Вопрос №17 Аберрации оптических систем.

Для визуальных систем наиболее опасными являются осевые аберрации, искажающие изображение точек на оптической оси. Такими аберрациями являются сферическая и хроматическая аберрации.

Сферическая аберрация. Лучи, идущие из точки А, располо­женной на оптической оси, падают широким пучком на сфери­ческую преломляющую поверхность. Удаленные от оптической оси лучи имеют свойство преломляться сильнее, чем лучи, иду­щие под малыми углами к оси, в результате в пространстве изображений лучи преломленные не соберутся в одной точке. Такое свойство линз нарушать стигматичность изображения на­зывается сферической аберрацией линз. На рис. 40 вместо од­ной точки Ао' имеет место в пространстве изображений беско­нечное множество таких точек (от А₀' доА₁'). На экране, уста­новленном в точке Ао' (перпендикулярно к оптической оси), получается размытое пятно радиусом р_с. Подобное явление будет иметь место, если на линзу бу­дет падать пучок лучей, параллельных оптической оси.

Вопрос №18 Р азрешающая способность и качество изображения оптических систем. В основе оценки качества изображения оптической системы лежит критерий качества изображения точки. В идеальных системах геометрической оптики точка изображается одно­значно — точкой. В реальных системах точка никогда не изо­бражается точкой, этому препятствуют аберрации и волновая природа света. Из-за дифракции изображение светящейся точки через идеальную систему получается в виде светлого пятна, окруженного чередованием светлых и темных концентрических колец. Энергия в дифракционном изображении точки распреде­ляется следующим образом: центральное пятно — 83,8%, пер­вое светлое кольцо — 7,2 %, второе — 2,8 %, третье — 1,4 %, четвертое — 0,9%, все остальные — 3,9%. При наблюдении ди­фракционного изображения точки через идеальную систему хо­рошо видны, кроме светлого пятна, еще два-три светлых кольца. Радиус первого темного кольца, которое ограничивает светлое пятно, называемое кружком Эри, определяется из вол­новой теории света по формуле где D — диаметр входного зрачка, f'— фокусное расстояние си­стемы (объектива), —длина световой волны..

И звестно также, что раздельное наблюдение двух близлежа­щих точек глазом или другой системой возможно только под уг­лом не менее критерия Рэлея

где —угловой радиус,— угловое расстояние.

Так как точки расположены близко, то

Угол определяет разрешающую способность идеальной системы.

Р азрешающая способность зрительных труб геодезических приборов называется пределом разрешения и определя­ется по формуле

где D_вх—диаметр входного отверстия системы, К — коэффициент, равный 1,2 — для труб, не имеющих дополнительных обо­рачивающих систем, и 1,4 — для зрительных труб прямого изо­бражения. Определение производится по штриховой мире абсолютного контраста, состоит из 25 элементов. Промежутки между штрихами равны ширине штрихов..

Ширина штрихов Р миры должна убывать от элемента к эле­менту по закону геометрической прогрессии со знаменателем=0,94

Число штрихов на 1 мм для любого номера элемента равно

где i — номер элемента (от 1 до 25), Р — ширина штриха, мкм.

В соответствии с ГОСТ 15114—78 изготавливаются 6 номе­ров мир. У миры № 1 ширина штриха Р первого элемента равна 10 мкм, а двадцать пятого — 2,5 мкм.

Угловое расстояние между серединами соседних темных (или светлых) штрихов каждого элемента миры в угловых се­кундах следует вычислять по формуле, определяющей разре­шающую способность испытуемой системы,

где Р — ширина штриха, мм, — фокусное расстояние объек­тива коллиматора, мм.

Качество дифракционной картины, качество сборки и цен­трирования оптических систем и степень уменьшения аберраций в системе устанавливаются по светящейся точке. По виду, ха­рактеру и степени искажения дифракционного изображения светящейся точки опытный наблюдатель может сделать необхо­димое заключение о качестве изображения, даваемого системой в целом. Такого рода оценка также не содержит достаточной информации и не свободна от субъективности.

Известен интерференционный метод оценки волновых абер­раций оптических систем, но он весьма трудоемок и практиче­ски невыполним в производственных условиях.

В целом вопрос качества изображений оптических систем и критериев его оценки является одним из самых сложных вопросов оптики, который еще не имеет однозначного ре­шения.

В настоящее время принято термин «качество изображения» делить на два понятия:

1. способность оптической системы раздельно передавать одно изображение от другого — разрешающая способность или предел разрешения системы;

2)способность оптической системы правильно изображать контраст предмета и правильно строить дифракционное изображения.