Аберрации объектива

Аберрации объектива

Аберрации оптических систем — ошибки, или погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе. Аберрации характеризуют различного вида нарушения гомоцентричности [1] в структуре пучков лучей выходящих из оптической системы.

Величины аберраций могут быть получены, как сравнением координат лучей, путём непосредственного расчёта по точным геометро-оптическим формулам, так и приближённо, с помощью формул теории аберраций.

При этом, возможно характеризовать аберрации, как критериями лучевой оптики, так и на основе представлений волновой оптики. В первом случае, отступление от гомоцентричности выражается через представление о геометрических аберрациях и фигурах рассеяния лучей в изображениях точек. Во втором случае, оценивается деформация прошедшей через оптическую систему сферической световой волны, вводя представление о волновых аберрациях. Оба способа описания взаимосвязаны, описывают одно и тоже состояние, и различаются лишь формой описания.

Как правило, если объектив обладает большими аберрациями, то их проще характеризовать величинами геометрических аберраций, а если малыми, то на основе представлений волновой оптики.

Аберрации можно разделить на монохроматические, то есть присущие монохромным пучкам лучей, и хроматические.

Содержание

Монохроматические аберрации

Геометрические аберрации внемеридионального (косого) луча.
AQ - внемеридиональный луч
P -входной зрачок
P' - выходной зрачок
A' 0 - идеальное изображение точки A
A' - реальное изображение точки A
δg' и δG' - отступления от идеального изображения.

Такие погрешности изображений присущи всякой реальной оптической системе, и принципиально неустранимы. Их возникновение объясняется тем, что преломляющие поверхности неспособны собрать в точку сколько-нибудь широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Эти аберрации приводят к тому, что изображением точки является некоторая размытая фигура (фигура рассеяния), а не точка, что, в свою очередь, отрицательно влияет на чёткость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Теория аберраций

Теория геометрических аберраций устанавливает функциональную зависимость аберраций от координат падающего луча и конструктивных элементов оптической системы - от радиусов её поверхностей, толщин, показателей преломления линз и т.д.

Монохроматические аберрации третьего порядка

Теория аберраций ограничивается приближённым представлением составляющих аберраций (δg ' и δG' ) в виде ряда, члены которого содержат некие коэффициенты (суммы переменных) а1, а2,...аk, зависящие только от конструктивных элементов оптической системы и от положения плоскостей объекта и входного зрачка, но не зависящие от координат луча. Так например, меридиональная[2] составляющая аберрации третьего порядка может быть представлена формулой:

~\delta g'=a'_1m^3+a'_2lm^2+a'_3l^2m+a'_4l^3

где ~l и ~m - координаты луча, входящие в качестве сомножителей членов ряда.

Число таких коэффициентов аберраций третьего порядка равно пяти и, как правило, они обозначаются буквами SI, SII, SIII, SVI, SV. Причём, в целях упрощения анализа, предполагают, что в формулах только один из коэффициентов не равен нулю, и определяет соответствующую аберрацию.

Каждым из пяти коэффициентов определяется одна из так называемых пяти аберраций Зейделя

  1. SI - сферическая аберрация
  2. SII - кома
  3. SIII - астигматизм
  4. SVI - кривизна поля (поверхности) изображения
  5. SV - дисторсия.

В реальных системах отдельные виды монохроматических аберраций почти никогда не встречаются. В действительности, наблюдается сочетание всех аберраций, а исследование сложной аберрационной фигуры рассеяния методом выделения отдельных видов аберраций (любого порядка)- не более чем искусственный приём облегчающий анализ явления.

Монохроматические аберрации высших порядков

Пример сложных фигур рассеяния для осевого и наклонных пучков лучей (Sonnar 1:1.5).

Как правило, картину распределения лучей в фигурах рассеяния заметно осложняет то, что на комбинацию всех аберраций третьего порядка налагаются аберрации высших порядков. Это распределение заметно меняется с изменением положения точки объекта и отверстия системы. Так например, сферическая аберрация пятого порядка, в отличии от сферической аберрации третьего порядка, отсутствует в точке на оптической оси, но при этом растёт пропорционально квадрату удаления от неё.

Влияние аберраций высших порядков возрастает, по мере роста относительного отверстия объектива, причём настолько быстро, что, на практике, оптические свойства светосильных объективов определяются именно высшими порядками аберраций.

Величины аберраций высших порядков учитываются на основании точного расчёта хода лучей через оптическую систему (трассировки). Как правило, с применением специализированных программ для оптического моделирования (Code V, OSLO, ZEMAX и пр.)

Хроматические аберрации

Их возникновение обусловлено дисперсией оптических сред из которых образована оптическая система, т. е. зависимостью показателя преломления оптических материалов, из которых изготовлены элементы оптической системы, от длины проходящей световой волны. Могут проявляться в постороннем окрашивании изображения, и в появлении у изображения предмета цветных контуров, которые у предмета отсутствовали.

К этим аберрациям относятся хроматическая аберрация (хроматизм) положения, иногда называемая "продольным хроматизмом", и хроматическая аберрация (хроматизм) увеличения.

Так же к хроматическим аберрациям принято относить хроматическую разность сферических аберраций для лучей различных длин волн (так. наз. "сферохроматизм"), и хроматическую разность аберраций наклонных пучков.


Дифракцио́нная аберрация возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной λ/D радиан, где λ — длина волны используемого света (к световому диапазону обычно относят электромагнитные волны с длиной от 400 нм до 700 нм), D — диаметр объектива.

В оптических системах полностью устранить аберрации невозможно. Их доводят до минимально возможных значений, обусловленных техническими требованиями и ценой изготовления системы. Иногда также минимизируют одни аберрации за счёт увеличения других.

Примечания

  1. Гомоцентрическим (гомоцентричным) называется пучок световых лучей, испускаемых светящейся точкой или сходящихся в одной точке
  2. То есть, лежащая в меридиональной плоскости.
    Меридиональной плоскостью, в оптических системах с центральной симметрией, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. В европейской и американской оптической литературе эта плоскость чаще именуется тангенциальной.
    Сагиттальной плоскостью, для любого пучка лучей лежащего в меридиональной плоскости, будет плоскость, включающая главный луч этого пучка, и перпендикулярная меридиональной плоскости.

Литература

См. также

Сферическая аберрация

Хроматические аберрации


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Аберрации объектива" в других словарях:

  • Аберрации оптических систем — У термина «аберрация» есть и другие значения, см. аберрация. Аберрации оптических систем  ошибки, или погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в… …   Википедия

  • Хроматические аберрации — Хроматизм положения (1) и его уменьшение с помощью ахроматической линзы (2) пример аберрации Основная статья: Аберрации оптических систем …   Википедия

  • Триплет (объектив) — У этого термина существуют и другие значения, см. Триплет. Оптическая схема триплета Триплет Кука (от лат. triplus  тройной)  тип фотографического …   Википедия

  • Объектив — Объектив …   Википедия

  • Фотообъектив — Объектив Объектив оптическое устройство, проецирующее изображение на плоскость. В оптике рассматривается, как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид, например см. Камера обскура. Обычно объектив состоит из набора линз (в… …   Википедия

  • Макросъёмка — (от др. греч. μακρός  большой, крупный)  вид фото , кино или видеосъёмки, особенностью которого является получение изображений объекта в масштабе 1:2  20:1 (то есть 1 сантиметр изображения на светочувствительном материале… …   Википедия

  • Насадочная линза — Насадочная линза  дополнительное приспособление к объективу, служащее для изменения величины его фокусного расстояния (угла изображения). Она заключена в оправу и надевается непосредственно на объектив. Положительная линза уменьшает фокусное …   Википедия

  • Зеркальный телескоп — БТА, САО, Россия Рефлектор  оптический телескоп, который использует зеркала для фокусировки света. Впервые рефлектор был построен Исааком Ньютоном около 1670, поскольку ранее используемые телескопы рефракторы имели заметную хроматическую… …   Википедия

  • Менисковый телескоп — БТА, САО, Россия Рефлектор  оптический телескоп, который использует зеркала для фокусировки света. Впервые рефлектор был построен Исааком Ньютоном около 1670, поскольку ранее используемые телескопы рефракторы имели заметную хроматическую… …   Википедия

  • Рефлекторный телескоп — БТА, САО, Россия Рефлектор  оптический телескоп, который использует зеркала для фокусировки света. Впервые рефлектор был построен Исааком Ньютоном около 1670, поскольку ранее используемые телескопы рефракторы имели заметную хроматическую… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»