Aberracje optyczne

Wpływają na optykę i są przyczyną gorszych obrazów. Warto wiedzieć, na co zwrócić uwagę...

W układach optycznych występują aberracje. Ani nasze oko, ani żadna wyprodukowana lornetka czy teleskop nie są od nich wolne. Wśród nich wyróżniamy aberrację chromatyczną, dystorsję, krzywiznę pola wynikającą z aberracji sferycznej astygmatyzmu. Im dalej od osi optycznej znajduje się wiązka światłą, tym większe mogą być aberracje. Jednak w lornetce największą rolę odgrywa aberracja chromatyczna i nieostrość brzegowa.

Kolorowe obwódki widoczne są w wielu lornetkach, zwłaszcza tych tańszych. Są one widoczne szczególnie wyraźne na obiektach oświetlonych przez Słońce lub np. na włączonych latarniach ulicznych. Zwykle są to niebieskawe obwódki wokół obiektu. Aberracja chromatyczna to wada występująca w układzie optycznym składającym się zkilku soczewek, na których zachodzi refrakcja, czyli załamanie światła. Światło niebieskie jest załamywane bardziej niż np. światło czerwone. Oznacza to, że różne długości fal mają swoje ogniska w różnych miejscach. Współczynnik załamania światła niebieskiego jest większy niż czerwonego.

Różnica pomiędzy czerwonym a niebieskim

Gdy światło przechodzi przez soczewkę skupiającą, załamywane jest w kierunku osi optycznej. Ze względu na różne długości fal, światło niebieskie odchylane jest bardziej niż czerwone. Objawia się to powstawaniem w obrazie podłużnej aberracji chromatycznej i kolorowych obwódek. W nowoczesnych lornetkach stosuje się obiektywy wielosoczewkowe. Światło niebieskie i czerwone korygowane są poprzez współczynnik załamania oraz dobór rodzaju soczewek i dzięki temu ogniska dla barwy czerwonej i niebieskiej pokrywają się.

Największe kolorowe obwódki znikają i pozostaje jedynie aberracja szczątkowa, która nazywana jest również widmem wtórnym.

Jeśli wyobrazimy to sobie w praktyce, na podstawie odwzorowania obiektu, można powiedzieć, że światło niebieskie znajduje się w innym miejscu niż światło czerwone. Powoduje to nieostrość obrazu. Ale nie tylko, bo istnieje także kolorystyczna różnica powiększenia. Mówiąc prostym językiem, obraz ma różne powiększenie w poszczególnych barwach. W ten sposób powstają kolorowe obwódki.

Lornetki ze zredukowaną aberracją chromatyczną

Aby zredukować aberrację chromatyczną, w lornetkach stosuje się zwykle obiektywy dwusoczewkowe. Druga soczewka działa inaczej niż pierwsza. Obiektyw to z reguły soczewka skupiająca o niższej dyspersji oraz soczewka rozpraszająca o wyższej dyspersji, które są ze sobą sklejone. W ten sposób barwa niebieska i czerwona mają wspólne ognisko, co oznacza że dla tych barw lornetka jest skorygowana.

Ten rodzaj obiektywu znany jest również jako achromat. Wskazówka praktyczna: aberracja chromatyczna optyki widoczna jest podczas obserwacji jako kolorowa obwódka na zewnętrznych krawędziach obiektu.

W przypadku lornetek bardzo często można zauważyć obniżającą się ostrość obrazu w kierunku krawędzi pola widzenia. W zależności od lornetki, nieostrość ta jest bardzo silna lub ledwo zauważalna. Powodem tego zjawiska jest różna wysokość padania promieni światła względem osi optycznej. Położenie ogniska różni się ze względu na większy kąt padania i związaną z tym krzywiznę powierzchni.

Na rzeczywistym obrazie ta nieostrość brzegowa nie będzie tak wyraźna jak na załączonym zdjęciu. Jednak efekt jest taki sam.

W eksperymencie optycznym można zaobserwować, że promienie światła mają różne długości ogniskowania. Tę wadę, zwaną również aberracją sferyczną, można zmniejszyć głównie poprzez zastosowanie soczewek asferycznych. Możliwe są jednak również kombinacje soczewek, które korygują aberrację sferyczną.

W przypadku soczewki sferycznej, wiązka światła znajdująca się poza osią jest załamywana mocniej niż wiązka światła w pobliżu osi. W zależności od wysokości padania powstają różne ogniska. Poprzez kombinacje soczewek wypukłych i wklęsłych można zwykle dobrze skorygować tę wadę. Aberracja sferyczna może powodować  nieostrość obrazu.