Причины возникновения сферической аберрации можно легко продемонстрировать с помощью нескольких несложных опытов. Представим себе, что мы имеем собирающую линзу и точечный источник света S, находящийся на оптической оси линзы. В идеальном случае мы должны были бы получить его четкое изображение S1 с противоположной стороны линзы.
Однако на практике картина получается несколько иная – установив в месте предполагаемого изображения экран, мы увидим, что изображение точечного источника света превращается в более или менее размытое пятно.
Попробуем установить причину этого явления. Поставив перед линзой экран, отсекающий «периферийные» лучи, несложно заметить закономерность – чем меньше диаметр отверстия в экране, тем четче получается изображение нашего источника света.
Установив перед линзой экран с небольшими отверстиями, расположенными на разном расстоянии от центра, мы получим несколько вполне четких изображений нашего источника света.
Из этого можно сделать вывод, что лучи света, проходящие через линзу на разном расстоянии от ее центра, дают изображение источника света на разном расстоянии от линзы, в результате чего изображение точечного объекта линзой большого диаметра будет представлять собой не точку, а более или менее размытое пятно. Такой недостаток оптической системы называется сферической аберрацией. Вообще говоря, величина сферической аберрации зависит от радиусов кривизны поверхностей линзы, ее толщины и показателя преломления материала, из которого она изготовлена.
Для борьбы со сферической аберрацией можно воспользоваться комбинацией из двух линз различных типов. Как несложно догадаться из рисунков, для собирающей линзы фокусное расстояние лучей, проходящих в периферийной области линзы, меньше, чем для центральной области, аналогичная картина наблюдается и для рассеивающей линзы.
Если мы поместим за собирающей линзой рассеивающую, фокусное расстояние полученной двойной системы будет уже иным. Но изменение фокусного расстояния для выходящих из собирающей линзы лучей будет зависеть от расстояния до центра линзы. Для центральной зоны увеличение фокусного расстояния проходящих там лучей будет меньше, чем для периферийной – в результате разброс фокусных расстояний, возникающий за счет сферической аберрации собирающей линзы, сокращается с помощью аберрации рассеивающей линзы.
Можно подобрать такую комбинацию собирающей и рассеивающей линз, что сферическая аберрация в полученной двойной системе почти перестанет проявляться. Схематически это представлено на следующем рисунке, где два полученных после прохождения собирающей линзы изображения S1 и S2(создающие их лучи проходят на разном расстоянии от центра линзы) в результате действия рассеивающей линзы сходятся в одной точке S. Сами линзы в таких случаях обычно склеивают, поскольку воздушный промежуток между ними также играет свою роль.
Для уменьшения влияния сферической аберрации используются оптические стекла с высокими показателями преломления, так как это позволяет увеличить радиусы кривизны поверхностей линзы, сохраняя ее оптическую силу. Помимо этого, в современных объективах часто используют линзы, поверхности которых не являются сферическими, а представляют собой части эллипсоида или параболоида вращения – варьируя кривизну поверхностей, можно также существенно уменьшить величину сферической аберрации.
Однако на практике картина получается несколько иная – установив в месте предполагаемого изображения экран, мы увидим, что изображение точечного источника света превращается в более или менее размытое пятно.
Попробуем установить причину этого явления. Поставив перед линзой экран, отсекающий «периферийные» лучи, несложно заметить закономерность – чем меньше диаметр отверстия в экране, тем четче получается изображение нашего источника света.
Установив перед линзой экран с небольшими отверстиями, расположенными на разном расстоянии от центра, мы получим несколько вполне четких изображений нашего источника света.
Из этого можно сделать вывод, что лучи света, проходящие через линзу на разном расстоянии от ее центра, дают изображение источника света на разном расстоянии от линзы, в результате чего изображение точечного объекта линзой большого диаметра будет представлять собой не точку, а более или менее размытое пятно. Такой недостаток оптической системы называется сферической аберрацией. Вообще говоря, величина сферической аберрации зависит от радиусов кривизны поверхностей линзы, ее толщины и показателя преломления материала, из которого она изготовлена.
Для борьбы со сферической аберрацией можно воспользоваться комбинацией из двух линз различных типов. Как несложно догадаться из рисунков, для собирающей линзы фокусное расстояние лучей, проходящих в периферийной области линзы, меньше, чем для центральной области, аналогичная картина наблюдается и для рассеивающей линзы.
Если мы поместим за собирающей линзой рассеивающую, фокусное расстояние полученной двойной системы будет уже иным. Но изменение фокусного расстояния для выходящих из собирающей линзы лучей будет зависеть от расстояния до центра линзы. Для центральной зоны увеличение фокусного расстояния проходящих там лучей будет меньше, чем для периферийной – в результате разброс фокусных расстояний, возникающий за счет сферической аберрации собирающей линзы, сокращается с помощью аберрации рассеивающей линзы.
Можно подобрать такую комбинацию собирающей и рассеивающей линз, что сферическая аберрация в полученной двойной системе почти перестанет проявляться. Схематически это представлено на следующем рисунке, где два полученных после прохождения собирающей линзы изображения S1 и S2(создающие их лучи проходят на разном расстоянии от центра линзы) в результате действия рассеивающей линзы сходятся в одной точке S. Сами линзы в таких случаях обычно склеивают, поскольку воздушный промежуток между ними также играет свою роль.
Для уменьшения влияния сферической аберрации используются оптические стекла с высокими показателями преломления, так как это позволяет увеличить радиусы кривизны поверхностей линзы, сохраняя ее оптическую силу. Помимо этого, в современных объективах часто используют линзы, поверхности которых не являются сферическими, а представляют собой части эллипсоида или параболоида вращения – варьируя кривизну поверхностей, можно также существенно уменьшить величину сферической аберрации.
Комментариев нет:
Отправить комментарий