Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 104. Сферическая аберрация
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 104. Сферическая аберрация. Возникновение этой погреш-
ности можно проследить с помощью легко доступных опытов. Возьмем простую собирающую линзу 1 (например, плосковы- пуклую линзу) по возможности с большим диаметром и малым фокусным расстоянием. Небольшой и в то же время достаточно яркий источник света можно получить, если, просверлив в боль- шом экране 2 отверстие диаметром около 1 мм, укрепить перед ним кусочек матового стекла 3, освещенного сильной лампой с небольшого расстояния. Еще лучше сконцентрировать на ма- товом стекле свет от дугового фонаря. Эта «светящаяся точка» должна быть расположена на главной оптической оси линзы (рис. 228, а). Рис. 228. Экспериментальное изучение сферической аберрации: а) лин- за, на которую падает широкий пучок, дает расплывчатое изображение; б) центральная зона линзы дает хорошее резкое изображение С помощью указанной линзы, на которую падают широкие световые пучки, не удается получить резкое изображение источ- ника. Как бы мы ни перемещали экран 4, на нем получается довольно расплывчатое изображение. Но если ограничить пуч- ки, падающие на линзу, поставив перед ней кусок картона 5 с небольшим отверстием против центральной части (рис. 228, б),
276 Гл. XI. Оптические системы и их погрешности то изображение значительно улучшится: можно найти такое по- ложение экрана 4, что изображение источника на нем будет до- статочно резким. Это наблюдение вполне согласуется с тем, что нам известно относительно изображения, получаемого в линзе с помощью узких приосевых пучков (ср. § 89). Заменим теперь картон с центральным отверстием куском картона с небольшими отверстиями, расположенными вдоль Рис. 229. Экран с от- верстиями для изуче- ния сферической абер- рации
диаметра линзы (рис. 229). Ход лучей, проходящих через эти отверстия, можно проследить, если слегка задымить воз- дух за линзой. Мы обнаружим, что лу- чи, проходящие через отверстия, распо- ложенные на р а з л и ч н о м расстоянии от центра линзы, пересекаются в р а з- н ы х точках: чем дальше от оси линзы выходит луч, тем сильнее он прелом- ляется и тем ближе к линзе находится точка его пересечения с осью (рис. 230). Таким образом, наши опыты показы- вают, что лучи, проходящие через от- дельные з о н ы л и н з ы, расположен- ные на р а з н ы х р а с с т о я н и я х о т о с и, дают изображения источника, лежащие на р а з н ы х р а с с т о я н и я х о т л и н з ы. При д а н н о м п о л о ж е н и и экрана разные зоны линзы дадут на нем: одни — более резкие, Рис. 230. Возникновение сферической аберрации. Лучи, выходящие из линзы на разной высоте над осью, дают изображения точки S в разных точках S , S , S другие — более расплывчатые изображения источника, которые сольются в светлый кружок. Гл. XI. Оптические системы и их погрешности 277
В результате линза большого диаметра дает изображение точечного источника не в виде точки, а в виде расплывчатого светлого пятнышка. Итак, при использовании ш и р о к и х световых пучков мы не получаем точечного изображения даже в том случае, когда источник расположен на главной оси. Эта погрешность оптиче- ских систем называется сферической аберрацией. Для простых отрицательных линз благодаря сферической аберрации фокусное расстояние лучей, проходящих через цен- тральную зону линзы, также будет более значительным, чем для лучей, проходящих через периферическую зону. Другими словами, параллельный пучок, проходя через центральную зону рассеивающей линзы, становится м е н е е расходящимся, чем пучок, идущий через наружные зоны. Заставив свет после со- бирающей линзы пройти через рассеивающую, мы у в е л и ч и м фокусное расстояние. Это увеличение будет, однако, м е н е е значительным для центральных лучей, чем для лучей перифери- ческих (рис. 231). Рис. 231. Сферическая аберрация: а) в собирающей линзе; б) в рассеи- вающей линзе Таким образом, более длинное фокусное расстояние собира- ющей линзы, соответствующее центральным лучам, увеличится в меньшей степени, чем более короткое фокусное расстояние периферических лучей. Следовательно, рассеивающая линза бла- годаря своей сферической аберрации в ы р а в н и в а е т разли- чие фокусных расстояний центральных и периферических лу- чей, обусловленное сферической аберрацией собирающей линзы. Правильно рассчитав комбинацию собирающей и рассеивающей линз, мы можем столь полно осуществить это выравнивание, что сферическая аберрация системы из двух линз будет практически сведена к нулю (рис. 232). Обычно обе простые линзы склеива- ются (рис. 233). 278 Гл. XI. Оптические системы и их погрешности Рис. 232. Исправление сферической аберрации путем комбинирования собирающей и рассеивающей линз Рис. 233. Склеенный астрономический объ- ектив, исправленный на сферическую абер- рацию
Из сказанного видно, что уничтоже- ние сферической аберрации осуществля- ется комбинацией двух частей системы, сферические аберрации которых взаимно к о м п е н с и р у ю т друг друга. Анало- гичным образом мы поступаем и при ис- правлении других недостатков системы. Примером оптической системы с устранен- ной сферической аберрацией могут служить астрономические объективы. Если звезда на- ходится на оси объектива, то ее изображение практически не искажено аберрацией, хотя диаметр объектива может достигать несколь- ких десятков сантиметров. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|