Поняття про аберації. Монохроматичні і хроматичні аберації

В області параксіальних променів утворюється ідеальне зображення. Однак практичне використання оптичних систем, обмежених параксіальною областю, дуже мале. При збільшенні площі перетину пучків променів і розширенні області простору, що зображений реальною оптичною системою, хід променів у системі і будівля пучків значно відрізняються від того, що має місце в ідеальній системі. У результаті реальні оптичні системи дають зображення, яке лише більш-менш наближаєтьсся до ідеального. У зв'язку з цим необхідний критерій оцінки, за яким можна судити про ступінь наближення реальної системи до ідеальної і який оцінюється якістю зображення. Одним з таких критеріїв є аберації – погрішності зображень. Ці погрішності обумовлені відхиленнями променів від тих напрямків, по яких вони повинні були б йти в ідеальній оптичній системі. Таким чином, аберації можна розглядати як порушення гомо-центричності пучків променів або сферичності хвильових поверхонь, а також як порушення розташування точки зображення при дії реальної оптичної системи стосовно ідеальної.

Аберації оптичних систем поділяють на монохроматичні і хроматичні. Монохроматичними абераціями називають погрішності зображення, що мають місце для променів визначеної довжини хвилі. Сутність хроматичних аберацій в тому, що при проходженні через заломлюючі поверхні випромінювання складного спектрального складу воно розпадається на складені спектральні частини внаслідок дисперсії світла. У цьому випадку зображення являє собою суму великого числа монохроматичних зображень, які не збігаються між собою ані за розміщенням чи за розмірами. Зображення стає пофарбованим.

Для математичного опису монохроматичних аберацій їх поділяють на аберації третього порядку й аберації вищого порядку, а хроматичні – на аберації першого порядку, третього порядку й аберації вищого порядку. У свою чергу серед монохроматичних аберацій третього порядку розрізняють:

1) сферичну аберацію;

2) кому;

3) астигматизм;

4) кривизну зображення і

5) дисторсію.

Хроматичні аберації першого порядку включають:

1) хроматизм положення;

2) вторинний спектр і

3) хроматизм збільшення.

Хроматичні аберації третього порядку можна поділити на:

1) сферохроматичну аберацію;

2) кольорову кому;

3) кольоровий астигматизм;

4) кольорову кривизну і

5) хроматичну дисторсію.

Повний опис аберацій може бути отриманий за допомогою эйконалів. Эйконали – це функції від деяких параметрів, що виражають оптичні довжини променя між спеціальним образом обраними точками. Оптична довжина променя визначається сумою  добутків показників заломлення  на відрізки , відлічувані вздовж шляху променя, що йде від предметної точки до точки зображення.

Монохроматичні аберації. У загальному випадку геометричний зміст аберацій стає зрозумілим з рис. 1. Перед умовно зображеною оптичною системою розташовується предмет , ідеальне зображення якого . У зв'язку з тим, що реальна оптична система порушує гомоцентричність променів, у загальному випадку зовнішньомеридіональний промінь, що вийшов із точки В0, після оптичної системи в точку В не приходить, а перетинає площину ідеального зображення в точці . Тоді геометричною аберацією буде відрізок . ............