Фізика аберацій
Наприкінці цього розділу ви зможете:
- Опишіть оптичну аберацію.
Справжні лінзи поводяться дещо інакше, ніж вони моделюються за допомогою рівнянь тонких лінз, створюючи аберації. Аберація - це спотворення зображення. Існують різні відхилення від розміру лінзи, матеріалу, товщини та положення об’єкта. Одним із поширених типів аберацій є хроматична аберація, яка пов’язана з кольором. Оскільки показник заломлення лінз залежить від кольору або довжини хвилі, зображення створюються в різних місцях і з різним збільшенням для різних кольорів. (Закон відбиття не залежить від довжини хвилі, тому дзеркала не мають цієї проблеми. Це ще одна перевага для дзеркал в оптичних системах, таких як телескопи.)
На рис. 1а показано хроматичну аберацію для однієї опуклої лінзи та її часткову корекцію за допомогою системи з двома лінзами. Фіолетові промені згинаються більше, ніж червоні, оскільки вони мають більш високий показник заломлення і таким чином фокусуються ближче до лінзи. Розбіжна лінза частково це виправляє, хоча, як правило, неможливо зробити це повністю. Можуть використовуватися лінзи з різних матеріалів і з різною дисперсією. Наприклад, ахроматичний дублет, що складається зі сходяться лінзи з коронного скла і розбіжної лінзи з крем’яного скла, що стикаються, може різко зменшити хроматичну аберацію (див. Малюнок 1b).
Рисунок 1. (а) Хроматична аберація зумовлена залежністю показника заломлення лінзи від кольору (довжини хвилі). Лінза потужніша для фіолетового (V), ніж для червоного (R), створюючи зображення з різним розташуванням та збільшенням. (b) Системи з кількома лінзами можуть частково виправити хроматичні аберації, але вони можуть вимагати лінз з різних матеріалів і збільшити за рахунок оптичних систем, таких як камери.
Досить часто в системі зображення об'єкт знаходиться поза центром. Отже, різні частини лінзи або дзеркала не заломлюють і не відображають зображення в одній точці. Цей тип аберації називається комою і показаний на малюнку 2. Зображення в цьому випадку часто здається грушоподібною. Ще однією поширеною аберацією є сферична аберація, коли промені, що сходяться від зовнішніх країв лінзи, сходяться до фокусу ближче до лінзи, а промені ближче до осі далі (див. Малюнок 3). Аберації, спричинені астигматизмом в лінзах очей, обговорюються в Корекції зору, а діаграма, яка використовується для виявлення астигматизму, показана на малюнку 4. Такі аберації, а також можуть бути проблемою із виготовленими лінзами.
Рисунок 2. Кома - це аберрація, спричинена предметом, який знаходиться поза центром, часто приводячи до зображення у формі груші. Промені походять з точок, які не знаходяться на оптичній осі, і вони не сходяться в одній загальній фокусній точці.