Какие есть виды Аберраций Оптических Систем? Как проявляются?
тэги:
аберрации оптических систем
категория:
наука и техника
ответить
комментировать
в избранное
бонус
1 ответ:
старые выше
новые выше
по рейтингу
3
Грустный Роджер
[188K]
5 дней назад
О-о, множество.
Самые простые и наиболее часто встречающиеся — сферическая и хроматическая. Сферическая аберрация связана с тем, что "идеальная линза", которую проходят в школе, со сферическими поверхностями, на самом деле идеальной не является. Точка, в которой "луч света, параллельный оптической оси" (ну то есть как по тексту из учебника), пересекает главную оптическую ось, проходящую через центр линзы, и которая по определению называется фокусом линзы, зависит от того, как далеко от центра проходит этот луч. Попросту — фокусное расстояние для разных участков линзы со сферическими поверхностями разное:
Так что сферическая форма поверхности линзы — это и есть причина сферических аберраций. Собсно, именно поэтому такие аберрации называются сферическими.
Другой понятный вид аберраций — хроматические. Они вызываются зависимостью коэффициента преломления материала линзы и, как следствие, фокусного расстояния линзы от длины волны света:
Для снижения сферических искажений естественный приём — отказаться от сферичности поверхностей (чаще всего вместо сферической делают поверхность гиперболоидной). Это делает изготовление линз заметно более дорогим процессом, но для качественных объективов на это идут. Поэтому когда увидите в описании объектива "6 элементов, в том числе один асферический", — это оно и есть. Снижение сферических искажений.
Для снижения хроматических искажений используют многолинзовые объективы, причём материал для каждой линзы разный (сочетают стёкла с высоким и с низким показателями преломления — кроны и флинты). Показатели преломления материалов и их дисперсии подбираются так, чтобы хроматические искажения одной линзы компенсировали искажения, вносимые другой.
Это самые простые искажения. Но есть и другие.
Фокальная поверхность реальных объективов, вообще говоря, не обязательно плоскость. Вот если опять же вспомнить школьную физику — то там рассматривалась главная оптическая ось и побочные оптические оси. Главная оптическая ось идёт через центр линзы перпендикулярно её плоскости (что бы ни понимать под "плоскостью линзы"). Побочные оптические оси тоже идут через центр линзы, но под углом к главной оптической оси. И в школьных задачках обычно предполагается, что фокусы что главной оптической оси, что побочных находятся на одном и том же расстоянии от плоскости линзы (по каковой причине геометрическое место фокальных точек называется "фокальной плоскостью").
В реальности, однако, это не так. Фокальная поверхность реальных объективов вовсе не обязательно должна быть плоской, и чаще всего плоскостью и не является. Меж тем среда регистрации — плёнка, фотопластинка, матрица — плоская. Поэтому изображение, резкое в центре кадра, на краях может оказаться размытым, потому что точки среды регистрации, находящиеся в стороне от главной оптической оси, оказываются "не в фокусе". Собсно, в обзоре любой камеры на приличных ресурсах, да хоть на ixbt.com, всегда можно встретить сравнение разрешения объектива в центре и в углах, и они там натурально различаются. Порой очень заметно.
Весьма остроумный способ борьбы с такими искажениями применён в "фотоаппарате" под названием Space Surveillance Telescope (современные телескопы уже давно по сути — фотоаппараты). Чё, проблема в том, что фокальная поверхность — не плоская? Фигня вопрос, забацаем неплоскою матрицу! И таки да, забацали. Фишка в том, что фотоприёмник там не одна матрица безумного разрешения, а мозаика из множества отдельных ПЗС-матриц. Ну раз отдельные — то что мешает собрать из них не плоскость, а какую-то другую поверхность? Да ничего не мешает! Ну вот и собрали. Матрицы фотоприёмника этого телескопа образуют неплоскую фокальную поверхность, чем и устраняется эффект неравномерности фокусировки по полю изображения. Более того, для пущей фокусировки в SST изогнута каждая матрица (они тонкие и поэтому немного гибкие).
Вернёмся к нашим баранам. Ещё один тип искажений — "бочка" и "подушка": они выражаются в том, что изображение квадрата не является квадратом. Стороны изображения оказываются либо выпуклыми (искажения типа "Бочка"), либо вогнутыми (искажения типа "подушка"). Искажения типа "подушка" наиболее характерны для короткофокусных объективов, или же для трансфокаторов на "коротком конце", то есть при минимальном фокусном расстоянии. Причина появления таких искажений — конечная толщина реальных объективов (в школьной оптике, напомню, линза считается "бесконечно тонкой", чего в реальности, понятное дело, не бывает). Предельным выражением бочкообразных искажений служит объектив "рыбий глаз".
Ну вот так, если коротенько…
комментировать
в избранное
ссылка
отблагодарить