Аберрации это: Аберрация – это что

АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ • Большая российская энциклопедия

АБЕРРА́ЦИИ ОПТИ́ЧЕСКИХ СИСТЕ́М (от лат. aberratio – ук­ло­не­ние), ис­ка­же­ния изо­бра­же­ний, соз­да­вае­мых оп­тич. сис­те­ма­ми. Про­яв­ля­ют­ся в том, что оп­тич. изо­бра­же­ния не впол­не от­чёт­ли­вы, неточ­но со­от­вет­ст­ву­ют объ­ек­там или ока­зы­ва­ют­ся ок­ра­шен­ны­ми. Су­ще­ст­ву­ет неск. ви­дов абер­ра­ций. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ны­ми яв­ля­ют­ся хро­ма­ти­че­ская абер­ра­ция и сле­дую­щие гео­мет­рич. абер­ра­ции: сфе­ри­че­ская, ас­тиг­ма­тизм, ко­ма, дис­тор­сия, кри­виз­на по­ля изо­бра­же­ния.

Сфе­ри­че­ская абер­ра­ция за­клю­ча­ет­ся в том, что све­то­вые лу­чи, ис­пу­щен­ные од­ной точ­кой объ­ек­та и про­шед­шие од­ни из них вбли­зи оп­тич. оси, а дру­гие че­рез от­да­лён­ные от оси час­ти сис­те­мы, не со­би­ра­ют­ся в од­ной точ­ке. Вслед­ст­вие это­го изо­бра­же­ние, соз­да­вае­мое па­рал­лель­ным пуч­ком лу­чей на пер­пен­дику­ляр­ном оси эк­ра­не, име­ет вид не точ­ки, а круж­кá с яр­ким ядром и ос­ла­бе­ваю­щим по яр­ко­сти оре­о­лом (т.  н. кру­жок рас­сея­ния). Спе­ци­аль­ным под­бо­ром линз (со­би­раю­щих и рас­сеи­ваю­щих) сфе­рич. абер­ра­цию мож­но поч­ти пол­но­стью уст­ра­нить.

Рис. 1. Световой пучок, прошедший через оптическую систему, обладающую астигматизмом. Внизу показаны сечения пучка плоскостями, перпендикулярными оптической оси системы.

Ас­тиг­ма­тизм про­яв­ля­ет­ся в том, что изо­бра­же­ние точ­ки, не ле­жа­щей на глав­ной оп­тич. оси, пред­став­ля­ет со­бой не точ­ку, а две вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ные ли­нии, рас­по­ло­жен­ные в раз­ных плос­ко­стях на не­ко­то­ром рас­стоя­нии друг от дру­га. Изо­бра­же­ния точ­ки в про­ме­жу­точ­ных ме­ж­ду эти­ми плос­ко­стя­ми се­че­ни­ях име­ют вид эл­лип­сов (рис. 1). Ас­тиг­ма­тизм обу­слов­лен не­оди­на­ко­во­стью кри­виз­ны оп­тич. по­верх­но­сти в раз­ных плос­ко­стях се­че­ния па­даю­ще­го на неё све­то­во­го пуч­ка и воз­ни­ка­ет ли­бо вслед­ст­вие асим­мет­рии оп­тич. сис­те­мы (напр., в ци­лин­д­рич. лин­зах), ли­бо в обыч­ных сфе­рич. лин­зах при па­де­нии све­то­во­го пуч­ка под боль­шим уг­лом к оси. Ас­тигма­тизм ис­прав­ля­ют та­ким под­бо­ром линз, что­бы од­на ком­пен­си­ро­ва­ла ас­тиг­ма­тизм дру­гой. Ас­тиг­ма­тиз­мом мо­жет об­ла­дать че­ло­ве­че­ский глаз (см. Асти­гма­тизм гла­за).

При на­клон­ном па­де­нии лу­чей на оп­тич. си­сте­му в ре­зуль­та­те на­ру­ше­ния сим­мет­рии пуч­ка воз­ни­ка­ет ещё од­на абер­ра­ция – ко­ма, при ко­то­рой изо­бра­же­ние точ­ки име­ет вид не­сим­мет­рич­но­го пят­на рас­се­я­ния. Её раз­ме­ры про­пор­ци­о­наль­ны квад­ра­ту уг­ло­вой апер­ту­ры оп­тич. си­сте­мы и уг­ло­во­му уда­ле­нию точ­ки-объ­е­кта от оп­тич. оси. Ко­ма ве­ли­ка в те­ле­ско­пах с па­ра­бо­лич. зер­ка­ла­ми. Ис­прав­ля­ют ко­му под­бо­ром линз.

Рис. 2. Дисторсия.

Для дис­тор­сии ха­рак­тер­но на­ру­ше­ние гео­мет­рич. по­до­бия ме­ж­ду объ­ек­том и его изо­бра­же­ни­ем. Дис­тор­сия обус­лов­ле­на не­оди­на­ко­вым ли­ней­ным уве­ли­че­ни­ем оп­тич. сис­те­мы на раз­ных уча­ст­ках изо­бра­же­ния. При­мер ис­ка­же­ний, ко­то­рые да­ёт сис­те­ма, об­ла­даю­щая дис­тор­си­ей, при­ве­дён на рис. 2. Сле­ва от цен­траль­но­го квад­ра­та по­ка­за­но его изо­бра­же­ние, ис­ка­жён­ное за счёт по­душ­ко­об­раз­ной (по­ло­жи­тель­ной) дис­тор­сии, спра­ва – ис­ка­жён­ное за счёт боч­ко­об­раз­ной (от­ри­ца­тель­ной) дис­тор­сии. Дис­тор­сия ус­тра­ня­ет­ся под­бо­ром линз.

Кри­виз­на по­ля – абер­ра­ция осе­сим­мет­рич­ной оп­тич. сис­те­мы, она за­клю­ча­ет­ся в том, что изо­бра­же­ние плос­ко­го пред­ме­та по­лу­ча­ет­ся пло­ским не в плос­ко­сти, как долж­но быть в иде­аль­ной сис­те­ме, а на ис­крив­лён­ной по­верх­но­сти. В слож­ных оп­тич. сис­те­мах кри­виз­ну по­ля ис­прав­ля­ют, со­че­тая лин­зы с по­верх­но­стя­ми раз­ной кри­виз­ны.

Оп­тич. сис­те­мы мо­гут об­ла­дать од­но­вре­мен­но неск. абер­ра­ция­ми, уст­ра­нить их все сра­зу – очень слож­ная за­да­ча. Обыч­но абер­ра­ции уст­ра­ня­ют час­тич­но в за­ви­си­мо­сти от на­зна­че­ния оп­тич. сис­те­мы. В не­ко­то­рых слу­ча­ях ис­поль­зу­ют ме­то­ды адап­тив­ной оп­ти­ки.

Хро­ма­тич. абер­ра­ция свя­за­на с за­ви­си­мо­стью по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния сред от дли­ны вол­ны све­та.

Не­со­вер­шен­ст­ва изо­бра­же­ний, фор­ми­руе­мых оп­тич. сис­те­мой, воз­ни­ка­ют так­же в ре­зуль­та­те ди­фрак­ции све­та на оп­ра­вах линз, диа­фраг­мах и т. п. Та­кие абер­ра­ции прин­ци­пи­аль­но не­уст­ра­ни­мы, хо­тя и мо­гут быть умень­ше­ны. Но они обыч­но не так силь­но влия­ют на изо­бра­же­ние, как гео­мет­ри­че­ские и хро­ма­ти­че­ские.

Хромосомные аберрации: причины и методы выявления

24 Августа 2019г.

Для данной мутации характерны структурные изменения хромосом. Выделяют несколько видов хромосомных аберраций.

  1. Делеция — утрата части хромосомы. Протяженность утраченного участка может быть разная, начиная от одного нуклеотида и заканчивая субхромосомными структурами, например целым плечом хромосомы. При такой хромосомной аберрации может утрачиваться как концевой участок, так и внутренний. Одной из крупных делеций у человека является потеря короткого плеча 5-й хромосомы, которая приводит к развитию синдрома кошачьего крика. Микроделеции являются причиной таких патологий, как синдром Вильямса, Прадера — Вилли и др.
  2. Дупликация — дублирование участка хромосомы, появление его дополнительной копии. При этом копия может локализоваться рядом с дуплицированным районом, в другом месте этой же хромосомы или вообще на другой хромосоме. Может даже формировать свою микрохромосому с центромерой и теломерой. Такая мутация называется свободной дупликацией. Обычно дополнительные копии генов не сказываются на здоровье и даже не имеют эволюционного значения, формируя генные кластеры и семейства.
  3. Инверсия — переворот участка хромосомы на 180о. Может осуществляться вокруг центромеры, тогда говорят о перицентрических инверсиях, а может располагаться по одну сторону центромеры, тогда ее называют перицентрической. Фенотипически, т. е. внешне, такие мутации практически не проявляются. Большинство их носителей не имеет проблем со здоровьем. Однако при определенных мутациях могут быть проблемы с фертильностью.
  4. Транслокации — перенос одного участка хромосомы на другую негомологичную хромосому. Как и другие хромосомные аберрации, транслокации имеют большое значение при бесплодии, врожденных наследственных патологиях и онкологических заболеваниях. Так, например, робертсоновская транслокация der (13;14) является одной из наиболее часто встречающихся врожденных аномалий человека. При этом фенотипически ее носители являются здоровыми, но могут иметь проблемы с репродуктивной функцией.

Более 500 известных транслокаций специфически связаны со злокачественными новообразованиями. Первой такой обнаруженной аномалией была филадельфийская хромосома, которая определяет до 95 % случаев хронического миелолейкоза и большинство случаев острого лимфобластного лейкоза.

Причины хромосомных аберраций

Большинство хромосомных аберраций происходят случайно, без видимых причин. Однако есть определенные факторы, при действии которых риски перестроек увеличиваются:

  • возраст;
  • действие ионизирующего излучения;
  • прием некоторых медикаментов или химических веществ.

Методы выявления хромосомных аберраций

Необходимость поиска хромосомных аберраций может возникнуть в рамках пренатальной диагностики, когда имеются данные о высоком риске тех или иных врожденных аномалий. В других случаях исследование назначают при подозрении на врожденные патологии у детей и взрослых.

Кроме того, определение хромосомных аберраций является краеугольным камнем при типировании злокачественных солидных и опухолей кроветворения, иммунной системы. В этом случае наличие мутаций будет определять протоколы лечения и прогноз выздоровления и/или выживаемости.

Для выявления хромосомных аберраций используются специальные молекулярно-генетические и цитогенетические методы. В пренатальной диагностике анализ перестроек проводят с помощью G-бэндинга в метафазной стадии деления клетки. Однако для забора материала требуется инвазивное вмешательство, которое несет определенные риски как для матери, так и для плода.

Медико-генетический центр «Геномед» проводит определение таких патологий по крови матери. Эта услуга называется неинвазивный пренатальный тест НИПТ. Мы обладаем современным высокотехнологичным лабораторным оборудованием, позволяющим выполнять большой спектр генетических исследований, в том числе и по поиску хромосомных аберраций в опухолевых клетках.

Что за аберрация и зачем ее исправлять?

Монохроматор PGM с коррекцией аберраций

Оптическая аберрация — это отклонение характеристик оптической системы от предсказаний параксиальной оптики. При наличии оптической аберрации свет из одной точки объекта не сходится (или не расходится) в одну точку после прохождения через систему. Оптические аберрации делятся на два класса: монохроматические и хроматические.

Хроматическая аберрация — это тип искажения, при котором линза не может сфокусировать все цвета в одной и той же точке схождения из-за дисперсии линзы (разный показатель преломления линзы для разных длин волн света).

Монохроматические аберрации обусловлены геометрией линзы и возникают как при отражении, так и при преломлении света. Монохроматические аберрации включают сферическую аберрацию, кому, астигматизм, кривизну поля и искажение изображения.

Сферическая аберрация

Сферическая аберрация

Эта проблема свойственна сферическим линзам и зеркалам. Параллельные световые лучи, проходящие через центральную область, фокусируются дальше, чем те, которые проходят через края. В результате получается много фокусных точек, что создает размытое изображение.

Коматозная аберрация

Коматозная аберрация

Некоторая аберрация влияет на изображения из-за внеосевых лучей. Изображение пятна выглядит как несколько цилиндров не по центру, как изображение «кометы», откуда и происходит его название.

Аберрация астигматизма

Аберрация астигматизма

Оптическая система с астигматизмом — это система, в которой лучи, распространяющиеся в двух перпендикулярных плоскостях, имеют разные фокусные точки.

Кривизна поля

Кривизна поля

Кривизна поля — это аберрация, из-за которой плоский объект выглядит искривленным на изображении.

Искажение

Искажение Аберрация

Искажение — это наиболее легко распознаваемая аберрация, поскольку она искажает изображение в целом. Оно возникает из-за неравного увеличения периферийной части линзы (или зеркала) по сравнению с увеличением его центральной части. При «бочкообразной дисторсии» увеличение изображения уменьшается по мере удаления от оптической оси. При «подушкообразном искажении» увеличение изображения увеличивается с расстоянием от оптической оси.

Аберрация приводит к размытию изображения, создаваемого оптической системой формирования изображения. Производителям оптических инструментов необходимо корректировать оптические системы, чтобы компенсировать аберрацию.

Как исправить аберрацию в ВУФ? Сколько существует типов решеток с коррекцией аберраций?

Чтобы ограничить количество отражений на оптику, вогнутые решетки часто используются в качестве отдельного элемента в ВУФ-спектрометрах.

А Роуленд продемонстрировал, что рассеянный спектр освещенной точки, лежащей на окружности, фокусируется на этой окружности, если соблюдается следующая установка (см. рисунок). Эта конструкция используется во многих монохроматорах ВУФ.

К сожалению, решетки страдают от аберраций вогнутых зеркал и других из-за их дифракционных возможностей. Работа в условиях Роуленда окончательно ограничивает качество изображения инструментов. Основная аберрация здесь — астигматизм. Эта аберрация может быть допустима с монохроматором, поскольку для разделения длин волн спектра требуется только горизонтальная фокусировка.

При нормальном падении (нулевой порядок, λ 3 ) аберрация минимальна и изображение прямое. Но ближе изображения от решетки, более вытянуты и искривлены их изображения. Это растяжение может быть значительным, в зависимости от положения изображения на круге Роуленда и, следовательно, от наблюдаемой длины волны. Это приводит как к потере сигнала, так и к потере разрешения, особенно в режиме спектрографа, когда используются ПЗС-детекторы.

Решетка на круге Роуленда

S: Точечный источник (или щель прибора)
λ 3 : Положение нулевого порядка
i: угол падения
r: угол отражения

Сравнение астигматизма тороидального зеркала и сферического зеркала

Спектроскопические изображения можно улучшить, используя тороидальные решетки. Тороидальная решетка представляет собой форму эллиптического параболоида с различными вертикальными и горизонтальными фокусными расстояниями. Уменьшает растяжение и искривление астигматизма.

Другие улучшения:

Еще одним важным достижением является разработка решеток с переменным расстоянием между линиями (VLS).

VLS-решетка — это решетка, бороздки которой при проецировании на касательную плоскость образуют набор прямых параллельных линий, расстояние между которыми варьируется от канавки к канавке. Изменение расстояния между канавками на поверхности решетки перемещает тангенциальную фокальную кривую, в то время как сохранение прямых и параллельных канавок сохраняет фиксированной сагиттальную фокальную кривую. Он корректирует сферическую аберрацию, связанную с обычными сферическими решетками. Техника VLS также может быть применена к тороидальным решеткам для оптимальной коррекции.

Какие оптические схемы наиболее популярны при проектировании систем ВУФ и в чем их отличия?

Макетный прибор HORIBA PGM/PGS

В ВУФ используются два основных типа спектрографов и монохроматоров: приборы с нормальным падением, улучшенная конструкция для 100–400 нм, и приборы со скользящим падением для 2–100 нм.

Оптимизация коррекции изображения решеток может быть рассчитана для лучшего качества изображения на оптической оси прибора (схема монохроматора) или в фокальной плоскости (схема спектрографа). В последнем случае оптимизация увеличивает фокальную плоскость, решетка спектрографа работает в фиксированном положении, а выбор диапазона длин волн осуществляется скольжением детектора в фокальной плоскости прибора. Коррекция отличная в обоих случаях.

Реализация настоящей ВУФ-монографии должна осуществляться без тороидальной решетки. Конфигурация спектрографа с плоской решеткой (PGS) является одним из лучших вариантов. Схема PGS работает с тороидальным зеркалом и плоской решеткой, работающей под скользящим углом. Это также имеет то преимущество, что это более доступные решетки, поскольку они имеют плоскую конструкцию.

HORIBA Scientific предлагает серию ВУФ-спектрометров и монохроматоров:

  • Монография серии VHR в конфигурации CZ для FUV – ИК-диапазона в вакууме
  • Монохроматор или монографы серии UVL: сферическая или тороидальная решетка с одинарной коррекцией аберраций со средним углом падения, подходящая для анализа в спектральном диапазоне 50–600 нм.
  • Монохроматоры серии TGM: одна тороидальная решетка со скользящим падением, соединенная с одноканальным детектором, подходит для анализа в спектральном диапазоне 10–300 нм.
  • Спектрографы серии TGS: одна фиксированная тороидальная решетка со скользящим падением, соединенная с матричным детектором, выходное плоское поле > 40 мм.
  • Монография PGM-PGS: вращающаяся плоская решетка со скользящим падением и неподвижным тороидальным зеркалом, работающая вплоть до мягкого рентгеновского излучения.

Зачем нужны покрытия на решетках и окнах и какие покрытия используются чаще всего?

Конструкция приборов ВУФ имеет недостатки, связанные с оптическими материалами ВУФ. Пропускание через сыпучие материалы ограничено λ < 105 нм, коротковолновое пропускание ограничено LiF или λ < 115 нм для MgF 2 . Отражающая конфигурация используется в оптической схеме ВУФ. Однако коэффициент отражения от металлических поверхностей также уменьшается на коротких длинах волн. Для увеличения отражательной способности вводятся несколько материалов покрытия, таких как Al, Os, Pt, Au, Rh и Ir. Выше 120 нм основным широкополосным отражателем для длин волн ВУФ является Al с MgF 2 покрытие, имеющее нормальную отражательную способность до 90% при определенных условиях. Os, Pt, Au и Ir имеют отражательную способность около 60% в диапазоне 5–200 нм в скользящей конфигурации.

В чем разница между мастер-решеткой и репликой?

Разница между эталоном и репликой решетки

Мастер-решетка представляет собой исходный блок, записанный как уникальный элемент. Эталонная решетка может использоваться в качестве «матери» множества копий, называемых репликами.

В большинстве случаев предпочтение отдается ВУФ-монохроматорам, оснащенным эталонными решетками. Но, к сожалению, такие решетки чрезвычайно дороги и имеют долгий срок поставки.

Сферическая аберрация

Сферическая аберрация

Для линз со сферическими поверхностями лучи, параллельные оптической оси, но находящиеся на разном расстоянии от оптической оси, не сходятся в одной и той же точке. Для одиночной линзы сферическую аберрацию можно свести к минимуму, согнув линзу в наилучшую форму. Для нескольких объективов сферические аберрации можно устранить путем чрезмерной коррекции некоторых элементов. Использование симметричных дублетов, таких как ортоскопический дублет, значительно снижает сферическую аберрацию.

Когда используется понятие главного фокусного расстояния, предполагается, что все параллельные лучи фокусируются на одном и том же расстоянии, что, конечно, верно только при отсутствии аберраций. Использование уравнения линзы также предполагает идеальную линзу, и это уравнение практически верно только для лучей, близких к оптической оси, так называемых параксиальных лучей. Для объектива со сферической аберрацией наилучшее приближение фокусного расстояния — это расстояние, на котором разница между параксиальным и краевым лучами наименьшая. Это не идеально, но отклонение от идеального фокуса образует то, что называется «кругом наименьшего беспорядка».

Сферическая аберрация — одна из причин, по которой меньшая апертура (большее число f) объектива камеры дает более четкое изображение и большую глубину резкости, поскольку разница между параксиальными и маргинальными лучами меньше.

Аберрации объектива
Index

Концепции линз

Концепции толстых линз

 9779
HyperPhysics***** Light and Vision R Носик
Назад

Величина сферической аберрации линзы, изготовленной из сферических поверхностей, зависит от ее формы. Изгиб линзы также может дать частичную коррекцию аберрации комы.

Аберрации объектива Минимизация сферической аберрации с помощью формы
Индекс

Concepts Lens

«Справочник
Jenkins & White
P 156 FF

Гиперфизика ***** Light и Vision 6 RIAVE 6 RIAVE 66 RIAVE
6 RAVAVE
6 RAVAVE 6 RAVE и Vision 6 RAVE и Vision 6. Назад

Хотя сферическая аберрация не может быть устранена для одной линзы, ее можно свести к минимуму путем соответствующего изгиба линзы в ее наилучшую форму. Степень изгиба можно охарактеризовать коэффициентом формы Коддингтона:

Коэффициент формы Коддингтона

R 1 и R 2 — радиусы поверхностей сферических линз.

Минимальная сферическая аберрация также зависит от расстояния до объекта и изображения, поэтому вводится еще один фактор, называемый фактором положения Коддингтона:

Позиционный фактор Коддингтона

i и o — расстояния до изображения и объекта для линзы, как в уравнении линзы.

Минимальная сферическая аберрация возникает, когда

Условия минимальной сферической аберрации

Чем выше показатель преломления n, тем меньше аберрация для оптимальной формы.

Аберрации это: Аберрация – это что

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх