Что такое аберрация в оптической системе?
Аберрация – это погрешность изображения, которое передается оптическими системами: линзами, объективом и т. д. При неправильном прохождении лучей объекта через оптическую плоскость, возникают искажения линий, размытость, изменение цвета. На появление аберрации не влияет качество материала, из которого сделана оптическая система. Дефекты возникают при ошибке в проектировании либо изготовлении оптики.
Типы аберрации
Различают два основных вида аберраций: хроматические и монохроматические.
· Хроматические аберрации – изменения картинки при разложении излучения на спектральные части во время прохождения через преломляющие поверхности оптической системы. Это совокупность нескольких монохроматических аберраций, которые будут описаны ниже. В этом случае видимые, передаваемые оптикой силуэты отличаются от изначальных окрашенностью контуров.
· Монохроматические или геометрические аберрации – искажение и размытость контуров при передаче нескольких волн разной длины. Существуют следующие виды: астигматизм, кома, кривизна поля, дисторсия, сферическая.
Сферическая аберрация
При прохождении через линзу происходит преломление излучения. Причем по краю это происходит сильнее, чем по центру или ближе к нему. Искажение объекта происходит в центральной и части и по краям, без изменений в ореоле.
Подобному явлению чаще подвержены сферические, выпуклые линзы. Уменьшить проявление такого аберрации позволяет исключение, блокирование краев, сочетание вогнутых и выпуклых линз либо применение менисков.
Кома
Коматическая аберрация возникает при прохождении световых лучей через оптику под углом. Вследствие преломления на выходе лучи не сходятся в одну точку, образуя размытый световой хвост в виде кометы. При позитивной (положительной) коме размытость исходит от центра объекта, а при негативной (отрицательной) – наоборот, к центру.
Чем дальше лучи проходят от центральной части оптической системы, тем сильнее проявляется коматическая аберрация. При прохождении через сам центр изображение практически не подвергается изменениям.
Астигматизм
При астигматизме аберрация проявляется по краям изображения и не влияет на картинку в центре. Он присущ оптическим системам любого качества. Разница лишь в степени проявления и коррекции.
Искажение картинки возникает из-за того, что во время прохождения через тангенциальную и сагиттальную плоскости оптики, происходит фокусировка лучей в разных местах. Происходит преображение точечного источника света в линии.
Кривизна поля
Это неизбежная и естественная аберрация при использовании оптических систем. Любые изогнутые линзы по своей природе не могут проецировать плоские лучи. Кривизна проявляется по краям изображения. Уменьшить ее можно за счет комбинации менисков, выпуклых и вогнутых линз.
Дисторсия
Это искажение геометрических форм оригинального изображения при прохождении через оптическую систему. Чаще всего геометрическая аберрация или дисторсия проявляется в виде подушкообразного либо бочкообразного искажения прямых линий. Реже встречается в виде усов и волнообразная, сочетающая подушкообразную и бочкообразную.
Степень дисторсии может меняться в зависимости от расстояния. Чем дальше находится оптическая диафрагма от линзы, тем сильнее проявляются геометрические искажения.
Аберрации в оптических системах невозможно полностью устранить. Можно лишь минимизировать степень их проявления, используя для изготовления оптики материалы и технологии с повышенными техническими требованиями.