Похибки оптичних системГоловна задача оптичної системи полягає в утворенні правильного зображення предмета, яке являє собою (у найпростішому випадку) плоску картину, перпендикулярну головній оптичній вісі. Якщо для формування зображення в лінзі використовуються вузькі світлові пучки, що падають на лінзу під невеликими кутами (параксіальні пучки), і відсутня дисперсія, то зображення буде геометрично вірним і чітким. На практиці ці умови реалізуються далеко не завжди і це приводить до того, що в зображеннях, які утворює лінза, спостерігаються різні похибки чи недоліки, які називаються абераціями. Основні аберації лінз (чи оптичних систем): 1) при широких пучках – сферичні аберації і дисторсія; 2) при пучках, що падають на лінзу під значними кутами – астигматизм і кривизна поля; 3) хроматична аберація, яка пов’язана з дисперсією.
Дисторсія обумовлена тим, що лінійні збільшення лінзи для точок предмету, які знаходяться на різних віддалях від головної оптичної вісі, дещо відрізняються і тому прямі контури предмета, який лежить у площині, перпендикулярній до головної оптичної вісі, набувають форми дуг. Щоб позбавитись цих аберацій, можна зробити світловий пучок більш вузьким за допомогою діафрагми (при цьому зменшується яскравість зображення), або доповнити дану лінзу іншими, аберації яких мають протилежний характер (наприклад, поєднання збираючої лінзи з розсіювальною). Кривизна поля полягає в тому, що фокуси паралельних променів, які падають на лінзу під значними кутами до головної вісі, не лежать у фокальній площині і зображення на плоскому екрані має різну чіткість у різних місцях. Астигматизм виникає внаслідок неоднакового заломлення променів, що проходять крізь лінзу в різних меридіональних площинах. В оптичних приладах це має місце у випадку падіння променів на лінзу правильної сферичної форми під значними кутами до головної вісі. Астигматизм може мати місце також і при прямому падінні променів на лінзу, якщо остання має відхилення від правильної сферичної форми. Цей вид астигматизму зустрічається як один із недоліків оптичної системи ока. Частіше зустрічається астигматизм, при якому найбільша різниця в заломленні променів має місце у двох взаємно-перпендикулярних меридіональних площинах. Такий астигматизм зветься правильним. Розглянемо його на прикладі двоякоопуклої лінзи. Припустимо, що лінза із сферичною поверхнею має у вертикальній площині дещо меншу кривизну поверхні, ніж у горизонтальній (мал. 8.16). У цьому випадку з пучка променів, що падають паралельно головній вісі ОО¢;, промені, що проходять крізь лінзу по вертикальному діаметру (наприклад, промені 2-2), після заломлення перетнуться у точці F 2, розташованій далі від оптичного центру лінзи, а промені, що проходять крізь лінзу по горизонтальному діаметру (наприклад, промені 1-1), – у точці F 1, розташованій дещо ближче до нього. На екрані А, що проходить через точку F 1, в якій перетнулися після лінзи промені 1-1, виникає світла вертикальна смуга внаслідок того, що промені 2-2 у цій площині ще не перетнулися. На екрані В, розміщеному в точці F 2, в якій сходяться після лінзи промені 2-2, виникає світла горизонтальна смуга, оскільки промені 1-1 у цій площині вже розходяться після того, як вони перетнулися раніше у точці F 1. На екрані, розміщеному між площинами А і В, буде спостерігатися світла пляма круглої чи овальної форми. Така ж сама картина має місце при астигматизмі внаслідок похилого падіння променів на лінзу правильної геометричної форми. У цьому випадку також можна використовувати хід променів, що наведений на мал. 8.16.
Мал. 8.16. Хід променів у збиральній лінзі при астигматизмі. Для виправлення астигматизму, особливо правильного, часто застосовуються лінзи, обмежені циліндричними поверхнями. Системи, які виправлені на астигматизм, називаються анастигматами.
|
Сферична аберація викликана тим, що краї лінзи внаслідок великої кривизни поверхні заломлюють промені сильніше, ніж центральна частина. Через це головні фокуси для крайніх і центральних променів не співпадають (мал. 8.15).
Хроматична аберація обумовлена залежністю показника заломлення від довжини хвилі, тобто від кольору світлової хвилі (явище дисперсії). В результаті виникає спотворення, внаслідок якого навіть для параксіальних променів немонохроматичний пучок має цілу сукупність фокусів вздовж відрізка F 1 F 2 головної оптичної вісі. Отже, точка на вісі зображується кружечком кольорових кілець, послідовність яких залежить від місця знаходження екрану (мал. 8.17). Для усунення даного типу аберацій використовуються сорти скла з різними показниками заломлення і різною дисперсією. Такі системи називаються ахроматичними.
