Кома оптика: Оптические аберрации — Кома и Астигматизм

Кома (оптика)

Наклон Сферическая аберрация Астигматизм Кома Дисторсия Кривизна поля Петцваля Хроматическая аберрация





В оптике (особенно в телескопах ) кома ( / ˈk oʊ m ə / ) или коматическая аберрация в оптической системе относится к аберрации , присущей определенным оптическим конструкциям или из-за несовершенства линзы или других компонентов, что приводит к искажению изображения. точечные источники оси , такие как звезды, выглядят искаженными, имеют хвост ( кому ), как у кометы . В частности, кома определяется как изменение увеличения над входным зрачком . В преломленииили дифракционных оптических систем, особенно тех, которые отображают широкий спектральный диапазон, кома может быть функцией длины волны , и в этом случае это форма хроматической аберрации .

Кома является неотъемлемым свойством телескопов, использующих параболические зеркала . В отличие от сферического зеркала , пучок параллельных лучей, параллельных оптической оси, будет идеально сфокусирован в точку (зеркало лишено сферической аберрации) .

), независимо от того, где они ударяют по зеркалу. Однако это верно только в том случае, если лучи параллельны оси параболы. Когда падающие лучи падают на зеркало под углом, отдельные лучи не отражаются в одной и той же точке. При взгляде на точку, которая не идеально выровнена с оптической осью, часть падающего света из этой точки будет падать на зеркало под углом. Это приводит к тому, что изображение, находящееся не в центре поля, выглядит клиновидным. Чем дальше от оси (или чем больше угол, образуемый точкой с оптической осью), тем хуже этот эффект. Это заставляет звезды казаться кометными , отсюда и название.

Схемы уменьшения комы без введения сферической аберрации включают оптические системы Шмидта , Максутова , ACF и Ричи-Кретьена . Были разработаны корректирующие линзы, « корректоры комы » для ньютоновских рефлекторов , которые уменьшают кому в ньютоновских телескопах. Они работают с помощью системы с двумя линзами, состоящей из плосковыпуклой и плосковогнутой линзы, вставленной в адаптер окуляра, который внешне напоминает линзу Барлоу .

[1] [2]

Коматозность одной линзы или системы линз можно свести к минимуму (а в некоторых случаях устранить), выбрав кривизну поверхностей линз в соответствии с применением. Линзы, в которых сферическая аберрация и кома сведены к минимуму на одной длине волны, называются линзами наилучшей формы или апланатическими линзами .

Вертикальная кома является наиболее распространенной аберрацией высшего порядка у пациентов с кератоконусом . [3] Кома также является распространенным временным симптомом повреждений или ссадин роговицы, и в этом случае зрительный дефект постепенно разрешается по мере заживления роговицы.


Кома одиночной линзы. Каждый конус света фокусируется на разных плоскостях вдоль оптической оси.

Это сравнение комы в нескорректированном ньютоновском телескопе f / 3,9 с эффектами комы с корректором комы Baader Rowe .

Техническая оптика

Техническая оптика
  

Русинов М. М. Техническая оптика: Учеб. пособие для вузов. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. — 488 c.

Классический учебник для студентов оптических специальностей вузов, написанный крупным российским ученым-оптиком Михаилом Михайловичем Русиновым.



Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ
Часть 1. ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
§ 2. Угловое увеличение. Узловые точки и узловые фокусные расстояния
§ 3. Совокупность двух систем. Телескопическая система
§ 4. Центрированная оптическая система
§ 5. Искажение изображения — дисторсия. Изменение дисторсии при изменении положения предмета
§ 6. Меридиональные и сагиттальные увеличения и фокусные расстояния при наличии дисторсии
§ 7. Изображение элемента предмета, расположенного на оси системы, широким пучком лучей
§ 8. Изменение кривизны поля при изменении положения предмета
§ 9. Перефокусировка окуляра
Глава 2. ОПТИКА ГАУССА
§ 11. Вывод сагиттального инварианта
§ 12. Определение узловых точек и фокусных расстояний для сферической преломляющей поверхности. Инвариант Штраубеля
§ 13. Апланатическая сферическая поверхность
§ 14. Анастигматическая несферическая поверхность
Глава 3. КОМА И АПЛАНАТИЗМ
§ 15. Инвариант меридиональной комы
§ 16. Некоторые частные примеры комы
§ 17. Инвариант сагиттальной комы
§ 18. Условие синусов Аббе. Условие Штебле — Лихотского
§ 19. Условие Игнатовского
Глава 4. СФЕРИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ПРЕЛОМЛЯЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 20. Граничные значения сферической аберрации
§ 21. Сферическая аберрация сферической преломляющей поверхности в зависимости от положения предмета
§ 22. Сферическая аберрация плоской поверхности
Часть 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 24. Аберрационное виньетирование
§ 25. Определение аберрационного виньетирования
§ 26. Связь аберрационного виньетирования с дисторсией
§ 27. Аберрационно-геометрическое виньетирование
§ 28. Фотограмметрическое виньетирование
Глава 6. СВЕТОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СВЕТОСИЛА
§ 29. Световая трубка. Общее выражение для светораспределения
§ 30. Светосила системы при широких пучках лучей
§ 31. Осветительные системы
§ 32. Потери света на поглощение в стекле
§ 33. Потери света на отражение от поверхностей линз
§ 34. Просветление оптики
Часть 3. УЧЕНИЕ ОБ АБЕРРАЦИЯХ
Глава 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ СВЕТА
§ 36. Волновые аберрации
§ 37. Связь между волновыми и геометрическими аберрациями
Глава 8. АНАЛИЗ АБЕРРАЦИЙ НАКЛОННОГО ПУЧКА ЛУЧЕЙ
§ 39. Кома
§ 40. Сферическая аберрация
Глава 9. СОЧЕТАНИЯ АБЕРРАЦИЙ
§ 42. Сочетание простой комы и астигматизма
§ 43. Сочетание астигматизма и сферической аберрации
§ 44. Сферическая аберрация третьего и пятого порядков
§ 46. Взаимная компенсация комы второго и четвертого порядков
§ 46. Общая картина монохроматических аберраций оптической системы
Глава 10. ОБРАЗОВАНИЕ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЧАСТОТНО-КОНТРАСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
§ 48. Распределение энергии для зрачка эллиптической формы
§ 49. Передача контраста оптической системой
§ 50. Связь частотно-контрастных характеристик с увеличением и апертурными углами
§ 51. Каталог частотно-контрастных характеристик для различного вида абзрраций
§ 52. Оптические материалы
§ 63. Изменение хроматизма при изменении положения предмета
§ 54. Ахроматизация системы из тонких линз в воздухе. Хроматизм плоскопараллельной пластинки
§ 56. Хроматизм в зрачке оптической системы
§ 56. Сферохроматизм
§ 57. Вторичный спектр. Апохроматизация системы из двух тонких соприкасающихся линз
§ 58. Термооптические аберрации
Часть 4. ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 59. Сила концентрической линзы. Хроматизм концентрической линзы. Мениск Максутова
§ 60. Изменение сферической аберрации концентрической системы при изменении положения предмета
§ 61. Астигматизм концентрической системы для случая расположения предмета в ее центре. Телеконцентрические линзы
§ 62. Использование апланатических поверхностей. Графоаналитический метод построения апланатических поверхностей
§ 63. Системы из двух апланатических поверхностей. Биапланатическая линза
Глава 13. АНАСТИГМАТИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ
§ 65. Телеанастигматические линзы
§ 66. Определение положения оси в анастигматических и телеанастигматических линзах
§ 67. Кривизна поля зрения телеанастигматических линз
§ 68. Кома телеанастигматических линз
§ 69. Исправление сферической аберрации в телеанастигматических линзах
Глава 14. НЕСФЕРИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВТОРОГО ПОРЯДКА
§ 70. Задание профиля несферической поверхности
§ 71. Радиусы кривизны несферической поверхности
§ 72. Анаберрационные поверхности
§ 73. Анастигматические поверхности
§ 74. Плоскогиперболическая линза
§ 75. Плоскопараболическая линза
§ 76. Элементы теории аберраций третьего порядка применительно к несферическим поверхностям. Перенос деформации с одной поверхности на другую
Глава 15. НЕСФЕРИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВЫСШЕГО ПОРЯДКА И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ПРОФИЛЕЙ
§ 77. Малые деформации сферической поверхности
§ 78. Влияние малых деформаций высшего порядка на аберрации высшего порядка в зависимости от расположения деформированной поверхности между зрачком и изображением
§ 79. Общий интеграл несферической поверхности
§ 80. Дифференциальное уравнение для астигматизма несферической поверхности
Глава 16. СИММЕТРИЧНЫЕ И ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
§ 81. Дисторсия симметричных и пропорциональных систем. Роль аберрации в зрачках
§ 82. Астигматизм симметричных и пропорциональных систем
§ 83. Исправление комы в симметричных и пропорциональных системах
§ 84. Метод сохранения углов излома апертурного луча при изменении положения предмета
Глава 17. ЛИНЗА В ВОЗДУХЕ
§ 85. Влияние формы линзы на сферическую аберрацию
§ 86. Кома линзы в воздухе при зрачке, совпадающем с линзой
§ 87. Астигматизм линзы в воздухе
§ 88. Меридиональная сферическая аберрация анастигматических менисков при дальнем и ближнем положениях входного зрачка
Глава 18. РАБОТА СКЛЕЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 89. Астигматизм склеенной поверхности
§ 90. Ориентировка склеенной поверхности
§ 91. Влияние склеенной поверхности на сферическую аберрацию
§ 92. Работа тонкого воздушного промежутка
Глава 19. НЕКОТОРЫЕ ПРИЕМЫ ИСПРАВЛЕНИЯ АБЕРРАЦИЙ
§ 94. Приемы исправления кривизны поля. Сумма Петцваля
§ 95. Приемы исправления комы
§ 96. Исправление сферической аберрации в широких наклонных пучках
§ 97. Некоторые приемы исправления дисторсии
Часть 5. СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
§ 98. Классификация базовых линз
§ 99. Системы с двумя базовыми линзами
§ 100. Исправление кривизны поля для двухлинзовых базовых систем
Глава 21. КОМПОНОВКА СИММЕТРИЧНЫХ И СВЕТОСИЛЬНЫХ ОБЪЕКТИВОВ
§ 102. Двойные четырехлинзовые анастигматы
§ 103. Объективы типа плазмат
§ 104. Объективы Петцваля
§ 105. Объективы типа планар
§ 106. Объективы с дополнительными изопланатическими линзами
§ 107. Объективы с дополнительной телеконцентрической линзой
§ 108. Высокосветосильные объективы, построенные на основе тонкой линзы
Глава 22. КОМПОНОВКА ШИРОКОУГОЛЬНЫХ ОБЪЕКТИВОВ
§ 109. Широкоугольные объективы «Лиар»
§ 110. Объективы «Руссар-1» («Топогон»)
§ 111. Объективы «Руссар-29»
§ 112. Широкоугольные зеркально-линзовые объективы
§ 113. Особоширокоугольные объективы
§ 114. Объективы с большой дисторсией
Глава 23. КОМПОНОВКА ГИДРОСЪЕМОЧНЫХ ОБЪЕКТИВОВ
§ 116. Гидросъемочные объективы, построенные из воздушных линз
§ 117. Гидросъемочные объективы с передними отрицательными линзами менискообразной формы
§ 118. Гидросъемочные объективы с использованием изопланатических линз
§ 119. Гидросъемочные объективы с использованием эллиптических поверхностей
§ 120. Телеконцентрические переходные системы
Глава 24. КОМПОНОВКА ОБЪЕКТИВОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
§ 121. Компоновка телеобъективов
§ 122. Длиннофокусные объективы
§ 123. Репродукционные ортоскопические объективы
§ 124. Репродукционные телескопические системы постоянного увеличения

Кома и астигматизм

Обе ошибки изображения систематически проявляются на регулярно изогнутых поверхностях сферических линз, и их невозможно избежать в первую очередь. Кому вызывают косо падающие параллельные лучи света на сферическую линзу, астигматизм — косо падающие расходящиеся лучи света на сферическую поверхность.

Обе ошибки в первую очередь могут быть исправлены за счет сложной комбинации нескольких линз и использования асферических линз. Технические усилия, необходимые для коррекции, также отражаются на ценах на линзы.

Кома (ошибка асимметрии)

Если коллимированный луч («параллельный» свет) падает на линзу не параллельно, а под углом к ​​оптической оси, луч пройдет через оптическую систему несимметрично из-за различных искривления поверхности. В случае этой ошибки изображения лучи не собираются снова в одну точку изображения. Таким образом, фокусные точки также находятся не на оптической оси, а смещены к краю. На изображении эта ошибка видна как каплевидное хвостообразное одностороннее искажение пятна изображения. Хвост всегда направлен наружу в радиальном направлении. Кома возникает из-за сферической аберрации.


Асимметричная ошибка объектива (кома)

Пользователь может подавить эту ошибку, остановившись. Возникающее в результате искусственное виньетирование позволяет избежать несимметричного падения лучей на линзу близко к краю. Хорошие объективы могут избежать этой ошибки благодаря продуманной конструкции объектива.

Астигматизм (безточечный)

Если расходящийся луч света падает вертикально на поверхность линзы и, таким образом, проходит несимметрично оптической оси, на сферических поверхностях линз возникает астигматизм.

Для облегчения исследования конусообразный луч можно разделить на две плоскости, перпендикулярные друг другу. (Оба ориентируются примерно на главный луч, проходящий через центр апертуры, меридиональный луч направлен к оптической оси, сагиттальный луч направлен к ней под прямым углом.)


Меридиональный и сагиттальный луч

Причинами астигматизма при косых лучах света являются различные локальные радиусы кривизны широтных кругов по сравнению с большим постоянным радиусом кривизны меридиональной плоскости на поверхности линзы. В результате получаются две разные фокусные точки и фокусные расстояния для разных (меридиональных и сагиттальных) частичных оптических путей.


Создание астигматизма

Пятно изображения больше не является точкой, а воспроизводится в виде двух линий. Он уже вроде не резкий, а безточечный. Изображение с камеры не сфокусировано для зрителя. Эту ошибку можно подавить с помощью специальных типов линз.

Важно для машинного зрения

  • Кому можно немного компенсировать, закрывая оптику, астигматизм, к сожалению, нет. Пожалуйста, остановитесь немного!
  • Купите правильную оптику, конструкция линз которой исправляет как можно больше ошибок.

4.4: Кома — Физика LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    7090
    • Джереми Татум
    • Университет Виктории

    Кома, как и астигматизм, — это еще одна аберрация, которая появляется вне оси, у края поля изображения. Если вы посмотрите на широкоугольную фотографию некоторых звезд, сделанную с помощью фототелескопа, звезды вблизи центра поля должны быть точками, но на самом краю фотографии, если телескоп не идеален, звезды могут выглядеть как маленькие кометы с четким ядром, но каждая с нечетким хвостом, направленным в сторону от центра фотографии. Эта аберрация называется «кома». Слово «кома», как и слово «комета», происходит от латинского coma , означающее «волосы», от причудливого подобия кометы или комического образа звезды до головы девушки с развевающимися за спиной длинными волосами.

    На рис. IV.10 мы видим параллельный пучок лучей, входящих в линзу наискось слева. Центральный луч черного цвета проходит насквозь в точку О. Два луча в касательной плоскости (то есть плоскости экрана компьютера или бумаги, если вы ее распечатали) сходятся не в точке О, однако, но до точки Т, как показано. Если бы я мог провести два луча на одинаковом расстоянии от центра линзы, но в сагиттальной плоскости (то есть в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости бумаги), они сошлись бы в точке S, примерно на одной трети пути между O и Т.

    Если бы я мог нарисовать лучи, входящие в линзу, вокруг зоны радиуса h на линзе, каждая пара противоположных лучей сошлась бы в точке на коматическом круге . См. рисунок IV.11.

    Радиус и высота коматического круга различны для каждой зоны на линзе, которая его производит, в результате чего «изображение» появляется как суперпозиция всех коматических кругов, создаваемых всеми зонами на объективе, что-то вроде рисунок ниже. Это, по крайней мере, качественное описание явления.

    Чтобы пойти дальше, нужно немного специализированного навыка, поэтому я оставлю его здесь. Достаточно сказать, что степень комы и степень сферической аберрации зависят от коэффициента формы линзы, и, к счастью, форма, дающая наименьшую сферическую аберрацию, не сильно отличается от формы, дающей наименьшую кому.

    Обсуждаемые до сих пор аберрации — это аберрации, возникающие, когда линза или зеркало не создают точечное изображение точечного объекта. Если каким-то образом нам удастся избавиться от сферической аберрации, астигматизма и комы, то точечный объект даст точечное изображение.

    Кома оптика: Оптические аберрации — Кома и Астигматизм

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Пролистать наверх