Optisen järjestelmän poikkeama

Optisen järjestelmän poikkeama - virhe tai kuvavirhe optisessa järjestelmässä , joka johtuu säteen poikkeamisesta suunnasta, johon sen pitäisi mennä ihanteellisessa optisessa järjestelmässä . Aberraatiolle on ominaista erilaiset homosentrisyyden rikkomukset [1] optisesta järjestelmästä tulevien säteiden rakenteessa.

Aberraation arvo voidaan saada sekä vertaamalla säteiden koordinaatteja suoralla laskennalla tarkkoja geometris-optisia kaavoja käyttäen, että likimääräisesti - käyttämällä aberraatioteorian kaavoja.

Tässä tapauksessa poikkeamaa voidaan karakterisoida sekä sädeoptiikan kriteereillä että aaltooptiikan käsitteiden perusteella . Ensimmäisessä tapauksessa poikkeama homosentrisyydestä ilmaistaan ajatuksena geometrisista poikkeavuuksista ja säteensirontakuvioista pistekuvissa . Toisessa tapauksessa arvioidaan optisen järjestelmän läpi kulkevan pallomaisen valoaallon muodonmuutos, joka ottaa käyttöön aaltopoikkeamien käsitteen. Molemmat kuvausmenetelmät liittyvät toisiinsa, kuvaavat samaa tilaa ja eroavat toisistaan vain kuvauksen muodossa.

Yleensä, jos linssissä on suuria poikkeamia, on helpompi luonnehtia niitä geometristen poikkeamien arvoilla, ja jos ne ovat pieniä, niin aaltooptiikan käsitteiden perusteella.

Poikkeamat voidaan jakaa yksivärisiin, eli yksivärisiin sädekeiloihin, ja kromaattisiin .

Yksiväriset aberraatiot

Tällaiset kuvavirheet ovat luontaisia jokaiselle todelliselle optiselle järjestelmälle, eikä niitä voida periaatteessa poistaa. Niiden esiintyminen selittyy sillä, että taittuvat pinnat eivät pysty keräämään pisteen leveitä säteitä, jotka putoavat niille suurissa kulmissa.

Nämä poikkeamat johtavat siihen, että pisteen kuva on jonkinlainen epäselvä hahmo ( sirontakuva ), ei piste, mikä puolestaan vaikuttaa negatiivisesti kuvan selkeyteen ja rikkoo kuvan ja kohteen samankaltaisuutta . .

Aberraatioiden teoria

Geometristen aberraatioiden teoria vahvistaa poikkeamien toiminnallisen riippuvuuden tulevan säteen koordinaateista ja optisen järjestelmän rakenneosista - sen pintojen säteistä, paksuuksista, linssien taitekertoimista jne.

Kolmannen asteen monokromaattiset aberraatiot

Aberraatioteoria rajoittuu aberraatioiden komponenttien ( ja ) likimääräiseen esitykseen sarjan muodossa, jonka jäsenet sisältävät tiettyjä kertoimia (muuttujien summat) , jotka riippuvat vain optisen järjestelmän rakenneosista ja kohteen sijainti ja sisääntulopupillitasot, mutta eivät riipu säteen koordinaateista. Esimerkiksi kolmannen asteen poikkeaman meridionaalinen [2] -komponentti voidaan esittää kaavalla: $\delta g'$ $\delta G'$ $a_{1},a_{2},\dots ,a_{k}$

\delta g'=a'_{1}m^{3}+a'_{2}lm^{2}+a'_{3}l^{2}m+a'_{4 }l^{3}

missä ja ovat sädekoordinaatit, jotka esiintyvät sarjan ehtojen tekijöinä. $l$ $m$

Tällaisten kolmannen kertaluvun aberraatiokertoimien lukumäärä on viisi ja ne on yleensä merkitty kirjaimilla S I , S II , S III , S IV , S V .

Lisäksi analyysin yksinkertaistamiseksi oletetaan, että kaavoissa vain yksi kertoimista ei ole yhtä suuri kuin nolla, ja määrittää vastaavan poikkeaman.

Jokainen viidestä kertoimesta määrittää yhden niin kutsutusta viidestä Seidel -poikkeamasta :

S I - pallopoikkeama ;
S II - kooma ;
S III - astigmatismi ;
S IV - kuvan kentän (pinnan) kaarevuus ;
S V - vääristymä .

Todellisissa järjestelmissä tietyn tyyppisiä yksivärisiä poikkeamia ei esiinny melkein koskaan. Todellisuudessa havaitaan kaikkien poikkeamien yhdistelmä, ja monimutkaisen poikkeaman sirontakuvan tutkiminen valitsemalla yksittäisiä poikkeamiatyyppejä (mikä tahansa luokkaa) ei ole muuta kuin keinotekoinen tekniikka, joka helpottaa ilmiön analysointia.

Korkeamman asteen monokromaattiset poikkeamat

Pääsääntöisesti kuvaa säteiden jakautumisesta sirontakuvissa vaikeuttaa huomattavasti se tosiasia, että korkeamman asteen aberraatiot ovat päällekkäin kaikkien kolmannen asteen aberraatioiden yhdistelmässä. Tämä jakauma muuttuu huomattavasti kohdepisteen ja järjestelmäreiän sijainnin mukaan. Esimerkiksi viidennen asteen pallopoikkeama, toisin kuin kolmannen asteen pallopoikkeama, puuttuu optisen akselin kohdasta, mutta se kasvaa suhteessa siitä etäisyyden neliöön.

Korkeamman asteen aberraatioiden vaikutus kasvaa linssin suhteellisen aukon kasvaessa ja niin nopeasti, että käytännössä nopeiden linssien optiset ominaisuudet määräytyvät juuri korkeammalla kertaluvulla.

Korkeamman asteen aberraatioiden arvot otetaan huomioon optisen järjestelmän läpi kulkevien säteiden reitin tarkan laskennan perusteella (jäljitys). Yleensä käyttämällä optiseen mallinnukseen erikoistuneita ohjelmia (Code V, OSLO, ZEMAX jne.)

Kromaattiset poikkeamat

Kromaattiset poikkeamat johtuvat optisen järjestelmän muodostavien optisten välineiden dispersiosta - eli optisten materiaalien , joista optisen järjestelmän elementit on valmistettu, taitekertoimen riippuvuudesta lähetetyn valoaallon pituudesta .

Ne voivat ilmetä kuvan ulkopuolisena värjäytymisenä ja esineen kuvassa olevien väriääriviivojen ilmaantumisena, joita esineessä ei ollut.

Näitä poikkeavuuksia ovat paikan kromaattinen aberraatio (kromatismi) , jota joskus kutsutaan "pitkittäiskromatismiksi" ja suurennuskromaattinen aberraatio (kromatismi) .

Kromaattisilla poikkeavuuksilla on myös tapana viitata geometristen aberraatioiden kromaattisiin eroihin , pääasiassa eri aallonpituuksilla olevien säteiden pallopoikkeamien kromaattiseen eroon (ns. "sferokromatismi") ja vinojen säteiden aberraatioiden kromaattisiin eroihin.

Diffraktiivinen aberraatio

Diffraktiivinen poikkeama johtuu valon aaltoluonteesta, ja siksi se on luonteeltaan perustavanlaatuinen, eikä sitä siksi voida periaatteessa poistaa. Laadukkaat linssit kärsivät siitä täsmälleen samalla tavalla kuin halvat linssit. Sitä voidaan pienentää vain lisäämällä optisen järjestelmän aukkoa. Tämä poikkeama johtuu valokuvausobjektiivin aukon ja piipun aiheuttamasta valon diffraktiosta . Diffraktiivinen aberraatio rajoittaa valokuvausobjektiivin erottelukykyä . Tästä poikkeamasta johtuen linssin sallimaa pisteiden välistä pienintä kulmaetäisyyttä rajoittaa radiaanien arvo , jossa (lambda) on valoalueen sähkömagneettinen aallonpituus (aallonpituudet 400 nm - 700 nm) ja on valon halkaisija. linssi (samoissa yksiköissä, jotka ja ). $1,22\times \lambda /D$ $\lambda$ $D$ $\lambda$

Optisten järjestelmien poikkeavuuksia on mahdotonta eliminoida kokonaan. Ne saatetaan mahdollisimman pieniin arvoihin teknisten vaatimusten ja järjestelmän valmistuskustannusten vuoksi. Joskus myös jotkin poikkeamat minimoidaan lisäämällä muita.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Homosentrinen (homosentrinen) on valonsäteiden säde, jonka valopiste lähettää tai suppenee yhdessä pisteessä.
↑ Eli makaa meridionaalitasossa .
Meridionaalinen taso , optisissa järjestelmissä, joissa on keskussymmetria, on mikä tahansa taso, johon järjestelmän optinen akseli kuuluu. Eurooppalaisessa ja amerikkalaisessa optisessa kirjallisuudessa tätä tasoa kutsutaan useammin tangentiaaliksi .
Sagitaalitaso , jokaiselle meridionaalisessa tasossa olevalle säteelle, on taso, joka sisältää tämän säteen pääsäteen ja on kohtisuorassa meridionaalitasoa vastaan.

Kirjallisuus

Volosov D.S. Valokuvausoptiikka. M.: Taide, 1971.
Rusinov M. M. Optisten järjestelmien koostumus. L.: Mashinostroenie, 1989.
Sivukhin DV Yleinen fysiikan kurssi. Optiikka. Moskova: Nauka, 1985.

Linkit

Optista terminologiaa käsittelevän osion käännös sanasta "Canon Lens Work II"

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Hienoa norjalaista Hienoa norjalaista Iso venäläinen Britannica (verkossa) Britannica (verkossa) Brockhaus
Bibliografisissa luetteloissa	BNE : XX5241153 NKC : ph543019