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' до А₁'). 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 Разрешающая 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..

Известно 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.

Разрешающая 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.