffraktiv aberration beror på ljusets vågnatur och är därför av grundläggande karaktär och kan därför i princip inte elimineras. Högkvalitativa linser lider av det på exakt samma sätt som billiga. Det kan bara minskas genom att öka det optiska systemets bländare. Denna aberration beror på ljusets diffraktion av bländaren och cylindern på en fotografisk lins . Diffraktiv aberration begränsar upplösningsförmågan hos en fotografisk lins . På grund av denna aberration begränsas det minsta vinkelavståndet mellan punkter som linsen tillåter av värdet på radianer , där (lambda) är den elektromagnetiska våglängden för ljusområdet (våglängder från 400 nm till 700 nm), och är diametern på linsen (i samma enheter, vilken och ). $1.22\times \lambda /D$ $\lambda$ $D$ $\lambda$

Det är omöjligt att helt eliminera aberrationer i optiska system. De förs till lägsta möjliga värden på grund av de tekniska kraven och kostnaden för att tillverka systemet. Ibland minimeras också vissa avvikelser genom att öka andra.

Se även

Anteckningar

↑ Homocentrisk (homocentrisk) är en stråle av ljusstrålar som sänds ut av en ljuspunkt eller konvergerar vid en punkt.
↑ Det vill säga liggande i meridionalplanet .
Meridionalplanet , i optiska system med central symmetri, kommer att vara vilket plan som helst som systemets optiska axel tillhör. I europeisk och amerikansk optisk litteratur kallas detta plan oftare för tangentiellt .
Sagittalplanet , för varje stråle av strålar som ligger i meridionalplanet, kommer att vara det plan som inkluderar huvudstrålen för denna stråle, och är vinkelrät mot meridionalplanet.

Litteratur

Volosov D.S. Fotografisk optik. M.: Konst, 1971.
Rusinov M. M. Sammansättning av optiska system. L.: Mashinostroenie, 1989.
Sivukhin DV Allmän kurs i fysik. Optik. Moskva: Nauka, 1985.

Länkar

Översättning av avsnittet om optisk terminologi från "Canon Lens Work II"

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Stor norsk Stor ryss Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus
I bibliografiska kataloger	BNE : XX5241153 NKC : ph543019