15. Недостатки (аберрации) оптических систем
Сферическая аберрация. В случае тонкой линзы параксиальный пучок, исходящий из точки S, после преломления в линзе пересекает оптическую ось в одной точке. Если же пучок света, исходящий из источника S, составляет большой угол с главной оптической осью, то лучи, составляющие разные углы, пересекают оптическую ось не в одной точке, а в разных точках, например точки S1, S2, на рисунке 1.10.
Рисунок 1.12 – Сферическая аберрация
Лучи, более удаленные от центра линзы, сильнее преломляются и пересекают главную оптическую ось на сравнительно близких расстояниях от центра линзы. Если экран Э, расположенный перпендикулярно главной оптической оси, передвигать влево от F1 к F2, то вместо стигматического точечного изображения получается расплывчатое пятно
Хроматическая аберрация. Из-за явления дисперсии (зависимость показателя преломления от длины волны) для данной линзы фокусы для разных цветов будут смещены друг относительно друга (на рисунке 1.13 показаны фокус Fф для фиолетовых и фокус Fkp для красных лучей). В результате этого изображения белого пятна или четкой границы свет-тень получаются цветными. Чередование цветов зависит от положения экрана, наблюдения, а соответствующее искажение носит название хроматической аберрации. Хроматическая аберрация, подобно сферической, количественно характеризуется продольной хроматической аберрацией (Fф, Fкp).
Дисторсия изображения. В случае, когда лучи, участвующие в построении изображения, образуют достаточно большие углы с главной оптической осью, увеличение системы зависит от угла между пучком и главной оптической осью. В этом случае изображение не является подобным предмету. Это обусловлено тем, что отношение тангенсов углов поля зрения и поля изображения не является постоянной величиной для точек по всему полю изображения
Дисторсия изображения. В случае, когда лучи, участвующие в построении изображения, образуют достаточно большие углы с главной оптической осью, увеличение системы зависит от угла между пучком и главной оптической осью. В этом случае изображение не является подобным предмету. Это обусловлено тем, что отношение тангенсов углов поля зрения и поля изображения не является постоянной величиной для точек по всему полю изображения
Астигматизм наклонных пучков. Астигматизм наклонных пучков (рисунок 1.15) заключается в том, что лучи одного и того же пучка, исходящие из точки и идущие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, после преломления в оптической системе, теряя гомоцентричность, не собираются в одну точку, а образуют две точки схода.
16. Асферическая оптика
Асферическая оптика существенно расширяет возможности разработки оптических систем, но её распространение ограничивается сложностью изготовления и контроля асферических поверхностей. Хорошо отработанная технология изготовления сферических поверхностей, основанная на принципе притирания изготавливаемой поверхности и инструмента, неприменима в общем виде для асферических поверхностей из-за непостоянства их кривизны в разных местах детали. Асферическая оптика произвольной формы изготавливается с помощью инструмента, давление которого на обрабатываемую поверхность заданным образом зависит от расстояния до оси вращения детали.
Асферическая оптика без осевой симметрии (оптические системы с цилиндрическими линзами) имеет различные фокусные расстояния в разных плоскостях, проходящих через оптическую ось, т. е. обладает астигматизмом. Оптические системы с цилиндрическими линзами применяются в очках для исправления астигматизма глаза, в анаморфотных системах для получения различного масштаба изображения по разным направлениям