Аберрации как характеристика качества оптической системы

Глаз человека выполняет важную роль в наблюдении изображения— с его помощью человек оценивает качество изображения. Если недостатки оптической системы в изображении не могут быть обнаружены глазом, то такие изображения представляются человеку совершенными. Следовательно, знание разрешающей способности глаза для тех или иных случаев наблюдения позволяет более точно определять оптимальные размеры кружков (пятен) рассеяния. Например, если для визуальных приборов за предел разрешения глаза в угловой мере принимают 30—60 сек., то для проекционных систем в условиях кинотеатра — 2—3 мин.

Качество изображения оптических систем — это общий термин, включающий в себя два понятия:

• 1. Способность оптической системы раздельно передавать разные изображения. Это свойство называется разрешающей способностью.
• 2. Способность оптической системы правильно изображать контраст предмета [2].

Основным элементом, по которому можно судить о качестве изображения, построенного оптической системой, является изображение точки. Ни одна оптическая система не строит идеальное изображение точки — этому препятствует ряд причин: аберрации системы, волновые свойства света, приводящие к появлению дифракции на оправах деталей, погрешности изготовления оптических деталей. В результате изображение точки теряет резкое очертание, мелкая структура предметов передается неправильно. Две близко расположенные точки сливаются в одно пятно. Изображения решеток размываются и т. д.

Характеристикой качества изображения служат аберрации. Полностью устранить их в оптических системах невозможно, поэтому аберрации доводят до такой степени, что глаз или другой приемник оптического излучения вследствие каких-то собственных ограничений практически не воспринимает аберраций. При рассмотрении аберраций различают:

• 1) сферическую аберрацию,
• 2) отступление от условия синусов,
• 3) сферическую аберрацию наклонного пучка лучей,
• 4) меридиональную кому,
• 5) сагиттальную кому,
• 6) аберрации косых лучей,
• 7) астигматизм,
• 8) кривизну поля,
• 9) дисторсию,
• 10) сферическую аберрацию в зрачках,
• 11) хроматизм положения,
• 12) хроматизм увеличения,
• 13) хроматическую разность сферических аберраций,
• 14) хроматическую аберрацию наклонного пучка лучей.

Сферическая аберрация и отступление от условия синусов определяются при рассмотрении в меридиональной плоскости хода лучей, выходящих из точки предмета, расположенной на оптической оси.

Сферическая аберрация наклонного пучка лучей, меридиональная кома, дисторсия и сферическая аберрация в зрачках определяются при рассмотрении в меридиональной плоскости хода лучей, выходящих из точки предмета, расположенной вне оптической оси.

Сагиттальная кома наклонного пучка лучей определяется при рассмотрении в сагиттальной плоскости хода лучей, выходящих из точки предмета, расположенной вне оптической оси.

Аберрации косых лучей определяются из рассмотрения хода пучка лучей, выходящего из точки предмета, расположенной вне оптической оси, и опирающегося на все отверстия входного зрачка.

Астигматизм и кривизна поля изображения определяются при рассмотрении элементарного астигматического пучка, бесконечно близкого к главному лучу, выходящему из точки предмета вне оптической оси.

Хроматизм положения определяется из рассмотрения хода параксиальных лучей с различной длиной волны, выходящей из точки предмета, расположенной на оптической оси. Хроматическая разность сферических аберраций определяется из рассмотрения в меридиональной плоскости хода лучей различной длины волны, выходящих из точки предмета, расположенной на оптической оси. Хроматизм увеличения и хроматическая аберрация наклонного лучка лучей определяются из рассмотрения в меридиональной плоскости хода лучей различной длины волны, выходящих из точки предмета вне оптической оси [2].