Aberație (optică)
Se consideră că acest articol sau secțiune referitoare la fizică este verificat . |
Aberația unui sistem optic este diferența dintre real imaginea , real sau virtual , format de sistem și imaginea pe care a dorit să obțină, o imagine care este de obicei bidimensional și constă într - o proiecție geometrică a scenei reale pe planul focal al sistemului conform principiilor opticii geometrice ideale. Aberațiile pot da (de obicei mai mult la periferia imaginii decât în centru) claritate slabă, deformări ale imaginii, diferențe între imagini corespunzătoare diferitelor culori, neuniformitate a luminozității.
În special, aberațiile sunt diferențele unei imagini față de cea prezisă în aproximarea paraxială . Distingem aberațiile policromatice (datorate dependenței indicelui de refracție de lungimea de undă a luminii) de cele monocromatice. [1]
Termenul derivă din latinescul aberratio , care înseamnă „a abate de la ceea ce este normal”, „distorsionare”, „înstrăinare” sau „distragere”. [2]
Cauze și descriere
În plus față de imperfecțiunile componentelor sau materialelor care alcătuiesc sistemul optic, aberațiile se pot datora, mai esențial, faptului că sistemul se îndepărtează de condițiile opticii paraxiale , atunci când colectează raze în unghiuri mari sau le deviază cu mult (ceea ce se întâmplă de exemplu la lentilele cu unghi larg sau cu raport diametru mare / distanță focală). Acestea pot fi reduse, uneori aproape complet eliminate, prin utilizarea unor materiale mai bune, lucrând în special optica, cuplând multe componente etc. În general, corectarea duce la o creștere a costurilor de producție.
În practică, o imagine formată dintr-un set de unde electromagnetice vizibile poate fi deviată, redusă sau mărită sau altfel fără a schimba aranjamentele relative ale undelor individuale. De exemplu, o fotografie poate fi definită ca o vedere transpusă a unei scene reale care rămâne identică proporțional și relativ cu ea însăși, care poate fi apoi mutată în raport cu exteriorul. Când acest tip de imagine „raportată” nu este perfectă, congruentă, fidelă, nu își îndeplinește funcția de transpunere în cele mai bune condiții, este adesea pentru că există aberații (chiar intenționate). Un pic ca atunci când vorbești la telefon, vocea este distorsionată.
Un element care influențează dezvoltarea aberației este grosimea mediului optic traversat de lumină , de la descompunerea acestuia din urmă legat de fenomenul de refracție și de subdiviziune în diferitele lungimi de undă ale culorilor percepute în vizibil.
Cerințe pentru un sistem optic
Cerințele necesare pentru a determina calitatea unui sistem optic sunt în esență trei:
- Claritatea imaginii create
- Corespondența dintre punctul obiect și punctul de imagine
- Absența aberației cromatice
Numărul abatului
O valoare importantă pentru determinarea aberațiilor axiale, în special aberația cromatică, este numărul Abbe , adică valoarea numerică care indică raportul dintre refracția din aer în raport cu dispersia prezentă într-un mediu sau puterea dispersivă a substanța luată în considerare.
unde n D , n F și n C sunt indicii de refracție ai materialului la lungimea de undă a Fraunhofer D-, F- și C- (587,56 nm , 486,1 nm și respectiv 656,3 nm), care corespund, în ordine, dublu de sodiu și la liniile H-beta și H-alfa din seria Balmer de hidrogen.
Principalele aberații
Aberațiile pot fi rezumate după cum urmează:
- 1: aberații de lumină policromatică sau albă
- 2: aberații monocromatice
- A: aberații axiale
- B: aberații extraxiale
Aberațiile care apar din trecere:
- 1 A: se definește: aberație cromatică axială
- 1 B: se definește: aberația cromatică a măririi
- 2 A: se definește: aberație sferică
- 2 B: sunt definite ca: comă - astigmatismul fasciculelor oblice - distorsiune - curbura câmpului
alte fenomene optice aberante:
Aberații policromatice
Această intrare sau secțiune despre subiectul fotografiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Aberațiile policromatice sau pur și simplu aberațiile cromatice sunt tipurile de aberații optice care apar în sistemele optice de refracție cu lumină formată dintr-un set de radiații electromagnetice de diferite lungimi de undă .
De fapt, fenomenul refracției deviază calea luminii incidente cu un unghi care variază și în funcție de lungimea de undă a radiației. Așa cum o prismă descompune lumina albă în componentele sale, la fel și un obiectiv convergent va avea puncte de focalizare diferite în funcție de lungimea de undă a luminii incidente și va crea o imagine cu halouri colorate nedorite. Cu cât lungimea de undă a luminii este mai mică, cu atât focalizarea va fi mai aproape de obiectiv.
Numai sistemele optice care conțin elemente de refracție, cum ar fi lentilele și prismele și care funcționează cu lumină non-monocromatică, sunt afectate de această problemă, în grade diferite, în funcție de schema optică. Sistemele de reflecție (oglinzi) sunt imune la această problemă.
Aberația cromatică este o mare problemă pentru orice dispozitiv care dorește să reproducă o imagine fidelă, de exemplu, microscoape , telescoape și lentile fotografice. De obicei, aberația cromatică se manifestă ca un halou în jurul obiectului observat, roșu pe o parte și albastru pe cealaltă. Acest lucru se datorează faptului că roșu și albastru sunt la cele două capete ale spectrului luminii vizibile și, prin urmare, sunt culorile pentru care diferența de refracție este mai mare.
Problema este de obicei rezolvată parțial utilizând sisteme optice cu lentile multiple realizate din materiale cu dispersie diferită, astfel încât diferențele dintre unghiurile de refracție pentru aceeași lungime de undă se anulează reciproc: deci vorbim în funcție de complexitatea și rafinamentul schemei adoptate. de dublet acromatic, triplet acromatic și așa mai departe. Aberația policromatică poate fi astfel mult redusă, dar nu complet eliminată. De asemenea, este posibil să se utilizeze lentile din materiale cu dispersie redusă, cum ar fi fluoritul , însă costul ridicat limitează utilizarea acestora.
Aceasta este o aberație axială ale cărei efecte pot fi corectate și de diafragmă pentru a crește profunzimea focalizării .
Aberatii monocromatice
Vorbim despre aberații monocromatice pentru a ne referi la toate aberațiile optice necromatice.
Aberații axiale
Acestea sunt tipurile de aberație care sunt legate de lumina care vine doar de la obiecte asemănătoare punctelor care se află pe axa optică . în realitate nu există nici obiecte asemănătoare punctelor, nici obiecte pe axa optică, dar acest tip de teoretizare este util pentru fizica (optică) pentru a explica unele comportamente ale obiectelor reale sau ale unei părți a acestora.
Aberații extraxiale
Acestea sunt tipurile de aberații care apar cu lumina provenită de la subiecți extinși (adică toate obiectele non-punct) și subiecți care nu aparțin axei optice.
Aberație cromatică axială
Este o diferență în răspunsul de refracție al diferitelor radiații electromagnetice care formează un fascicul de lumină policromatică sau lumină albă. Raza de lumină poate fi împărțită în părțile sale folosind acest principiu și atunci când se întâmplă acest lucru focalizarea nu mai poate fi plasată într-un singur punct, ci va fi compusă din mai multe puncte pe axa optică. De fapt, radiațiile cu o lungime de undă mai mare (de exemplu, roșie) vor fi refractate mai puțin semnificativ, comparativ cu cele cu o lungime de undă intermediară în spectrul vizibil (verde) și mai ales între cele cu lungimea de undă mai mică (de exemplu, albastru). Dacă verdele cade exact acolo unde ne dorim, (film fotografic, senzor al camerei digitale) vom avea albastrul în focalizare într-un punct mai aproape de obiectiv și roșu într-unul mai îndepărtat. Este recomandabil să vă concentrați într-un spațiu cât mai mic pentru a facilita recepția, dar în realitate senzorii funcționează pe un set de „puncte” și niciodată pe unul singur chiar dacă, pentru a simplifica calculele, explicațiile teoretice și înțelegerea lor, vorbim întotdeauna despre punctul focal.
Aberație sferică
Este o aberație care aparține sistemelor optice cu lentile sferice. Acestea duc la formarea unei imagini distorsionate.
Este cauzată de faptul că sfera nu este suprafața ideală pentru a realiza o lentilă, dar este frecvent utilizată pentru simplitate constructivă. Razele îndepărtate de axă sunt focalizate la o distanță diferită de lentilă decât cele mai centrale.
Pentru a evita acest fenomen, se folosesc lentile speciale non-sferice, numite asferice , care sunt mai complexe de fabricat și foarte scumpe. Defectul poate fi, de asemenea, minimizat prin alegerea adecvată a tipului de lentilă adecvat utilizării specifice; de exemplu, un obiectiv plan-convex este potrivit pentru focalizarea unui fascicul colimat pentru a forma un punct precis, dacă este utilizat cu partea convexă orientată spre fascicul.
Imaginea care se formează ca urmare a acestui fenomen este cea a unui con dublu luminos unit la vârfuri de o tijă, a cărei lungime poate fi luată ca o măsură a aberației sferice transversale. Această imagine specială se numește caustică refractivă.
Aberația cromatică a măririi
Este un tip de aberație care apare atunci când sursa de lumină nu este monocromatică. Obiectivul are distanțe focale diferite pentru diferitele culori ale unui fascicul policromatic din care este investit, astfel încât razele de culori diferite sunt deviate din unghiuri diferite și, prin urmare, se formează imagini asemănătoare punctelor, fiecare dintre ele corespunzând unei componente monocromatice a fascicul care investeste.objectivul.
Aberație de virgulă
Coma este o aberație optică care derivă numele de la caracteristica cometa-ca apariția imaginilor create de sistemele optice care prezintă acest defect.
Coma apare atunci când obiectul imaginat este deplasat lateral în raport cu axa sistemului printr-un unghi θ. Razele care trec prin centrul unui obiectiv cu distanță focală f sunt focalizate la distanța f tan θ. Razele care trec în periferie sunt, în schimb, concentrate pe un punct diferit de pe axă, mai departe în caz de comă pozitivă și mai aproape în comă negativă.
În general, un fascicul de raze care trece prin lentilă la o anumită distanță de centru este focalizat în formă de inel pe planul focal. Suprapunerea acestor diferite inele dă naștere unei forme în V, asemănătoare cu coada unei comete (de unde și numele: coma = coma în latină ), vârful căruia se îndreaptă spre axa sistemului optic.
Se arată că unghiul de deschidere al figurii este întotdeauna egal cu 60 °.
În ceea ce privește aberația sferică , coma poate fi redusă (și, în unele cazuri, eliminată) prin alegerea corespunzătoare a curburii lentilelor în funcție de utilizare.
Aberație datorată astigmatismului
Este o aberație optică prezentă într-un sistem cu lentile simple sau compozite. Poate fi o aberație de ordinul al treilea care apare pentru obiecte sau părți, departe de axa optică și apare și atunci când sistemul optic este perfect simetric. A doua formă de astigmatism apare atunci când sistemul optic nu este simetric în raport cu axa optică (de exemplu , lentilă cilindrică ).
Având în vedere poziția extra-axială a oricărui obiect, partea stigmatică devine din ce în ce mai astigmatică.
Această aberație este dată în funcție de:
- Forma obiectivului
- Poziția punctului obiect
- Poziția oricărei diafragme de deschidere
Orice punct de obiect, chiar perpendicular pe axa optică, creează, datorită acestei aberații, două suprafețe de imagine curbate, în loc de un singur plan de imagine.
Aberație de distorsiune
Afectează doar forma și se datorează caracteristicii sistemului optic utilizat, care având o anumită grosime fizică (chiar variabilă) se îndepărtează de teoria lentilei subțiri. Din punct de vedere fizic, efectul se datorează puterii diferite de mărire a diferitelor părți ale sistemului optic, care variază în general radial în raport cu axa optică. Aceasta implică faptul că diferitele părți ale imaginii vor fi mai mult sau mai puțin mărite în funcție de o distribuție dată. Deseori intensitatea fenomenului este legată de distanța focală . Distorsiunea butoiului apare de obicei cu distanțe focale scurte, unde imaginea tinde să se rotunjească și să se umfle. Efectul opus se numește distorsiunea pernei, deoarece câmpul de deformare ia forma unei perne pe care se sprijină o greutate centrală, mai puțin obișnuită și atribuibilă distanțelor focale lungi. Efectul este ușor de îndepărtat cu funcții de calcul pe imagine, unde se așteaptă distorsiunea corectivă a câmpului. Este o aberație care nu este prea enervantă în fotografie, dar foarte problematică în diverse domenii, cum ar fi arhitectura în faza de sondaj, reconstrucția stereoscopică și mutarea meciurilor . Principalul factor perturbator este dat de faptul că distorsiunea nu menține paralelismul dintre linii și nici unghiurile față de imaginea sursă ideală (transformarea nu este un omotetic ), prin urmare percepția geometrică a obiectelor este distorsionată. care ar trebui luată ca referință.
Aberație de curbură de câmp
Imaginea unui obiect plat, adică ansamblul de radiații provenind din punctele care formează un obiect extins care este perpendicular pe axa optică, se formează în orice caz pe o suprafață curbată. Aranjamentul aberant pe planul imaginii este, prin urmare, denumit curbură de câmp .
Notă
- ^ (EN) Eugene Hecht, Aberații, în Optică, ediția a II-a, Addison-Wesley, 1987, ISBN 978-0-8053-8566-3 .
- ^ Aberratio , pe it.wiktionary.org , Wiktionary.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Aberație
linkuri externe
- Aberatii optice , pe aristidetorrelli.it .
| Controlul autorității | BNE ( ES ) XX5241153 (data) |
|---|
