Оптические аберрации

Аберрация оптической системы – это искажения изображений, которые возникают на выходе из оптической системы. Название происходит от лат. aberratio - уклонение, удаление. Искажения состоят в том, что оптические изображения не полностью соответствуют предмету. Это проявляется в размытости изображения и называется монохроматической геометрической аберрацией либо окрашенности изображения - хроматической аберрацией оптической системы. Чаще всего оба вида аберрации проявляются вместе. 

Монохроматические геометрические аберрации

В 1856 году немецкий ученый Зайдель в результате анализа световых лучей установил  аберрации оптических систем, появляющихся при прохождении через объектив монохромного света (т.е. света одной волны). Эти аберрации, описанные ниже, называются аберрациями Зайделя. Монохроматические геометрические аберрации оптических систем являются следствием их несовершенства и проявляются в монохроматичном свете.

1. Сферическая аберрация

Проявляется в несовпадении фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси, вследствие чего нарушается гомоцентричность пучков лучей от точечного источника, хотя симметрия этих пучков сохраняется. Это единственный вид геометрической аберрации, которая имеет место даже тогда, когда исходная точка расположена на главной оптической оси системы. При сферической аберрации параллельный  пучок лучей после преломления линзой приобретает вид не конуса, а воронкообразной фигуры. Изображение точки имеет дисковую форму с неоднородной освещённостью,т.к.  удалённые лучи преломляются сильнее и образуют свои точки схода на некотором отдалении от фокальной плоскости.

2. Кома

Аберрация Кома нарушает гомоцентричность (лучи не сходятся в одну точку) широких световых пучков, которые входят в систему под углом к оптической оси. На оси центрированных оптических систем кома отсутствует. Приводит к тому, что изображение точки, формируемое оптической системой, принимает форму несимметричного пятна рассеяния с максимальной освещённостью у вершины фигуры рассеяния, напоминающего комету.

3. Кривизна поля изображения 

Проявляется в том, делает резкость неравномерной по полю изображения. (Фокальная плоскость "кривая")При нормальной фокусировке центральной части изображения края будут лежать не в фокусе (не резкими) и наоборот. 

4. Дисторсия

Дисторсией (искривлением) является изменение линейного увеличения по полю зрения, что приводит к нарушению геометрического подобия между объектом и его изображением. 

Хроматические аберрации в отличие от монохроматических связаны с зависимостью преломления от длины волны.

 Дисперсия (рассеивание) света – зависимость показателя преломления  от длины волны света, является причиной возникновения хроматических аберраций: хроматизма положения фокусов и хроматизма увеличения. В первом случае возникает смещение плоскости изображения для разных длин волн, во втором - изменяется поперечное увеличение. Хроматические аберрации проявляются в окрашивании изображения, в появлении у него цветных контуров, отсутствующих у источника

Дифракцио́нная аберрация возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. 

Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной λ/D радиан, где λ — длина волны используемого света (к световому диапазону обычно относят электромагнитные волны с длиной от 400 нм до 700 нм), D — диаметр объектива.

В оптических системах полностью устранить аберрации невозможно. Их доводят до минимально возможных значений, обусловленных техническими требованиями и ценой изготовления системы. Иногда также минимизируют одни аберрации за счёт увеличения других.