Методические указания
Рассмотрите отличия реальной оптической системы от идеальной. Дайте определение оптической силы поверхности для
реального светового пучка. Уясните явление ограничения световых пучков в реальных оптических системах. Рассмотрите особенности апертурной и полевой диафрагм. Уясните механизм виньетирования световых пучков в реальных оптических системах
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключается отличие реальной оптической системы от идеальной?
2. Что такое ограничение световых пучков в реальных оптических системах?
3. Каковы отличия полевой и апертурной диафрагм?
4. В чем заключается механизм виньетирования световых пучков?
Литература: [1 - 12].
Тема 5. Аберрации оптических систем
Общие положения
В идеальной оптической системе все лучи, исходящие из точки A, пересекаются в сопряженной с ней точке A0 ´. После прохождения реальной оптической системы либо лучи не имеют общей точки пересечения, либо лучи пересекаются в некоторой точке, A´ которая не совпадает с точкой идеального изображения. Это является следствием аберраций. Основная задача расчета оптических систем – устранение аберраций
Поперечные аберрации
Поперечные аберрации Δ X´, Δ Y´ – это отклонения координат точки A ´ пересечения реального луча с плоскостью изображения от координат точки A0 ´ идеального изображения в направлении, перпендикулярном оптической оси:
Продольные аберрации
Радиально симметричные аберрации (дефокусировка и сферическая аберрация)
Дефокусировка
Дефокусировка не приводит к нарушению гомоцентричности пучка а только свидетельствует о продольном смещении плоскости изображения:
Если дефокусировки нет, то плоскость изображения совпадает с плоскостью Гаусса (плоскостью идеального изображения). Чтобы избавиться от дефокусировки, нужно просто соответствующим образом передвинуть плоскость изображения.
Сферическая аберрация 3 порядка
Сферическая аберрация приводит к тому, что лучи, выходящие из осевой точки предмета, не пересекаются в одной точке, образуя на плоскости идеального изображения кружок рассеяния. Ею обладают все линзы со сферическими поверхностями. Чтобы ее устранить, необходимо сделать поверхности не сферическими. Сферическую аберрацию 3 порядка называют также первичной сферической аберрацией.
Кома
Кома появляется при смещениях точки предмета с оси. В первом приближении кома прямо пропорциональна смещению предмета с оси. Если смещение равно нулю, то и кома равна нулю. Таким образом, поперечная аберрация при наличии комы прямо пропорциональна величине предмета:
где
δ –
коэффициент пропорциональности,
определяющий качество аберрационной
коррекции оптической системы (чем меньше
δ, тем лучше
оптическая система).
Астигматизм и кривизна изображения
Астигматизм появляется при значительном смещении точки предмета с оси и добавляется ко всем остальным аберрациям. Астигматизм состоит в том, что не совпадают точки фокусов в меридиональной F´m и сагиттальной F´S плоскостях, поэтому лучи бесконечно узкого пучка не сходятся в одной точке.
Мера астигматизма в продольном измерении определяется разностью астигматических отрезков:
В первом приближении средняя кривизна пропорциональна квадрату расстояния от оси. Зависимость кривизны и астигматизма по полю показывают графики продольных аберраций для внеосевых пучков.
В зависимости от положения плоскости изображения при астигматизме пятно рассеяния может принимать форму эллипсов, отрезков или круга.