OPTIČKE ABERACIJE

OPTIČKE ABERACIJE, također optičke greške, nedostaci optičkih elemenata zbog nesavršenosti optičkog sustava, a kao posljedica geometrijsko-optičkih uvjeta. S obzirom na film, osobito su zamjetljive u konstrukciji objektivâ. Odstupanja nastaju unutar leća kod svjetlosnih zraka koje su izvan osi objektiva, i kod objektiva većih vidnih kutova. Savršeni objektiv pokazao bi sliku točkastog predmeta kao točku, a ravnu crtu kao ravnu. U praksi, međutim, objektivi nisu uvijek tako savršeni: oni mogu prikazati točku i kao mrlju, a ravnu crtu manje ili više zakrivljenu. Da bi se ispravile aberacije u istom sustavu objektiva, upotrebljavaju se različite vrste optičkog stakla s različitim indeksom loma svjetlosti i različitom jačinom raspršivanja svjetlosti. Aberacija jedne leće obično se ispravlja suprotnom aberacijom dr. leća. O. se dijele u 2 skupine: monokromatske (odnose se na jednu valnu dužinu svjetlosnih zraka) i polikromatske (nastaju zbog raspršivanja bijele svjetlosti). Monokromatske aberacije su sferna, koma, astigmatizam i distorzija, a polikromatske su aksijalna i poprečna kromatska aberacija. Što je veći broj leća kao dioptrijskih elemenata, veći je stupanj korekcija koje se mogu provesti; zato su kvalitetni objektivi složeni centrirani dioptrijski sustavi.

Sferna aberacija je posljedica geometrijsko-optičkih uvjeta kod sfernih oblika dioptrijskih ploha leća; to je nedostatak koji se javlja kad se upadne zrake sijeku u različitim točkama prolazeći kroz leću na gl. osi, tvoreći različita žarišta. Neoštrina se očituje u obliku sitnih kružnih površina različitih veličina. Rubni zraci svjetlosti kod sabirnih leća više se skupljaju, a kod rastresnih više rasipaju od centralnih zraka. Običava se reći da je aberacija sabirnih leća pozitivna, a rastresnih negativna. S povećanjem svjetlosnog snopa kroz otvor objektiva sferna se aberacija povećava; smanjuje se ograničavanjem svjetlosnog snopa, a mogu se koristiti i posebno prilagođene dioptrijske plohe leća koje odstupaju od sfernih. Često se konstruira objektiv kod kojega je sferna aberacija ispravljena kombinacijom dviju leća od kojih je jedna pozitivna a druga negativna (npr. takozvani aplanat).

Astigmatizam je nedostatak optičkog sustava kad kose rubne zrake od jedne točke preslikanog predmeta stvaraju 2 žarišne točke u obliku kratkih ravnih crta (međusobno okomitih izvan istog žarišta). Greška se očituje u tome, što nije moguće dobiti oštru sliku nekoga ravnog predmeta. Kosi svjetlosni zraci se rasprostiru u 2 međusobno okomite ravnine: radijalnu (primarnu) i transverzalnu (sekundarnu); ta 2 svjetlosna snopa sijeku se na istom pravcu presjecišta svojih dviju ravnina. Udaljenost između tih dviju žarišnih točaka je mjera za prisutni astigmatizam, a između njih u jednoj točci nalazi se položaj najtočnijeg žarišta. Astigmatizam je rijetko jedina aberacija u objektivu; izgled slike se »kvari« prisutnošću zakrivljenosti polja i kome. Sustav leća kojima se uklanja astigmatizam naziva se anastigmatičnim sustavom, a objektiv u čijoj konstrukciji je spriječena pojava astigmatizma — anastigmat.

Distorzija ili iskrivljenje je aberacija nesavršenosti optičkog sustava, a nastaje izvan područja osi objektiva. Ne utječe na oštrinu slike, već samo na rubovima mijenja njezin oblik. Dio slike izvan optičke osi ne reproducira se u istoj dimenziji kao dio na osi objektiva, već dobiva različita linearna povećanja. Ako se, npr., snimi kvadratni mrežasti predmet s ravnim crtama u blizini središta polja snimanog predmeta, crte će biti ravne, a prema rubovima iskrivljene. Uglovi snimanog predmeta mogu biti iskrivljeni prema unutra ili prema van. Ako su snimani rubni dijelovi kvadratnoga mrežastog predmeta iskrivljeni prema unutra i time umanjeni, nastaje negativna ili bačvasta distorzija (engl. barrel); ako su rubni dijelovi iskrivljeni prema van i time uvećani, nastaje pozitivna ili jastučasta distorzija (engl. pincushion). Veličina greške distorzije ne mijenja se smanjivanjem promjera otvora objektiva, već samo njegovim položajem. Ako se otvor nalazi između predmeta i leće, i to uz samu sfernu plohu, tada prolaze samo centralni svjetlosni zraci i nema iskrivljenja. O položaju i obliku leća kao i o bitnim svojstvima konstrukcije optičkog sustava ovisi vrsta i veličina distorzije.

Koma se pojavljuje kod sfernog otklona kosih upadnih zraka svjetlosti koje čine veći kut s optičkom osi. Nedostatak je što se svjetlosne zrake ne presjecaju u istoj točci ravnine okomite na os optičkog sustava, već se javljaju po visini okomite ravnine, pa slika točkastog predmeta izvan osi poprima približno oblik zareza ili mrlje u obliku komete. U optičkom sustavu javljaju se 2 oblika takvih presjecišta koso upadnih zraka s oblikom sličnim zarezu; u jednom je oblik zareza okrenut prema unutra k optičkoj osi (unutarnja ili pozitivna koma), u drugom slučaju okrenut je od optičke osi prema van (vanjska ili negativna koma). Greška kome smanjuje se približno s kvadratom promjera otvora objektiva koji se nalazi ispred ili iza leće. Aberacijska pojava kome u optičkom sustavu otklanja se međusobnom kombinacijom sabirnih i rastresnih leća odgovarajućih vrijednosti.

Kromatska aberacija u optičkom sustavu raspršuje bijelu svjetlost na spektralne boje. Na središnjoj osi nastaje toliko žarišta slikâ točkastog predmeta, koliko iz izvora dolazi valnih dužina svjetlosti. U istoj pojavi razlikuju se 2 vrste kromatskih nesavršenosti: aksijalna kromatska aberacija (označuje položaj obojenih slika točkastog predmeta po središnjoj osi) i poprečna kromatska aberacija (označuje veličinu slike točkastog predmeta u odnosu na valnu dužinu svjetlosti). Svi upadni svjetlosni zraci ne lome se jednako — jače se lome ljubičasti nego crveni. Između ova 2 žarišta krajnjih boja vidljivog spektra nalaze se i žarišta ostalih boja. Slika bijeloga točkastog predmeta koja nije dovoljno oštra zbog spektralne obojenosti konture predmeta, preslikava se u obliku niza obojenih krugova. Da se ukloni kromatska aberacija, potrebne su najmanje 2 leće od raznih vrsta optičkih stakala. Sustav leća kojim se znatno uklanja kromatska aberacija zove se akro-matičnim; da bi se postigla akromatičnost sustava, potrebno je da gl. točka slike i gl. točka predmeta kao i njihova žarišta ne ovise o duljini vala upadne svjetlosti. Objektiv čija kombinacija leća znatno smanjuje kromatske aberacije zove se akromat; najjednostavniji oblik sastoji se od dviju slijepljenih leća s različitim indeksom loma svjetlosti i uzajamnog usmjeravanja: jedna je leća sabirna od krunskog stakla, a druga rasipna od kristalnoga. Djelovanje im je međusobno suprotno, pa nastaje skretanje svjetlosnih zraka bez raspršenja na osnovne boje; kromatska aberacija jedne leće ukida aberaciju druge. Apokromat je korigiran objektiv, čiji sustav potpuno uklanja kromatsku aberaciju bijele svjetlosti; iz beskonačnosti lome se upadni višebojni svjetlosni zraci pod istim kutom na središnju os centriranoga optičkog sustava.