Товары не выбраны

ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ

Оптическая система, преломляя лучи света и разлагая белый свет на составные части, смещает изображения в различных лучах спектра относительно друг друга. Это явление называется хроматической аберрацией, или хроматизмом. Хроматическая аберрация проявляется в окрашивании изображения.

Аберрации, ранее рассмотренные для монохроматического света, характерны для всех лучей спектра. Но полный анализ всех аберраций для лучей с определенными длинами волн был бы весьма сложен, поэтому ограничиваются рассмотрением отдельных видов хроматической аберрации.

Основными видами хроматической аберрации являются: 1) хроматизм положения, или хроматическая аберрация нулевых лучей; 2) хроматическая разность сферических аберраций; 3) хроматизм увеличения; 4) хроматическая разность аберраций наклонных лучей в меридиональной плоскости. В особых случаях рассматривают и астигматизм цветных лучей.

Хроматизм рассматривается для определенных лучей спектра. Таковыми лучами для приборов, работающих совместно с глазом наблюдателя, называемых визуальными, являются лучи в диапазоне длин волн от линии F с длиной волны 486 нм и до линии С с длиной волны 656 нм. Эти лучи для нашего глаза определяют видимый спектр.

Если приборы предназначаются для фотографирования изображения в других лучах спектра (инфракрасных, ультрафиолетовых, лучах Рентгена и др.), то хроматизм рассматривается для лучей с соответствующей длиной волны.

Если луч света падает на линзу на конечном расстоянии от оптической оси (рис. 44), то при разложении на составные части он образует различные точки пересечения с оптической осью F'_F, F'_D, F'_C и т. д.

Хроматическая аберрация положения по оптической оси находится по формуле

Хроматическая аберрация положения всегда определяется по отношению к положению теоретической плоскости изображения. Эта плоскость от оптической системы расположена на расстоянии s'_0,D. Если за основной луч принимается не желтый D, а какой- нибудь иной, то вместо s'_0,D принимается луч s'_0,λ.

Хроматическая аберрация положения одиночной тонкой линзы для бесконечно удаленного предмета может быть найдена путем дифференцирования формулы (20,1), при d=0:

Разность положения фокусов нулевых лучей различных длин воли по оптической оси указывает на хроматизм положения оптической системы любой сложности.

Комбинируя положительные и отрицательные линзы с различным коэффициентом дисперсии, удается в значительной степени уменьшить хроматизм положения. Такие оптические системы называются ахроматическими, а объективы - ахроматами Процесс исправления хроматической аберрации называется ахроматизацией. Хроматическую аберрацию нулевых лучей можно изображать

графически, откладывая по оси ординат длины волн, а по оси абсцисс хроматическую аберрацию вдоль оптической оси. Хроматическая кривая хроматизма положения ахроматической системы показана на рис. 45.

Здесь для двух лучей спектра хроматизм отсутствует, например для лучей спектра G' и С или для лучей с длинами волн 450 и 620 нм.

Если для двух лучей спектра хроматическая аберрация положения уничтожена, то остаточная хроматическая аберрация называется вторичным спектром. При этом рассматривают весь участок изучаемого спектра. Так, например, на рис 45, рассматривая ахроматизацию в пределах лучей спектра G' и С, имеем вторичный спектр в 0,09 мм. Часто график хроматизма положения называют графиком вторичного спектра. Если хроматизм положения исправлен для трех лучей спектра, то остаточную аберрацию называют третичным спектром и т. д. Но не только для нулевых лучей должен быть исправлен хроматизм, он должен быть исправлен и для всех осевых и наклонных пучков лучей.

Полного устранения хроматической аберрации в наклонных пучках достигнуть не удается. Разности величин изображения образованных различными лучами спектра, должны быть существенно малы. Кроме того, эти изображения должны быть расположены в одной плоскости.

Если оптическая система образует совпадающие изображения для различных лучей спектра, например для трех, то она называется апохроматом. Апохромат, как правило, имеет уменьшенный вторичный спектр, а если его хроматизм положения характеризуется третичным спектром, то он значительно меньше вторичного. Апохроматы предназначаются для фотографирования цветных картин (полиграфия, кинематография, телевидение).

Лучи, падающие на линзу, на различных высотах преломляются, разлагаясь на составные части по-разному. Это явление аналогично сферической аберрации и может быть графически показано на графике сферической аберрации

(рис. 46). Оно называется сферохроматической аберрацией. Иногда разность сферических аберраций для различных лучей спектра называют хроматической разностью сферических аберраций. Она полностью характеризует резкость изображения точки на оптические оси.

Часто характеристические кривые хроматической разности сферических аберраций показываются на графике вторичного спектра (рис. 47). Здесь показана хроматическая аберрация фотографического объектива "Индустар-17", f = 500 мм, 1:5 в обоих случаях идеальным было бы то положение, если бы все три кривые выпрямились, сделались вертикальными и слились бы вместе.

Для точек изображения вне оптической оси существуют те же причины возникновения хроматизма. На оптической оси встречаемся с окрашиванием кружков рассеяния, а вне оптической оси - с окрашиванием пятен рассеяния.

Наклонный пучок лучей также разлагается на составные части, и лучи с различной длиной волны пересекают плоскость изображения в различных точках. Разность величин цветных изображений называется хроматизмом увеличения (рис. 48)

При рассмотрении хроматизма увеличения учитывают хроматическую разность аберраций наклонных лучей в меридиональной плоскости. Это явление аналогично меридиональной коме и сферической аберрации наклонного пучка лучей, но рассматривается для различных длин волн. Она может быть графически показана на графике меридиональной комы (рис. 49). В данном примере для главного луча хроматизм увеличения отсутствует, но хроматическая аберрация наклонных лучей значительна, и можно предполагать, что изображение точки окрашено.

Исправление аберраций в оптической системе для видимой части спектра называется оптической, или визуальной, коррекцией. Для этой части спектра (С, D и F) производят исправление хроматизма в приборах, работающих совместно с глазом человека, а также фотографических объективах, предназначенных для съемок на панхроматических и цветных светочувствительных материалах. В остальных случаях мы встречаемся с актиничной, или фотографической, коррекцией.

Фотографические объективы для обычной штриховой, тоновой и полутоновой съемки исправляются для лучей спектра D и G, так как диапозитивные эмульсии малочувствительны к красным лучам спектра.

Объективы апохроматы для полиграфических репродукционных цветных съемок должны иметь исправление для лучей спектра от С до G'. Специальные объективы для съемок в инфракрасных лучах спектра имеют диапазон длин волн, соответствующий условиям работы. При этом за основной луч во многих случаях выбирают не D, а луч, соответствующий максимуму светочувствительности при съемке. В таких случаях рассматривают совместно спектральные свойства светофильтров, фотокатодов или фотографических слоев и на основании этого выбирают длину волны света, соответствующую максимуму освещенности в плоскости изображения.

Для осуществления перехода от одного состояния коррекции в другое служит гиперхроматическая линза (рис. 50) с оптической силой, равной нулю. Показатели преломления ее составляющих для основного луча равны, но коэффициенты дисперсии различны, вследствие этого она влияет на изменение хроматизма положения той системы, совместно с которой применяется.