Недостатки (аберрации) оптических систем.

При построении изображения малого предмета в тонкой линзе мы пользовались параксиальным пучком света. Кроме того, лучи параксиального пучка составляли небольшие углы с главной оптической осью. Далее, падающий свет считали монохроматическим, а показатель преломления материала линзы – не зависящим от длины волны падающего света. На практике все эти условия не соблюдаются и возникают соответствующие недостатки оптических систем. Коротко остановимся на некоторых из них.

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. расстояниях от центра линзы. Тогда на экране, расположенном перпендикулярно главной оптической оси, вместо стигматического точечного изображения получается расплывчатое пятно. Такая погрешность, связанная со сферичностью преломляющих поверхностей, называется сферической аберрацией.

Из-за явления дисперсии (зависимости показателя преломления от длины волны) для данной линзы фокусы для разных цветов будут смещены друг относительно друга. В результате этого изображение белого пятна получается цветным. Чередование цветов зависит от положения экрана наблюдения, а соответствующее искажение носит название хроматической аберрации.

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. Поэтому, например, предмет в виде правильного квадрата изображается в искаженном виде – в виде подушки, бочки или еще более сложной фигуры. Недостатки такого рода называются дисторсией.

Лучи, идущие от точечного объекта, лежащего вне оптической оси системы, могут образовывать в плоскости изображения в двух взаимно перпендикулярных направлениях сложное несимметричное пятно рассеяния, напоминающее по виду комету с хвостом. Поэтому подобная аберрация во внеосевых пучках была названа комой. Кома обусловлена как сферичностью поверхности, так и удаленностью точки от оси, в результате чего построение изображения производится внеосевыми (наклонными) пучками.

Астигматизм наклонных пучков 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. В результате этого изображение точки имеет вид пятна рассеяния, форма которого зависит от положения экрана наблюдения.

Вопросы для самоконтроля:

1. Сформулируйте закон прямолинейного распространения света.

2. Что такое световой луч?

3. Что называют углом падения? углом отражения?

4. Сформулируйте законы отражения света, законы преломления света.

5. Что называют абсолютным (относительным) показателем преломления?

6. Что называют предельным углом полного отражения?

7. В чем различие собирающих и рассеивающих линз?

8. Какая линза называется тонкой?

9. Что такое фокусное расстояние линзы, оптическая сила линзы?

10. Как осуществляется построение изображения предметов в линзах?

11. Напишите формулу тонкой линзы.