1.2 Похибки реальних оптичних систем.

     Досі ми розглядали ідеалізовані оптичні системи. При цьому вважали, що пучок сівтла є монохроматичним ( ) та параксіальним (тобто йде майже паралельно оптичній осі на малій відстані від неї). В реальних оптичних системах ці припущення не виконуються, що призводить до відхилень від наведених вище законів. Зображення точки у реальній оптичній системі вже не є точкою, а має вигляд маленької цяточки з нечіткими краями. В залежності від причини, яка призводить до розпливання зображення у реальних оптичних системах).

     Розглянемо спочатку геометричні аберації. У випадку сферичної аберації зображення точки, що лежить на головній оптичній осі системи є кружком розсіяння (рис 1.6). Вона виникає внаслідок того, що промені, які найбільше відхиляються від головної оптичної осі, фокусуються якнайближче до збиральної лінзи.

Рисунок 1.6

     Відстань між передньою та задньою точками фокусування та називають поздовжньою сферичною аберацією , яка додатна ( ) для збиральних та від'ємна ( ) для розсіювальних лінз.

     Тому одним із способів зменьшення сферичної аберації є заміна простої лінзи системою збиральних та розсіювальних лінз. Також відмітимо, що . Тому іншим способом є діафрагмування (тобто зменшення ) пучка променів.

     У випадку, коли випромінюючий об'єкт знаходиться на деякій відстані від головної оптичної осі, виникає аберація типу "кома". Зображення точки тоді скидається на комету, тому виникла ця назва.

Рисунок 1.7

     Кому можна зменшити, розташовуючи предмет на фіксованій відстані від лінзи (наприклад у мікроскопах) а також при діафрагмуванні.

     Третім типом геометричної аберації є дисторсія. Її причина полягає у залежності коефіцієнта збільшення лінзи від відстані до оптичної осі. Наслідком цього є викривлення зображення предмета.

     Наступним типом геометричної аберації є астигматизм . Його причина - різниця між радіусами кривизни поверхні лінз в двох взаємноперпендикулярних напрямках (рис 1.8). Внаслідок цього фокусні відстані, що відповідають перерізам та відрізняються . Тому на екрані зображення точки виглядає як вертикальна або вертикальна лінія.

     На відміну від геометричних аберацій хроматичні виникають незалежно від геометричних особливостей лінзи.

Рисунок 1.8

Вони пов'язані із залежністю коефіцієнта заломлення матеріалу від частоти світла. Тому і фокусна відстань буде різною для різних . Внаслідок цього замість чіткого зображення предмета ми побачимо усі кольори веселки на його краях. Для того, щоб зменшити хроматичну аберацію, використовують комбінацію лінз з різних матеріалів, таких, що залежності та компенсують одна одну.

     Отже, щоб зменшити аберації, потрібно ускладнити оптичні системи, або зменшити їх корисні можливості (наприклад, діафрагмування).