Aberration af det optiske system

Aberration af det optiske system - en fejl eller billedfejl i det optiske system , forårsaget af strålens afvigelse fra den retning, den skulle gå i i et ideelt optisk system . Aberration er karakteriseret ved forskellige typer krænkelser af homocentricitet [1] i strukturen af stråler af stråler, der kommer ud fra det optiske system.

Værdien af aberration kan opnås både ved at sammenligne strålernes koordinater ved direkte beregning ved hjælp af nøjagtige geometrisk-optiske formler, og tilnærmelsesvis - ved at bruge formlerne for aberrationsteorien.

I dette tilfælde er det muligt at karakterisere aberrationen både ud fra kriterierne for stråleoptik og ud fra begreberne bølgeoptik . I det første tilfælde udtrykkes afvigelsen fra homocentricitet gennem ideen om geometriske aberrationer og strålespredningsfigurer i punktbilleder . I det andet tilfælde estimeres deformationen af en sfærisk lysbølge, der passerer gennem det optiske system, hvilket introducerer begrebet bølgeaberrationer. Begge beskrivelsesmetoder er indbyrdes forbundne, beskriver den samme tilstand og adskiller sig kun i beskrivelsesformen.

Som regel, hvis linsen har store aberrationer, er det lettere at karakterisere dem ved værdierne af geometriske aberrationer, og hvis de er små, så baseret på begreberne bølgeoptik.

Aberrationer kan opdeles i monokromatiske, det vil sige iboende i monokrome stråler af stråler, og kromatiske .

Monokromatiske aberrationer

Sådanne billedfejl er iboende i ethvert rigtigt optisk system og kan i princippet ikke elimineres. Deres forekomst forklares af det faktum, at brydende overflader ikke er i stand til at samle brede stråler af stråler, der falder på dem i store vinkler, til et punkt.

Disse aberrationer fører til, at billedet af et punkt er en slags sløret figur ( spredningsfigur ) og ikke et punkt, som igen påvirker billedets klarhed negativt og krænker billedets og objektets lighed . .

Teori om aberrationer

Teorien om geometriske aberrationer fastslår den funktionelle afhængighed af aberrationer af koordinaterne for den indfaldende stråle og af de strukturelle elementer i det optiske system - på radierne af dets overflader, tykkelser, brydningsindekser af linser osv.

Monokromatiske aberrationer af tredje orden

Teorien om aberrationer er begrænset til en omtrentlig repræsentation af komponenterne i aberrationer ( og ) i form af en serie, hvis medlemmer indeholder visse koefficienter (summer af variable) , som kun afhænger af de strukturelle elementer i det optiske system og på placeringen af objektet og indgangspupilplanerne, men afhænger ikke af strålens koordinater. For eksempel kan den meridionale [2] komponent af tredjeordens aberration repræsenteres af formlen: $\delta g'$ $\delta G'$ $a_{1},a_{2},\dots,a_{k}$

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

hvor og er de strålekoordinater, der optræder som faktorer for rækkens vilkår. $l$ $m$

Antallet af sådanne tredjeordens aberrationskoefficienter er fem, og som regel er de angivet med bogstaverne S I , S II , S III , S IV , SV .

For at forenkle analysen antages det desuden, at kun en af koefficienterne i formlerne ikke er lig med nul og bestemmer den tilsvarende aberration.

Hver af de fem koefficienter bestemmer en af de såkaldte fem Seidel -aberrationer :

S I - sfærisk aberration ;
S II - koma ;
S III - astigmatisme ;
S IV - krumning af billedets felt (overflade) ;
SV - forvrængning . _

I rigtige systemer forekommer visse typer monokromatiske aberrationer næsten aldrig. I virkeligheden observeres en kombination af alle aberrationer, og studiet af en kompleks aberrationel spredningsfigur ved at vælge individuelle typer af aberrationer (af enhver rækkefølge) er intet andet end en kunstig teknik, der letter analysen af fænomenet.

Højere ordens monokromatiske aberrationer

Som regel er billedet af fordelingen af stråler i spredningsfigurer mærkbart kompliceret af det faktum, at aberrationer af højere orden er overlejret på kombinationen af alle tredjeordens aberrationer. Denne fordeling ændres mærkbart med placeringen af objektpunktet og systemhullet. For eksempel er femteordens sfærisk aberration, i modsætning til tredjeordens sfærisk aberration, fraværende på et punkt på den optiske akse, men den vokser i forhold til kvadratet af afstanden fra den.

Indflydelsen af højere ordens aberrationer stiger i takt med, at linsens relative blænde øges, og så hurtigt, at de optiske egenskaber af hurtige linser i praksis bestemmes præcist af højere ordener af aberrationer.

Værdierne af højere ordens aberrationer tages i betragtning på grundlag af en nøjagtig beregning af strålernes vej gennem det optiske system (sporing). Som regel med brug af specialiserede programmer til optisk modellering (kode V, OSLO, ZEMAX osv.)

Kromatiske aberrationer

Kromatiske aberrationer er forårsaget af spredningen af de optiske medier , hvorfra det optiske system er dannet - det vil sige afhængigheden af brydningsindekset for de optiske materialer, hvorfra elementerne i det optiske system er lavet af længden af den transmitterede lysbølge .

De kan manifestere sig i uvedkommende farvning af billedet og i udseendet af farvekonturer i billedet af objektet, som var fraværende i objektet.

Disse afvigelser omfatter positionskromatisk aberration (kromatisme) , nogle gange kaldet "langsgående kromatisme", og forstørrelseskromatisk aberration (kromatisme) .

Det er også sædvanligt at henvise til kromatiske aberrationer kromatiske forskelle af geometriske aberrationer , hovedsageligt den kromatiske forskel af sfæriske aberrationer for stråler af forskellige bølgelængder (den såkaldte "sfærokromatisme") og den kromatiske forskel af aberrationer af skrå stråler.

Diffraktiv aberration

Diffraktiv aberration skyldes lysets bølgenatur og er derfor af fundamental karakter og kan derfor i princippet ikke elimineres. Linser af høj kvalitet lider under det på nøjagtig samme måde som billige. Det kan kun reduceres ved at øge blænden i det optiske system. Denne aberration skyldes lysets diffraktion af blænden og cylinderen på en fotografisk linse . Diffraktiv aberration begrænser et fotografisk objektivs opløsningsevne . På grund af denne aberration er den mindste vinkelafstand mellem punkter tilladt af linsen begrænset af værdien af radianer , hvor (lambda) er lysområdets elektromagnetiske bølgelængde (bølgelængder fra 400 nm til 700 nm), og er diameteren på linsen (i de samme enheder, som og ). $1.22\ gange \lambda /D$ $\lambda$ $D$ $\lambda$

Det er umuligt helt at eliminere aberrationer i optiske systemer. De bringes til de mindst mulige værdier på grund af de tekniske krav og omkostningerne ved at fremstille systemet. Nogle gange minimeres nogle afvigelser også ved at øge andre.

Se også

Noter

↑ Homocentrisk (homocentrisk) er en stråle af lysstråler, der udsendes af et lysende punkt eller konvergerer i et punkt.
↑ Altså liggende i meridionalplanet .
Meridionalplanet vil i optiske systemer med central symmetri være et hvilket som helst plan, som systemets optiske akse tilhører. I europæisk og amerikansk optisk litteratur omtales dette plan oftere som tangentialt .
Sagittalplanet , for enhver stråle af stråler, der ligger i meridionalplanet, vil være det plan, der inkluderer hovedstrålen af denne stråle, og er vinkelret på meridionalplanet.

Litteratur

Volosov D.S. Fotografisk optik. M.: Kunst, 1971.
Rusinov M. M. Sammensætning af optiske systemer. L.: Mashinostroenie, 1989.
Sivukhin DV Almen kursus i fysik. Optik. Moskva: Nauka, 1985.

Links

Oversættelse af afsnittet om optisk terminologi fra "Canon Lens Work II"

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Fantastisk norsk Stor russer Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus
I bibliografiske kataloger	BNE : XX5241153 NKC : ph543019