Vārds aberācija apzīmē optisko efektu kopumu, kas saistīts ar objekta izkropļojumu novērošanas laikā. Šajā rakstā mēs runāsim par vairākiem aberāciju veidiem, kas ir visatbilstošākie astronomiskajiem novērojumiem.
gaismas aberācija astronomijā tā ir debess objekta šķietama pārvietošanās ierobežota gaismas ātruma dēļ apvienojumā ar novērotā objekta un novērotāja kustību. Aberācijas darbība noved pie tā, ka šķietamais virziens uz objektu tajā pašā laikā nesakrīt ar ģeometrisko virzienu uz to.
Rezultāts ir tāds, ka Zemes kustības ap Sauli un laika, kas nepieciešams, lai gaisma izplatās, dēļ novērotājs redz zvaigzni citā vietā, nevis tur, kur tā atrodas. Ja Zeme stāvētu vai gaisma izplatītos acumirklī, tad gaismas aberācijas nebūtu. Tāpēc, nosakot zvaigznes stāvokli debesīs ar teleskopu, mēs nedrīkstam skaitīt leņķi, kādā zvaigzne ir sasvērusies, bet nedaudz palielināt to Zemes kustības virzienā.
Aberācijas efekts nav liels. Tā lielākā vērtība tiek sasniegta ar nosacījumu, ka zeme pārvietojas perpendikulāri stara virzienam. Tajā pašā laikā zvaigznes stāvokļa novirze ir tikai 20,4 sekundes, jo zeme 1 sekundē nobrauc tikai 30 km, bet gaismas stars - 300 000 km.
Ir arī vairāki veidi ģeometriskā aberācija. Sfēriskā aberācija- lēcas vai lēcas aberācija, kas sastāv no tā, ka plats monohromatiskās gaismas stars, kas izplūst no punkta, kas atrodas uz lēcas galvenās optiskās ass, izejot cauri objektīvam, krustojas nevis vienā, bet daudzos punktos. atrodas uz optiskās ass dažādos attālumos no objektīva, kā rezultātā attēls ir neass. Rezultātā tādu punktveida objektu kā zvaigzni var uzskatīt par mazu bumbiņu, šīs bumbiņas izmēru ņemot par zvaigznes izmēru.
Attēla lauka izliekums- aberācija, kuras rezultātā plakana objekta attēls, kas ir perpendikulārs lēcas optiskajai asij, atrodas uz virsmas, kas ir ieliekta vai izliekta pret lēcu. Šī aberācija rada nevienmērīgu asumu attēla laukā. Tāpēc, kad attēla centrs ir asi fokusēts, attēla malas būs nefokusētas un attēls būs izplūdis. Ja asumu iestata gar attēla malām, tā centrālā daļa būs neasa. Šāda veida novirze nav būtiska astronomijai.
Un šeit ir vēl daži aberāciju veidi:
Difrakcijas aberācija rodas gaismas difrakcijas dēļ ar fotoobjektīva apertūru un cilindru. Difrakcijas aberācija ierobežo fotoobjektīva izšķirtspēju. Šīs novirzes dēļ minimālo leņķisko attālumu starp punktiem, ko pieļauj objektīvs, ierobežo lambda / D radiānu vērtība, kur lambda ir izmantotās gaismas viļņa garums (optiskais diapazons parasti ietver elektromagnētiskos viļņus ar garumu no 400 nm līdz 700 nm), D ir objektīva diametrs. Aplūkojot šo formulu, kļūst skaidrs, cik svarīgs ir objektīva diametrs. Tieši šis parametrs ir galvenais lielākajiem un dārgākajiem teleskopiem. Ir arī skaidrs, ka teleskops, kas spēj redzēt rentgena staros, ir labvēlīgs salīdzinājumā ar parasto optisko teleskopu. Fakts ir tāds, ka rentgenstaru viļņa garums ir 100 reizes mazāks par gaismas viļņa garumu optiskajā diapazonā. Tāpēc šādiem teleskopiem minimālais leņķiskais attālums ir 100 reizes mazāks nekā parastajiem optiskajiem teleskopiem ar tādu pašu objektīva diametru.
Aberācijas izpēte ļāva ievērojami uzlabot astronomijas instrumentus. Mūsdienu teleskopos aberācijas ietekme ir samazināta līdz minimumam, bet tieši aberācija ierobežo optisko instrumentu iespējas.
Ir ierasts ņemt vērā staru kūli, kas izplūst no objekta punkta, kas atrodas uz optiskās ass. Tomēr sfēriskā aberācija rodas arī citiem staru kūļiem, kas izplūst no objekta punktiem, kas atrodas attālināti no optiskās ass, taču šādos gadījumos to uzskata par visa slīpā staru kūļa aberāciju neatņemamu sastāvdaļu. Turklāt, lai gan šo aberāciju sauc sfērisks, tas ir raksturīgs ne tikai sfēriskām virsmām.
Sfēriskās aberācijas rezultātā cilindrisks staru kūlis pēc lēcas laušanas (attēla telpā) iegūst nevis konusa, bet gan piltuves formas figūras formu, kuras ārējā virsma atrodas netālu no pudeles kakla. , sauc par kodīgo virsmu. Šajā gadījumā punkta attēlam ir diska forma ar nevienmērīgu apgaismojuma sadalījumu, un kaustiskās līknes forma ļauj spriest par apgaismojuma sadalījuma raksturu. Vispārīgā gadījumā izkliedes skaitlis, ja ir sfēriska aberācija, ir koncentrisku apļu sistēma ar rādiusiem, kas ir proporcionāli koordinātu trešajai pakāpei pie ieejas (vai izejas) skolēna.
Dizaina vērtības
Attālums δs" pa optisko asi starp nulles un galējo staru izzušanas punktiem sauc gareniskā sfēriskā aberācija.
Diametrs δ" izkliedes apli (disku) nosaka pēc formulas
- 2h 1 - sistēmas urbuma diametrs;
- a"- attālums no sistēmas līdz attēla punktam;
- δs"- gareniskā aberācija.
Objektiem, kas atrodas bezgalībā
Kombinējot tik vienkāršas lēcas, var būtiski koriģēt sfērisko aberāciju.
Samazināšana un labošana
Dažos gadījumos nelielu trešās kārtas sfērisko aberāciju var koriģēt, nedaudz defokusējot objektīvu. Šajā gadījumā attēla plakne pāriet uz t.s "labākās instalācijas plakne", kas parasti atrodas vidū, starp aksiālo un galējo staru krustpunktu un nesakrīt ar šaurāko plata staru staru krustošanās punktu (mazākās izkliedes disks). Šī neatbilstība ir izskaidrojama ar gaismas enerģijas sadalījumu diskā ar vismazāko izkliedi, kas veido apgaismojuma maksimumus ne tikai centrā, bet arī malā. Tas ir, mēs varam teikt, ka "disks" ir spilgts gredzens ar centrālo punktu. Tāpēc optiskās sistēmas izšķirtspēja plaknē, kas sakrīt ar mazākās izkliedes disku, būs mazāka, neskatoties uz mazāko šķērssfēriskās aberācijas apjomu. Šīs metodes piemērotība ir atkarīga no sfēriskās aberācijas lieluma un apgaismojuma sadalījuma rakstura izkliedes diskā.
Stingri sakot, sfērisko aberāciju var pilnībā koriģēt tikai dažiem šauru zonu pāriem un turklāt tikai noteiktiem diviem konjugātiem punktiem. Tomēr praksē korekcija var būt diezgan apmierinoša pat divu lēcu sistēmām.
Parasti sfēriskā aberācija tiek novērsta vienai augstuma vērtībai h 0, kas atbilst sistēmas zīlītes malai. Šajā gadījumā lielākā atlikušās sfēriskās aberācijas vērtība ir sagaidāma augstumā h e nosaka pēc vienkāršas formulas
Atlikušā sfēriskā aberācija noved pie tā, ka punkta attēls nekad nekļūs par punktu. Tas paliks disks, lai gan daudz mazāks nekā nekoriģētas sfēriskās aberācijas gadījumā.
Lai samazinātu atlikušo sfērisko aberāciju, bieži tiek izmantota aprēķināta "korekcija" sistēmas zīlītes malā, piešķirot malas zonas sfēriskajai aberācijai pozitīvu vērtību ( δs"> 0). Šajā gadījumā stari šķērso skolēnu augstumā h e , šķērsojiet vēl tuvāk fokusa punktam, un malu stari, kaut arī saplūst aiz fokusa punkta, nepārsniedz izkliedes diska robežas. Tādējādi izkliedētā diska izmērs samazinās un palielinās tā spilgtums. Tas ir, tiek uzlabota gan attēla detaļa, gan kontrasts. Tomēr, ņemot vērā apgaismojuma sadalījumu izkliedes diskā, objektīviem ar "atkārtoti koriģētu" sfērisko aberāciju bieži ir "dubultojošs" ārpusfokusa izplūšana.
Dažos gadījumos ir pieļaujama būtiska "atkārtota korekcija". Tā, piemēram, Karla Zeisa Jēnas agrīnajiem "Planāriem" bija pozitīva sfēriskās aberācijas vērtība ( δs"> 0), gan skolēna marginālajai, gan vidējai zonai. Šis risinājums nedaudz samazina kontrastu pie pilnas diafragmas, bet ievērojami palielina izšķirtspēju pie mazām diafragmas atvērumiem.
Piezīmes
Literatūra
- Begunovs B. N. Ģeometriskā optika, Maskavas Valsts universitāte, 1966.
- Volosovs D.S., Fotogrāfijas optika. M., "Māksla", 1971.
- Zakaznovs N. P. et al., Optisko sistēmu teorija, M., "Inženierzinātnes", 1992.
- Landsberga G.S. Optika. M., FIZMATLIT, 2003.
- Čurilovskis V. N. Optisko ierīču teorija, L., "Inženierzinātnes", 1966.
- Smith, Warren J. Mūsdienu optiskā inženierija, McGraw-Hill, 2000.
Wikimedia fonds. 2010 .
Fiziskā enciklopēdija
Viens no optisko sistēmu aberāciju veidiem (sk. Optisko sistēmu aberācijas); izpaužas kā fokusu neatbilstība gaismas stariem, kas iet caur asimetrisku optisko sistēmu (objektīvs (skatīt objektīvu), objektīvs) dažādos attālumos no ... Lielā padomju enciklopēdija
Attēla kropļojumi optiskajās sistēmās, ko izraisa tas, ka gaismas stari no punktveida avota, kas atrodas uz optiskās ass, netiek savākti vienā punktā ar stariem, kas ir izgājuši cauri sistēmas daļām, kas atrodas attālināti no ass. * * * Sfēriska…… enciklopēdiskā vārdnīca
sfēriskā aberācija- sferinė aberacija statusas T joma fizika atitikmenys: angl. sfēriskā aberācija vok. spärische Aberācija, f rus. sfēriskā aberācija, fpranc. aberration de sphéricité, f; aberration sphérique, f … Fizikos terminų žodynas
SFERISKĀ ABERĀCIJA- Skatiet aberāciju, sfērisku... Psiholoģijas skaidrojošā vārdnīca
sfēriskā aberācija- sakarā ar gaismas staru fokusu neatbilstību, kas iet dažādos attālumos no sistēmas optiskās ass, noved pie punkta attēla dažāda apgaismojuma apļa formā. Skatīt arī: aberācija hromatiskā aberācija... Enciklopēdiskā metalurģijas vārdnīca
Viena no optisko sistēmu aberācijām, ko izraisa fokusu neatbilstība gaismas stariem, kas iet caur asimetrisku optisko sistēmu. sistēma (objektīvs, objektīvs) dažādos attālumos no šīs sistēmas optiskās ass. Šķiet, ka attēls...... Lielā enciklopēdiskā politehniskā vārdnīca
Attēla kropļojumi optiskajā sistēmas sakarā ar to, ka gaismas stari no punktveida avota, kas atrodas uz optiskā. asis netiek savākti vienā punktā ar stariem, kas ir izgājuši cauri sistēmas daļām, kas atrodas tālu no ass ... Dabaszinātnes. enciklopēdiskā vārdnīca
Ideālu lietu nav... Nav arī ideāla objektīva - objektīva, kas spēj bezgala maza punkta formā izveidot bezgala maza punkta attēlu. Iemesls tam - sfēriskā aberācija.
Sfēriskā aberācija- kropļojumi, kas rodas no fokusu atšķirībām stariem, kas iet dažādos attālumos no optiskās ass. Atšķirībā no iepriekš aprakstītās komas un astigmatisma, šis izkropļojums nav asimetrisks un rada vienmērīgu staru novirzi no punktveida gaismas avota.
Sfēriskā aberācija dažādās pakāpēs ir raksturīga visiem objektīviem, ar dažiem izņēmumiem (man zināmais ir Era-12, tā asumu vairāk ierobežo hromatisms), tieši šis kropļojums ierobežo objektīva asumu pie atvērtas apertūras.
1. shēma (Wikipedia). Sfēriskās aberācijas parādīšanās
Sfēriskajai aberācijai ir daudz seju - dažreiz to sauc par cēlu "programmatūru", dažreiz par zemas kvalitātes "ziepēm", tā lielākā mērā veido objektīva bokeh. Pateicoties viņai, Trioplan 100/2.8 ir burbuļu ģenerators, un Lomogrāfijas biedrības jaunajam Petzvalam ir izplūšanas kontrole... Tomēr vispirms.
Kā attēlā parādās sfēriskā aberācija?
Acīmredzamākā izpausme ir objekta kontūru izplūšana asuma zonā ("kontūru mirdzums", "mīksts efekts"), sīku detaļu slēpšana, defokusēšanas sajūta ("ziepes" - smagos gadījumos) ;
Sfēriskās aberācijas (programmatūras) piemērs attēlā, kas uzņemts ar Industar-26M no FED, F/2.8
Daudz mazāk acīmredzama ir sfēriskās aberācijas izpausme objektīva bokē. Atkarībā no zīmes, korekcijas pakāpes utt., sfēriskā aberācija var veidot dažādus apjukuma lokus.
Parauguzņēmums ar Triplet 78 / 2.8 (F / 2.8) - izplūdušiem apļiem ir spilgta robeža un spilgts centrs - objektīvam ir liela sfēriskā aberācija
Aplanat KO-120M 120 / 1,8 (F / 1,8) attēla piemērs - apjukuma aplim ir nedaudz izteikta robeža, bet tā joprojām pastāv. Objektīvs, spriežot pēc testiem (es publicēju agrāk citā rakstā) - sfēriskā aberācija ir neliela
Un, piemēram, objektīva, kura sfēriskā aberācija ir neizsakāmi maza, piemērs - kadrs ar Era-12 125/4 (F / 4). Aplim parasti nav apmales, spilgtuma sadalījums ir ļoti vienmērīgs. Tas runā par izcilu objektīva korekciju (kas patiešām ir taisnība).
Sfēriskās aberācijas novēršana
Galvenā metode ir apertūra. "Papildu" staru nogriešana ļauj labi uzlabot asumu.
2. shēma (Wikipedia) - sfēriskās aberācijas samazināšana ar diafrāmas palīdzību (1 att.) un ar defokusēšanas palīdzību (2 att.). Defokusa metode parasti nav piemērota fotografēšanai.
Pasaules fotogrāfiju piemēri (centrs ir izgriezts) ar dažādām diafragmas atvērumiem - 2,8, 4, 5,6 un 8, kas izgatavoti, izmantojot objektīvu Industar-61 (agrīnais, FED).
F / 2.8 - diezgan spēcīga programmatūra ir matēta
.jpg)
F / 4 - programmatūra ir samazinājusies, attēla detalizācija ir uzlabojusies
.jpg)
F/5.6 - gandrīz nav programmatūras
F / 8 - nav programmatūras, sīkas detaļas ir skaidri redzamas
Grafiskajos redaktoros varat izmantot asināšanas un izplūšanas funkcijas, kas var nedaudz samazināt sfēriskās aberācijas negatīvo ietekmi.
Dažreiz objektīva atteices dēļ rodas sfēriskā aberācija. Parasti - spraugu pārkāpumi starp lēcām. Palīdz izlīdzināt.
Piemēram, pastāv aizdomas, ka, pārrēķinot Jupiteru-9 priekš LZOS, kaut kas nogāja greizi: salīdzinot ar KMZ ražoto Jupiteru-9, milzīgas sfēriskās aberācijas dēļ LZOS asuma vienkārši nav. De facto - objektīvi atšķiras pilnīgi visā, izņemot skaitļus 85/2. Baltais var pārspēt ar Canon 85/1.8 USM, bet melnais var cīnīties tikai ar Triplet 78/2.8 un mīkstajiem objektīviem.
Uzņemts ar 80. gadu melnu Jupiter-9, LZOS (F / 2)
Uzņemts uz balta Jupitera-9 1959. gadā, KMZ (F / 2)
Saistība ar fotogrāfa sfērisko aberāciju
Sfēriskā aberācija samazina attēla asumu un reizēm ir nepatīkama – šķiet, ka objekts ir ārpus fokusa. Optiku ar palielinātu sfrisko aberāciju nevajadzētu izmantot parastajā fotografēšanā.
Tomēr sfēriskā aberācija ir neatņemama objektīva modeļa sastāvdaļa. Bez tā nebūtu skaistu, mīkstu portretu uz Tair-11, traki pasakainu monokli ainavu, slavenā Meyer Trioplan burbuļbokē, Industar-26M "zirņu" un "apjomīgu" apļu kaķa acs formā uz Zeiss Planar. 50 / 1.7. Nav vērts mēģināt atbrīvoties no sfēriskās aberācijas lēcās - ir vērts mēģināt atrast tai pielietojumu. Lai gan, protams, pārmērīga sfēriskā aberācija vairumā gadījumu nedod neko labu.
secinājumus
Rakstā mēs detalizēti analizējām sfēriskās aberācijas ietekmi uz fotogrāfiju: uz asumu, bokeh, estētiku utt.
Apskatīsim punkta attēlu, kas atrodas uz optiskās ass, ko dod optiskā sistēma. Tā kā optiskajai sistēmai ir apļveida simetrija attiecībā pret optisko asi, pietiek tikai aprobežoties ar staru izvēli, kas atrodas meridionālajā plaknē. Uz att. 113 parāda pozitīvas atsevišķas lēcas raksturīgo staru ceļu. Pozīcija
Rīsi. 113.Pozitīvas lēcas sfēriskā aberācija
Rīsi. 114. Sfēriskā aberācija ārpusass punktam
Objekta punkta A ideālo attēlu nosaka paraksiālais stars, kas šķērso optisko asi attālumā no pēdējās virsmas. Stari, kas veido gala leņķus ar optisko asi, nenonāk līdz ideāla attēla punktam. Vienam pozitīvam objektīvam, jo lielāka ir leņķa absolūtā vērtība, jo tuvāk objektīvam stars šķērso optisko asi. Tas ir saistīts ar objektīva nevienlīdzīgo optisko jaudu dažādās zonās, kas palielinās līdz ar attālumu no optiskās ass.
Noteikto topošā staru kūļa homocentricitātes pārkāpumu var raksturot ar atšķirību garenvirziena segmentos paraksiālajiem stariem un stariem, kas iet cauri ieejas zīlītes plaknei ierobežotā augstumā: Šo atšķirību sauc par garenisko sfērisko aberāciju.
Sfēriskās aberācijas klātbūtne sistēmā noved pie tā, ka ideālā attēla plaknes punkta asa attēla vietā tiek iegūts izkliedes aplis, kura diametrs ir vienāds ar divkāršu vērtību.Pēdējais ir saistīts ar gareniskā sfēriskā aberācija pēc attiecības
un to sauc par šķērsenisko sfērisko aberāciju.
Jāņem vērā, ka sfēriskās aberācijas gadījumā tiek saglabāta simetrija staru kūlī, kas atstājis sistēmu. Atšķirībā no citām monohromatiskām aberācijām, sfēriskā aberācija notiek visos optiskās sistēmas lauka punktos, un, ja nav citu aberāciju ārpusass punktos, staru kūlis, kas atstāj sistēmu, paliks simetrisks attiecībā pret galveno staru ( 114. att.).
Sfēriskās aberācijas aptuveno vērtību var noteikt pēc formulas trešās kārtas aberācijām, izmantojot
Objektam, kas atrodas ierobežotā attālumā, kā parādīts attēlā. 113
Trešās kārtas aberāciju teorijas derīguma ietvaros var pieņemt
Ja mēs kaut ko ieliekam, saskaņā ar normalizācijas nosacījumiem mēs iegūstam
Pēc tam, izmantojot formulu (253), mēs atklājam, ka trešās kārtas šķērsvirziena sfēriskā aberācija objektīvam punktam, kas atrodas ierobežotā attālumā,
Attiecīgi trešās kārtas garenvirziena sfēriskām aberācijām, pieņemot saskaņā ar (262) un (263), mēs iegūstam
Formulas (263) un (264) ir derīgas arī objektam, kas atrodas bezgalībā, ja to aprēķina normalizācijas apstākļos (256), t.i., reālā fokusa attālumā.
Optisko sistēmu aberācijas aprēķināšanas praksē, aprēķinot trešās kārtas sfērisko aberāciju, ir ērti izmantot formulas, kas satur staru kūļa koordinātu pie ieejas skolēna. Tad saskaņā ar (257) un (262) mēs iegūstam:
ja aprēķina normalizācijas apstākļos (256).
Normalizācijas nosacījumiem (258), t.i., samazinātai sistēmai saskaņā ar (259) un (262) mums būs:
No iepriekšminētajām formulām izriet, ka dotajā gadījumā trešās kārtas sfēriskā aberācija ir lielāka, jo lielāka ir staru kūļa koordināte pie ieejas zīlītes.
Tā kā sfēriskā aberācija ir sastopama visos lauka punktos, optiskās sistēmas aberācijas korekcijas laikā prioritāte tiek dota sfēriskās aberācijas koriģēšanai. Vienkāršākā optiskā sistēma ar sfēriskām virsmām, kurā var samazināt sfērisko aberāciju, ir pozitīvo un negatīvo lēcu kombinācija. Gan pozitīvajās, gan negatīvajās lēcās galējās zonas lauž starus spēcīgāk nekā zonas, kas atrodas pie ass (115. att.). Negatīvajam objektīvam ir pozitīva sfēriskā aberācija. Tāpēc pozitīvas lēcas ar negatīvu sfērisku aberāciju kombinācija ar negatīvu lēcu rada sistēmu ar koriģētu sfērisko aberāciju. Diemžēl sfērisko aberāciju var novērst tikai dažiem stariem, bet to nevar pilnībā izlabot visā ieejas zīlītē.
Rīsi. 115. Negatīvā lēcas sfēriskā aberācija
Tādējādi jebkurai optiskajai sistēmai vienmēr ir atlikušā sfēriskā aberācija. Optiskās sistēmas atlikušās aberācijas parasti tiek parādītas tabulu veidā un ilustrētas ar grafikiem. Objekta punktam, kas atrodas uz optiskās ass, ir doti garenvirziena un šķērsvirziena sfērisko aberāciju diagrammas, kas attēlotas kā koordinātu funkcijas, vai
Garenvirziena un atbilstošās šķērsvirziena sfēriskās aberācijas līknes ir parādītas Fig. 116. Grafiki att. 116a atbilst optiskajai sistēmai ar nepietiekami koriģētu sfērisko aberāciju. Ja šādai sistēmai tās sfērisko aberāciju nosaka tikai trešās kārtas aberācijas, tad saskaņā ar formulu (264) gareniskās sfēriskās aberācijas līknei ir kvadrātveida parabolas forma, bet šķērsvirziena aberācijas līknei ir kubiskā forma. parabola. Grafiki att. 116b atbilst optiskajai sistēmai, kurā tiek koriģēta sfēriskā aberācija staram, kas iet caur ieejas zīlītes malu, un grafikiem attēlā. 116, c - optiskā sistēma ar novirzītu sfērisku aberāciju. Sfēriskās aberācijas korekciju vai korekciju var iegūt, piemēram, kombinējot pozitīvās un negatīvās lēcas.
Šķērsvirziena sfēriskā aberācija raksturo izkliedes apli, ko iegūst ideāla punkta attēla vietā. Dotās optiskās sistēmas izkliedes apļa diametrs ir atkarīgs no attēla plaknes izvēles. Ja šo plakni nobīda attiecībā pret ideālā attēla plakni (Gausa plakni) par lielumu (117. att., a), tad pārvietotajā plaknē iegūstam šķērsvirziena aberāciju, kas saistīta ar šķērsenisko aberāciju Gausa plaknē pēc atkarības.
Formulā (266) termins šķērseniskās sfēriskās aberācijas grafikā, kas attēlots koordinātēs, ir taisna līnija, kas iet caur sākuma punktu. Plkst
Rīsi. 116. Garenisko un šķērsenisko sfērisko aberāciju grafiskais attēlojums
Šīs kļūdas rašanos var izsekot ar viegli pieejamu eksperimentu palīdzību. Ņemsim vienkāršu saplūstošu objektīvu 1 (piemēram, plakaniski izliektu objektīvu) ar pēc iespējas lielāku diametru un mazu fokusa attālumu. Nelielu un tajā pašā laikā pietiekami spilgtu gaismas avotu var iegūt, izurbjot caurumu lielā ekrānā 2, kura diametrs ir aptuveni , un nostiprinot tā priekšā matēta stikla gabalu 3, ko apgaismo spēcīga lampa no neliels attālums. Vēl labāk loka lampas gaismu koncentrēt uz matēta stikla. Šim "gaismas punktam" jāatrodas uz objektīva galvenās optiskās ass (228. att., a).
Rīsi. 228. Sfēriskās aberācijas eksperimentālā izpēte: a) lēca, uz kuras krīt plats stars, rada izplūdušu attēlu; b) objektīva centrālā zona nodrošina labu asu attēlu
Ar norādītā objektīva palīdzību, uz kura krīt plaši gaismas stari, nav iespējams iegūt asu avota attēlu. Neatkarīgi no tā, kā mēs pārvietojam 4. ekrānu, attēls ir diezgan izplūdis. Bet, ja starus, kas krīt uz objektīvu, ierobežo, novietojot tam priekšā kartona gabalu 5 ar nelielu caurumu pretī centrālajai daļai (228. att., b), tad attēls ievērojami uzlabosies: ir iespējams tādu atrast. ekrāna novietojums 4, lai avota attēls uz tā būtu pietiekami ass. Šis novērojums labi saskan ar to, ko mēs zinām par attēlu, kas iegūts objektīvā ar šauriem paraksiāliem stariem (sal. §89).
Rīsi. 229. Ekrāns ar caurumiem sfērisko aberāciju pētīšanai
Tagad nomainīsim kartonu ar centrālo caurumu ar kartona gabalu ar maziem caurumiem, kas atrodas gar objektīva diametru (229. att.). Caur šiem caurumiem ejošo staru gaitu var izsekot, ja gaiss aiz objektīva ir viegli kūpināts. Mēs atklāsim, ka stari, kas iet cauri caurumiem, kas atrodas dažādos attālumos no objektīva centra, krustojas dažādos punktos: jo tālāk no lēcas ass virzās stars, jo vairāk tas tiek lauzts, un jo tuvāk objektīvam ir punkts. no tā krustojuma ar asi.
Tādējādi mūsu eksperimenti parāda, ka stari, kas iet caur atsevišķām objektīva zonām, kas atrodas dažādos attālumos no ass, dod attēlus avotam, kas atrodas dažādos attālumos no objektīva. Noteiktā ekrāna pozīcijā tam tiks piešķirtas dažādas objektīva zonas: dažas ir asākas, citas ir izplūdušāki avota attēli, kas saplūdīs gaišā aplī. Rezultātā liela diametra objektīvs rada punktveida avota attēlu nevis kā punktu, bet gan kā izplūdušu gaismas punktu.
Tātad, izmantojot platus gaismas starus, mēs neiegūstam punktu attēlu pat tad, ja avots atrodas uz galvenās ass. Šo kļūdu optiskajās sistēmās sauc par sfērisko aberāciju.
Rīsi. 230. Sfēriskās aberācijas rašanās. Stari, kas atstāj objektīvu dažādos augstumos virs ass, rada punkta attēlus dažādos punktos
Vienkāršām negatīvām lēcām sfēriskās aberācijas dēļ arī staru fokusa attālums, kas iet cauri objektīva centrālajai zonai, būs lielāks nekā stariem, kas iet cauri perifērajai zonai. Citiem vārdiem sakot, paralēls stars, kas iet caur novirzošās lēcas centrālo zonu, kļūst mazāk novirzošs nekā stars, kas iet caur ārējām zonām. Piespiežot gaismu pēc saplūstošā objektīva iziet cauri novirzošajam objektīvam, mēs palielinām fokusa attālumu. Šis pieaugums tomēr būs mazāk nozīmīgs centrālajiem stariem nekā perifērajiem stariem (231. att.).
Rīsi. 231. Sfēriskā aberācija: a) saplūstošā lēcā; b) atšķirīgā objektīvā
Tādējādi lielākais konverģējošās lēcas fokusa attālums, kas atbilst centrālajiem stariem, palielināsies mazākā mērā nekā perifēro staru mazākais fokusa attālums. Tāpēc novirzošais objektīvs savas sfēriskās aberācijas dēļ izlīdzina centrālo un perifēro staru fokusa attālumu atšķirību saplūstošās lēcas sfēriskās aberācijas dēļ. Pareizi aprēķinot saplūstošo un diverģējošu lēcu kombināciju, šo izlīdzinājumu varam panākt tik pilnīgi, ka divu lēcu sistēmas sfēriskā aberācija praktiski tiks samazināta līdz nullei (232. att.). Parasti abas vienkāršās lēcas tiek salīmētas kopā (233. att.).
Rīsi. 232 Sfērisko aberāciju koriģēšana, apvienojot saplūstošos un izkliedētos objektīvus
Rīsi. 233. Savienota astronomiskā lēca, kas koriģēta pēc sfēriskās aberācijas
No iepriekš minētā var redzēt, ka sfērisko aberāciju iznīcināšanu veic, apvienojot divas sfērisko aberāciju sistēmas daļas, kuras savstarpēji kompensē viena otru. Tāpat rīkojamies, labojot citus sistēmas trūkumus.
Astronomiskās lēcas var kalpot kā piemērs optiskai sistēmai, kurā ir novērsta sfēriskā aberācija. Ja zvaigzne atrodas uz objektīva ass, tad tās attēlu praktiski neizkropļo aberācijas, lai gan objektīva diametrs var sasniegt vairākus desmitus centimetru.