Lentilele nu formează imagini perfecte, și o lentilă introduce întotdeauna un anumit grad de distorsiune sau aberație care face ca imaginea să fie o replică imperfectă a obiectului. Proiectarea atentă a sistemului de lentile pentru o aplicație specială minimizează aberațiile. Mai multe tipuri de aberații afectează calitatea imaginii, inclusiv aberația sferică, coma și aberația cromatică.
Aberații sferice
Aberațiile sferice apar deoarece suprafețele sferice nu au forma ideală pentru o lentilă, dar sunt de departe cea mai simplă formă la care sticla poate fi măcinată și lustruită. Aberațiile sferice determină fluxurile paralele, dar îndepărtate de axa obiectivului, să fie focalizate într-un loc ușor diferit de fluxurile apropiate de axă. Aceasta se manifestă ca o estompare a imaginii. Lentile în care sunt folosite suprafețe mai apropiate de ideale, non-sferice, se numesc lentile asferice. Acestea au fost în trecut complex de realizat și adesea extrem de costisitoare, dar progresele tehnologice au redus considerabil costurile de producție pentru astfel de lentile. Aberațiile sferice pot fi reduse la minimum prin alegerea cu atenție a curburii suprafeței pentru o anumită aplicație. De exemplu, o lentilă plan-convexă, care este utilizată pentru a focaliza un fascicul colimat, produce un punct focal mai puternic atunci când este utilizată cu partea convexă spre sursa fasciculului.
Coma
Coma, sau aberația comatică, derivă numele ei din aspectul ca de cometă a imaginii aberate. Coma apare atunci când se crează imaginea pentru un obiect de pe axa optică a lentilei, razele trecând prin lentilă la un unghi față de axa θ. Razele care trec prin centrul unei lentile cu distanța focală f sunt focalizate la un punct cu distanța f tan θ de la axă. Razele care trec prin marginea exterioară a obiectivului sunt focalizate în puncte diferite, fie mai departe de axă (coma pozitivă) fie mai aproape de axă (coma negativă). În general, un fascicul de raze paralele care trec prin lentilă la o distanță fixă de centrul lentilei este focalizat pe o imagine în formă de inel în planul focal, cunoscut ca un cerc comatic. Suma tuturor acestor cercuri are ca rezultat o imagine în formă de V sau ca o cometă. Ca și în cazul aberațiilor sferice, coma poate fi minimizată (și în unele cazuri eliminată) prin alegerea curburii celor două suprafețe ale lentilei pentru a se potrivi cu aplicația. Lentilele în care atât aberația sferică cât și coma sunt reduse la minimum sunt considerate lentile de cea mai bună calitate.
Aberația cromatică
Aberația cromatică este cauzată de dispersia materialului lentilelor – variația indicelor său de refracție, n, cu lungimea de undă a luminii. Deoarece, din formulele de mai sus, f este dependentă de n, rezultă că lumina cu diferite lungimi de undă este focalizată pe poziții diferite. Aberația cromatică a unei lentile este văzută ca franjuri de culoare în jurul imaginii. Acesta poate fi minimizat prin utilizarea unui dublet acromatic (sau acromat) în care două materiale cu dispersie diferită sunt lipite împreună pentru a forma o singură lentilă. Acest lucru reduce cantitatea de aberație cromatică pe o anumită gamă de lungimi de undă, deși nu produce corecție perfectă. Utilizarea achromatelor a fost un pas important în dezvoltarea microscopului optic. Un apocromat este un sistem de lentile sau lentile cu corecție a aberației cromatice și mai bune, combinată cu corecția aberației sferice îmbunătățite. Apocromatele sunt mult mai scumpe decât acromatele.
Diferite materiale ale lentilelor pot fi de asemenea utilizate pentru a minimiza aberațiile cromatice, cum ar fi acoperirile specializate sau lentilele realizate din fluorit de cristal. Această substanță naturală are cel mai mare număr Abbe cunoscut, ceea ce indică faptul că materialul are dispersie redusă.
Alte tipuri de aberații
Alte tipuri de aberații includ curbarea câmpului, distorsiunea tip butoi și perniță de ace, și astigmatismul.
Diafracția diafragmei
Chiar dacă o lentilă este proiectată să minimizeze sau să elimine aberațiile descrise mai sus, calitatea imaginii este încă limitată de difracția luminii care trece prin diafragma finită a obiectivului. O lentilă cu difracție limitată este cea în care aberațiile au fost reduse la punctul în care calitatea imaginii este în primul rând limitată prin difracție în condițiile de proiectare.
Lasă un răspuns