Mustand:Optiline aberratsioon

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Aberratsioon on optikariistas tekkiva kujutise viga (ebateravus või moonutus), mis tuleneb optilise süsteemi füüsikalistest piirangutest.

Monokromaatilises valguses esinevad aberratsioonid[muuda lähteteksti]

Eeldame, et optilisele süsteemile langeb monokromaatiline valgus. Paraksiaalses lähenduses loetakse nurgad väikesteks, st siinusfunktsiooni rittaarenduses võetakse arvesse vaid esimene liige. Kõrvalekaldeid paraksiaalsest lähendusest nimetatakse aberratsioonideks. Kõige tüüpilisemad monokromaatilised aberratsioonid on: sfääriline aberratsioon, kooma, astigmatism, vaatevälja kõverus, distortsioon.

Sfääriline aberratsioon[muuda lähteteksti]

Kui eseme punkt on läätse optilisel peateljel, siis tingituna sfäärilisest aberratsioonist ei lange paraksiaalsete ehk teljelähedaste kiirte poolt tekitatud kujutis ja marginaalsetekiirte poolt tekitatud kujutis kokku. Antud lõigu pikkus kasvab võrdeliselt marginaalse kiire ja optilise telje vahelise nurga ruuduga. Punktkujutise asemel on nüüd lõplike mõõtmetega valguslaik (hajumisring), mis asub läätse optilise telje risttasandis. Kujutise asukohaks loetakse tasandit, kus hajumisringi raadius on minimaalne.

Kui kujutada ette, et lääts koosneb ringitsoonidest, siis on sfäärilise aberratsiooni tekkepõhjust kergem mõista. Mingi tsooni ristlõige on osa prismast, mille murdev nurk on seda suurem, mida kaugemal on tsoon optilisest teljest. Seega, mida suurem on prisma murdev nurk, seda lähemal lõikavad murduvad kiired optilist telge – suurema numbriga tsoonis murduvad kiired tekitavad kujutise läätsele lähemal.

Kaldemiinimumi asendis murtakse prisma mõlemal pinnal kiirt sama nurga võrra. Sfääriline aberratsioon on minimaalne, kui õnnestub valida selline lääts, et eri tsoonidele, mida vaadeldakse prismadena, langev valgus on kaldemiinimumi asendis. Ehk, läätse kuju valimise abil saab minimeerida sfäärilise aberratsiooni ulatust.

Kooma[muuda lähteteksti]

Joonis 1. Ühe läätsega kooma tekkimine

Kui sfääriline aberratsioon on kõrvaldatud ning eseme punkt asub väljaspool optilist peatelge, siis marginaalseid (läätse äärelt lähtuvaid) kiiri murtakse tugevamalt kui paraksiaalseid ning nende poolt tekitatud kujutis on optilisele teljele lähemal (vaata joonist 1 [1] ). Sarnane olukord tekib mistahes optilist peatelge läbivas tasandis. Tulemuseks on ringikujuline kujutis, mille tekitavad mingis läätse tsoonis murduvad kiired. Mida kaugemal on tsoon läätse tsentrist, seda suurem on ka tekkiva ringi raadius. Erinevad läätse tsoonid tekitavad optilisest peateljest kujutise erineval kaugusel. Nagu ka sfäärilise aberratsiooni korral, nii ka kooma suurus sõltub läätse tüübist. Lääts, mille sfääriline aberratsioon on väike, on ka väike kooma.[2]


Astigmatism[muuda lähteteksti]

Kui eseme punkti kaugus optilisest peateljest on suur, siis tekitab marginaalsete kiirte lõikejoon läätse tasandiga ellipsi. Ellipsi pikim telg paikneb seega tasandis, mis on määratud tsentraalse kiirega ja optilise peateljega (meridionaaltasand), ellipsi lühem telg paikneb aga meridionaaltasandiga ristuvas ja tsentraalset kiirt läbivas tasandis (sagitaaltasand). Kui meridionaaltasandis olevate marginaalsete kiirte langemisnurk läätsele on suurem kui sagitaalkiirte oma ja kujutis tekib läätsele lähemal, siis mõlemas tasandis levivate kiirte koosmõjuna on esemepunkti kujutiseks tasandis horisontaalne sirglõik ja tasandis vertikaalne sirglõik. Vahepealsetel kaugustel on kujutiseks ellips. Astigmatismi pole võimalik eemaldada ühe sfäärilise läätsega, peab kasutama mitut.[2]

Vaatevälja kõverus[muuda lähteteksti]

Olgu ülalkirjeldatud aberratsioonid maha surutud. Tasapinnalisest esemest saame tasapinnalise kujutise tekitada vaid paraksiaalses lähenduses. Võrreldes paraksiaalsete kiirtega on väljaspool optilist telge asuvast esemepunktist lähtuvate kiirte jaoks näib lääts paksem ja diameeter väiksem. Seega on kaldu langeva kiirtekimbu jaoks läätse optiline tugevus suurem (fookusekaugus lühem) ja pind, kus tekib kujutis, on kõverdunud.[2]

Distorsioon[muuda lähteteksti]

Joonis 2. Tünjas distortsioon [3]
Joonis 3. Padi distortsioon [4]

Distorsioon tuleneb sellest, et läätse erinevad tsoonid omavad ka erinevaid fookusekaugusi. Seega ristisuurendus on sõltuv sellest, millisel kaugusel on ese optilisest teljest. Sõltuvalt sellest, kas suurendus kasvab (nt koondav lääts) või kahaneb (hajutav lääts) eseme ja optilise telje vahekauguse kasvades, on meil tegemist tünnikujulise (joonis 2) või padjakujulise (joonis 3) distorsiooniga.

Kromaatiline aberratsioon[muuda lähteteksti]

Kromaatiline aberratsioon esineb kui erinevad lainepikkused pole fokusseeritud samasse punkti. Teisisõnu, optilisele süsteemile langev valgus pole monokromaatiline. Selle tulemusena tekivad täiendavad kujutise moonutused. Fookuskaugus sõltub murdumisnäitajast, viimane on aga funktsioon lainepikkusest. Seega erinevate lainepikkuste jaoks on fookuskaugus erinev. Optilise diapasooni nähtavas piirkonnas on reeglina läätsed valmistatud selliselt, et nende murdumisnäitaja lainepikkuse kasvades väheneks. Mistõttu on ka punase valguse fookuskaugus suurem kui sinisel valgusel. Sama fookuskaugus on võimalik saavutada akromaadiga (lääts, kus kombineeritakse erinevate murdumisnäitajatega koondavaid ja hajuvaid läätsi). Üldjuhul on tegemist kas dikromaadiga või trikromaadiga (vastavalt kahe ja kolme erineva lainepikkuse jaoks on fookuskaugused samad). Erinevate aberratsioonide minimaliseerimiseks tuleb kasutada paljudest läätsedest koosnevaid süsteeme, mis on tihtipeale üpris keerukad.[2]

Viited[muuda lähteteksti]