Погрешности оптических систем

РЕАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Погрешности оптических систем называют аберрациями. Они возникают в результате использования широких световых пучков (для получения больших освещенностей предметов), а также при получении изображений предметов, значительно удаленных от главной оптической оси прибора (при фотографировании). Если аберрации нет, то каждой точке изображения однозначно соответствует точка предмета. Это достигается только в том случае, когда изображение образуется узкими световыми пучками, падающими на оптическую систему под малыми углами к ее главной оптической оси. В реальных оптических системах эти условия, как правило, не выполняются. Так, сферические линзы только приближенно удовлетворяют этим требованиям. В результате изображение получается недостаточно резким, мелкие детали становятся неразличимыми. Для уменьшения аберрации применяют система линз.

Различают сферическую и хроматическую аберрации. Сферическая аберрация возникает в результате того, что периферия линзы преломляет лучи света сильнее, чем центральная ее Часть. Так, линза большого диаметра дает изображение точечного источника не в виде точки, а в виде расплывчатого светлого пятна. Это явление обусловлено использованием широких пучков световых лучей (рис. 48.1). Получаемые с их помощью изображения являются нерез­кими, расплывчатыми. Для повышения

Рис. 48.4 Рис. 48.5

резкости изображения оптическую систему снабжают узким отверстием (диафрагмой), через которое пропускают пучок света. Сферическую аберрацию можно также скомпенсировать путем комбинации собирающей и рассеивающей линз (рис. 48.2), подобранных соответствующим образом.

Хроматическая аберрация обусловлена зависимостью показателя преломления оптических стекол от длины волны падающего на них света. Линзы из таких стекол преломляют синий свет сильнее, чем красный (рис. 48.3). В результате края изображения, полученного с помощью белого света, приобретают цветную кайму. Для ослабления Хроматической аберрации применяют систему из выпуклой линзы из кронгласа и вогнутой линзы из флинтгласа (так называемая ахроматическая пара линз). Полная компенсация хроматической аберрации возможна лишь для двух значений длин волн. К другим аберрациям относятся дисторсия, астигматизм и кома. Дисторсия представляет собой погрешность оптической системы, в результате которой изображение прямоугольной сетки приобретает подушкообразную или бочкообразную форму (рис. 48.4). Прямые линии искривляются наружу или внутрь, особенно у края изображения. Астигматизм проявляется в тех случаях, когда используют световые пучки (даже узкие), составляющие значительный (немалый) угол с главной оптической осью системы. Астигматизм линзы, например, приводит к тому, что изображение точки, лежащей на ее побочной оптической оси, представляет собой две взаимно перпендикулярные линии, лежащие в разных плоскостях (рис. 48.5).

Кома представляет собой погрешность оптической системы, возникающую при Прохождении через нее широких пучков света от точки предмета, находящейся на побочной оптической оси. Изображение этой точки имеет вид вытянутого и неравномерно освещенного пятна в форме кометы (рис. 48.6).

Для коррекции дисторсии, астигматизма и комы применяют сложные оптические системы, оптические элементы которых подобраны так, чтобы они взаимно компенсировали погрешности, обусловленные каждой из них