Астигматизм и кривизна изображения. Хроматические аберрации

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

«Астигматизм и кривизна изображения. Хроматические аберрации»

МИНСК, 2008

Астигматизм и кривизна изображения

Астигматизм появляется при значительном смещении точки предмета с оси и добавляется ко всем остальным аберрациям. Сместим предмет с оси на значительное расстояние (рис.1). Астигматизм состоит в том, что не совпадают точки фокусов в меридиональной и сагиттальной плоскостях, поэтому лучи бесконечно узкого пучка не сходятся в одной точке. Кривизна заключается в том, что наилучшее изображение получается на искривленной поверхности, а не на плоскости.

Разложение в ряд волновой аберрации при наличии астигматизма 3 и 5 порядков:

(1)

или .

Количественно астигматизм и кривизна характеризуются продольными астигматическими отрезками и . Меридиональная кривизна определяется отрезком – это расстояние от плоскости параксиального изображения до меридионального фокуса . Сагиттальная кривизна определяется отрезком – это расстояние от плоскости параксиального изображения до сагиттального фокуса .

Средняя кривизна определяется полусуммой астигматических отрезков и указывает положение наилучшего изображения для данного пучка:

. (2)

Мера астигматизма в продольном измерении определяется разностью астигматических отрезков:

. (3)

В первом приближении средняя кривизна пропорциональна квадрату расстояния от оси. Зависимость кривизны и астигматизма по полю показывают графики продольных аберраций для внеосевых пучков (рис. 2).

Рисунок 2 - Астигматизм 3 порядка (продольные и поперечные аберрации)

Здесь s – относительная предметная координата (на краю поля s = 1 , на оси s = 0):

. (4)

Для астигматизма более высоких порядков (5 и выше) графики могут выглядеть, как показано на рис.3:

Рисунок 3 - Продольные аберрации при астигматизме 5 порядка.

В зависимости от положения плоскости изображения при астигматизме пятно рассеяния может принимать форму эллипсов, отрезков или круга (рис.4). Горизонтальный отрезок наблюдается, если плоскость изображения совпадает с меридиональным фокусом, а вертикальный – если с сагиттальным. Посередине между ними пятно рассеяния имеет форму круга. В остальных положениях – пятна эллиптической формы.

Рисунок 4 - Пятна рассеяния астигматического пучка.

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации – это проявление зависимости характеристик оптической системы от длины волны света (хромо – цвет). Хроматические аберрации приводят к тому, что в изображениях неокрашенных предметов появляется окрашенность. Хроматические аберрации появляются из-за того, что оптические системы изготовлены из оптических стекол с показателями преломления, зависящими от длины волны .

Существуют два основных вида хроматизма:

- хроматизм положения,

- хроматизм увеличения.

Хроматизм положения

Хроматизм положения – это аберрация, при которой изображения одной точки предмета расположены на разном расстоянии от оптической системы для разных длин волн (разные положения плоскости изображения). В этом случае фокусы также расположены на разных расстояниях (рис.).

Рисунок 8 - Хроматизм положения.

На рис.9 представлен типичный график зависимости положения изображения от длины волны.

Рисунок 9 - График зависимости положения изображения от длины волны.

Чем меньше длина волны, тем ближе изображение к оптической системе. Численно хроматизм положения определяется разностью положений плоскости изображения для крайних длин волн (l₁ и l₂ ):

. (10)

Естественный хроматизм возникает в оптической системе, если все линзы сделаны из одного сорта стекла. В таком случае оптическая система неахроматизована.

Устранение (коррекция) хроматизма может быть произведена двумя способами:

- использование зеркальных систем, где хроматизм в принципе отсутствует (катоптрические системы, например система Кассегрена),

- использование в линзовых (диоптрических) системах нескольких сортов стекла с различными коэффициентами дисперсии n_e .

Принципы ахроматизации оптических систем

Возьмем две тонких линзы из разных сортов стекла. Если линзы расположены вплотную друг к другу, то получается тонкая система. Задача ахроматизации сводится к тому, чтобы оптическая сила системы линз не зависела от длины волны. Оптическая сила системы из двух тонких линз:

(11)

Оптическая сила каждой линзы . Пусть , при этом оптическая сила каждой линзы меняется на величину . Зная число Аббе для любого интервала длин волн , можно получить следующее выражение:

. (12)

Допустим, что эти линзы изготовлены из разных сортов стекла, тогда условие ахроматизации будет выглядеть так:

(13)

где – оптическая сила системы для основной длины волны, – оптические силы первой и второй линз для основной длины волны, – коэффициенты дисперсии стекла первой и второй линз.

Решив систему линейных уравнений (13), получим ур

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать