Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Сферическая аберрация  (Прочитано 10394 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Ernest

  • Гость
Сферическая аберрация
« : 19 Мар 2007 [12:22:33] »
Сферическая аберрация один из самых известных дефектов изображения. Разные кольцевые зоны пучка (лучи) при наличие этой аберрации фокусируются на разных расстояниях от номинальной плоскости изображения (совпадает с фокальной если предмет находится на "бесконечности"). При отрицательной аберрации (см. рисунок) кольцевая зона фокусируется до плоскости изображения, при положительной - после. В изображениях звезд появляются широкие осесимметричные ореолы с яркостью быстро уменьшающейся по мере удаления от центра изображения. Дифракционное изображение характеризуется усилением видимости колец (которые в норме обычно едва заметны) вокруг центрального диска Эри.

Лучи оптического пучка испорченного сферической аберраций образуют каустику - поверхность с "бесконечной" (в геометрическом приближении) плотностью световой энергии. Каустика располагается до плоскости изображения при отрицательной величине аберрации. Каустика подчеркивает яркость края расфокусированного пятна в изображении звезды и служит надежным индикатором остаточной сферической аберрации при тестировании оптики по звездам. Если при достаточно большом увеличении пятно расфокусировки звезды или другого условно точечного тест-предмета в предфокале имеет яркий резко очерченный край, а в зафокале внешний край более тусклый и размытый, то имеем отрицательную сферическую аберрацию (или другими словами недокомпенсированную) и, наоборот.

Величина поперечной классической сферической аберрации имеет кубическую зависимость от диаметра зоны пучка - высоты луча на объективе. Поэтому эта аберрация входит в число аберраций третьего порядка (куб - третья степень). Продольная сферическая пропорциональна квадрату диаметра зоны, а соответствующая деформация волнового фронта описывается уравнение четвертой степени. Проявления сферической третьего порядка одинаковы по всему полю изображения - то есть не зависят от полевого угла. Более тонкий анализ заставляет принимать во внимание более высокие порядки сферической аберрации: 5-го, 7-го и т.д, которые уже могут иметь зависимость и от полевого угла.

Для достижения минимального пятна рассеивания в случае сферической аберрации выгодно несколько сместить плоскость фиксации изображения с номинального (параксиального) положения, то есть - компенсировать сферическую аберрацию соответсвующей расфокусировкой. При разложении волновой аберрации по полиномам Цернике коэффициент С40 содержит уже скомпенсированное значение.

Типичная мера по исправлению сферической аберрации в оптике - комбинация положительной и отрицательной линз разной степени симметричности (различия в величине радиуса кривизны двух оптических поверхностей). Например, объектив ахроматического дублета составлен из более-менее симметричной положительной линзы и отрицательного компонента с формой ближе к менискообразной (менискообразные линзы вносят большее значение сферической, чем симметричные, например, двояковыпуклые). Поэтому, кстати, очковые менискообразные линзы не самые удачные в плане коррекции сферической аберрации варианты объектива для примитивных рефракторов. Лучше для этой цели использовать двояковыпуклые или плосковыпуклые.

В зеркальной оптике сферическую аберрацию часто исправляют асферизацией зеркал (относительно небольшим отступлением формы поверхности от строго сферической). Например, одиночное параболическое зеркало свободно от сферической аберрации и его используют в классических телескопах по схеме Ньютона. Но возможно как и в случае линзового дублета использование менискообразных линз для коррекции аберрации сферического зеркала, как это предложил Максутов.

Заметим, что если в объективе исправлена сферическая аберрация для бесконечно удаленного предмета (звезд), то это совсем не значит, что она не проявится на изображениях близких (земных) предметов. Так для 10" Ньютона 1:4.5 расстояние 400 метров уже достаточно для того, чтобы величина сферической аберрации была близка к обнаруживаемой. Это обстоятельство следует принимать во внимание при тестировании оптики. Вот пример того как ведет сферическая аберрация обычного 8" Шмидт-Кассегрена при разных расстояниях до предмета:

ДистанцияСферическая аберрацияв длинах волн
метрыс дефокусировкойбез дефокусировкискв (RMS)
101.460.420.11
200.660.150.05
500.250.070.02

Второй рисунок демонстирирует вид изображения звезды в телескоп с очень большим увеличением при наличие сферической аберрации.
« Последнее редактирование: 18 Фев 2008 [15:03:16] от Эрнест »