новости компании о Объяснение оптических аберраций: от сферической к хроматической

Объяснение оптических аберраций: от сферической до хроматической аберрации

Идеальная оптическая система обеспечивает идеальное изображение для параксиальных объектов с узкими пучками: точки объекта/изображения соответствуют один к одному, плоскости объекта/изображения сохраняют соответствие, а поперечное увеличение остается постоянным по всей плоскости объекта. Однако реальные оптические системы включают непараксиальные точки и лучи, вызывая отклонения между фактическими и идеальными изображениями — известные как оптические аберрации. Они делятся на две категории: монохроматические аберрации (влияющие на непараксиальные точки/лучи) и хроматические аберрации (вызванные зависящими от длины волны показателями преломления в линзах).

1. Сферическая аберрация

Причина

Возникает из-за асимметричного преломления, особенно в пучках с большой апертурой. Когда монохроматический свет проходит через тонкую линзу, неаксиальные лучи пересекают оптическую ось в разных точках, образуя расширенное пятно вместо одной точки фокусировки.

Влияние

Создает размытый круг вокруг точки изображения. Наименьший/наиболее интенсивный круг размытия (называемый кругом наименьшего рассеяния) находится между параксиальной (Q'P) и краевой (Q'M) фокальными плоскостями.

Методы уменьшения

• Оптимизация линз (например, изгиб кривизны поверхности)

• Сочетание линз: Объединение положительных/отрицательных линз для устранения аберрации на определенных высотах.

2. Кома

Причина и проявление

Возникает в результате пучков с большой апертурой, формирующих изображение внеосевых точек. Образует асимметричное, кометообразное свечение (напоминающее хвост кометы). Пример: Наклон лупы под солнечным светом рассеивает фокус в кометообразный узор.

3. Астигматизм и кривизна поля

Астигматизм

Вызван асимметричным преломлением внеосевых лучей. Преломленные лучи становятся астигматическими, проецируя эллиптические пятна на плоскость изображения. Геометрия пятна меняется по мере перемещения экрана к линзе.

Кривизна поля

Даже после коррекции сферической аберрации/комы плоскость изображения остается изогнутой (сагиттальная поверхность), предотвращая фокусировку на плоском поле. Степень астигматизма варьируется в зависимости от расстояния от оси.

4. Дисторсия

Типы и причины

Неравномерное поперечное увеличение искажает формы:

• Бочкообразная дисторсия: Увеличение уменьшается с расстоянием от оси (края сжимаются внутрь).

• Подушкообразная дисторсия: Увеличение увеличивается с расстоянием от оси (края выгибаются наружу).

Коррекция

Используйте симметричную диафрагму, центрированную на оптической оси, чтобы совместить центры пятен с идеальными точками изображения.

5. Хроматическая аберрация

Причина и проявление

Разные длины волн преломляются под разными углами из-за дисперсии, вызывая отдельные точки фокусировки для каждого цвета. В полихроматическом свете точки фокусировки появляются в разных положениях вдоль оптической оси.

Уменьшение

Объедините линзы из разных материалов (например, крона/флинт-стекло) для компенсации дисперсии. Этот метод может быть интегрирован с методами коррекции сферической аберрации.

Ключевая терминология:

• Сферическая аберрация

• Кома

• Астигматизм

• Дисторсия

• Хроматическая аберрация

• Круг наименьшего рассеяния

• Изгиб линзы