Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
VII. THÍ DỤ VỀ HỆ ĐỒNG TRỤC: THỊ KÍNH RAMSDEN

VII. THÍ DỤ VỀ HỆ ĐỒNG TRỤC: THỊ KÍNH RAMSDEN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 7.1



Đối với thị kính Ramsden, mặt phẳng chính thứ nhất (H) nằm sau mặt

phẳng chính thứ hai (H’), và cả hai mặt phẳng chính đều nằm bên trong hệ.

Tiêu điểm chính thứ nhất F nằm bên trái mặt phẳng chính thứ nhất , còn

tiêu điểm chính thứ hai F’ nằm bên phải mặt phẳng chính thứ hai. Cả hai

tiêu điểm đều nằm phía ngồi hệ.



QUANG SAI

Quang sai có thể chia làm hai lớp:



31



-



-



Quang sai màu: là quang sai trong đó các thiết bị làm tán sắc các

bước sóng khác nhau của ánh sáng khơng đơn sắc. Ví dụ: ánh sáng

trắng.

Quang sai đơn sắc: là hiện tượng quang sai mà khơng có sự tán sắc.

Hiện tượng này được chia thành quang sai ở bề mặt phản xạ và

quang sai ở bề mặt khúc xạ của ánh sáng đơn sắc (có bước sóng duy

nhất).



I. CẦU SAI DỌC



Hình 1a



Hình 1b



Giả sử có một chùm tia sáng rộng, phát ra từ một điểm sáng trên

quang trục chính của một thấu kính hội tụ và đến gặp các điểm khác nhau

của thấu kính này.

Hình 1a cho thấy các tia tới phần rìa thấu kính (xa quang trục chính)

bị khúc xạ mạnh hơn so với các tia phần giữa thấu kính (gần trục chính

hơn). Kết quả là ta phải có một ảnh điểm của điểm sáng nằm ở một vị trí

xác định trên quang trục chính thì lại có vơ số ảnh. Ta thấy ảnh không phải

là một ảnh điểm mà là một vệt sáng tròn có độ rọi khơng đều. Dạng quang

sai nói trên gọi là cầu sai dọc.

Khi chùm tia tới thấu kính là một chùm tia song song rộng ( Hình 1b)

ta cũng được hình ảnh tương tự.

Nguyên nhân của cầu sai dọc là do các tia sáng của chùm tia rộng xuất

phát từ một điểm sáng trên quang trục chính, đến gặp thấu kính ở các điểm

khác nhau thì bị khúc xạ khác nhau.

Ta có thể khử cầu sai dọc bằng cách ghép các thấu kính hội tụ và phân

kì có bán kính chính khúc và chiết suất thích hợp.

II. COMA

Coma là loại quang sai do một chùm tia rộng phát ra từ một điểm nằm

ngồi quang trục chính và khá xa nó, đi qua hệ quang học gây ra.

32



Tương tự với sự cầu sai ở nhiều mặt, coma nói chung bị gặp phải với

các tia sáng ngoài trục và sẽ gay gắt nhất khi kính hiển vi khơng được canh

hàng thích hợp. Quang sai được đặt tên do sự tương đồng mạnh mẽ của nó

với hình dạng của đi sao chổi, và rõ ràng bằng một vệt ánh sáng trông

như phát ra từ một đốm tập trung tại vùng rìa của tầm nhìn. Coma thường

được xem là quang sai khó giải quyết nhất vì tính khơng đối xứng mà nó

tạo ra trong ảnh.

Ví dụ, vào một ngày nắng đẹp, khi một kính phóng đại được dùng để

hội tụ ảnh của Mặt Trời lên vỉa hè, quang sai coma có thể nhìn thấy trong

ảnh khi kính phóng đại nghiêng đi so với các tia chủ yếu đến từ Mặt Trời.

Ảnh của Mặt Trời, khi chiếu lên bê tông, sẽ kéo dài ra thành một hình

giống như sao chổi đặc trưng của sự quang sai coma.

Trong trường hợp này, các tia sáng vùng rìa tạo ra ảnh nhỏ nhất và

quang sai coma được gọi là âm. Trái lại, khi các tia vùng rìa hội tụ xa

xuống dưới trục chính để tạo ra ảnh lớn hơn nhiều, thì quang sai đó được

gọi là dương.

Hình “sao chổi” có “đi” của nó hướng về tâm của tầm nhìn hoặc ra

xa tùy thuộc vào quang sai tương ứng có giá trị âm hoặc dương. Mức độ

quang sai càng lớn đối với những thấu kính có khẩu độ càng rộng, và có thể

được hiệu chỉnh (một phần) bằng cách giảm kích thước khẩu độ.



III. LOẠN THỊ

Khi một chùm tia có tiết diện nhỏ, xuất phát từ một điểm xa quang

trục chính, rọi lên một thấu kính L dưới một góc nào đó so với quang trục

chính OO’ của nó, thì ta khơng thu được ảnh điểm. Chùm tia ló ra khỏi thấu

kính theo phương OO’ khơng đồng quy tại một điểm mà hai lần hội tụ tại

khoảng cách b1 và tại khoảng cách b2.

Như vậy ảnh của một điểm trở thành một đường. đường b1 là một

đoạn thẳng sáng, ngắn nằm trong mặt phẳng nằm ngang. Đường b2 là một

đoạn thẳng sáng, ngắn nằm trong mặt phẳng đứng. nếu ta dịch chuyển màn

quan sát từ khoảng cách b2 đến khoảng cách b1 thì ảnh sẽ thay đổi dạng từ

đoạn thẳng tới elip có độ dẹt khac nhau rồi lại trở lại dạng đoạn thẳng trong

mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn thẳng ban đầu. Riêng tại vị

trí chính giữa b1 và b2 thì ảnh có dạng một vết tròn.

Dạng quang sai nói trên gọi là loạn thị. Nguyên nhân gây ra loạn thị là

do chùm tia xuất phát từ một điểm xa quang trục hcinsh tới xiên góc đối

với quang trục chính.

33



Muốn khử loạn thị ta phải dùng chùm tia gần trục hoặc chọn bán kính

chính khúc, độ tụ của các mặt cầu khúc xạ và khoảng cách giữa chúng thích

hợp.

Tùy thuộc vào góc của chùm tia sáng ngồi trục đi vào thấu kính, ảnh

đoạn thẳng có thể hướng theo hai hướng khác nhau (xem hình ): kinh tuyến

hoặc vĩ tuyến.

IV. SỰ CONG TRƯỜNG

Đối với hệ quang học loạn thị thì ảnh của một vật có dạng phẳng sẽ

khơng phẳng nữa mà là mặt cong. Quang sai này gọi là sự cong trường.

Do sự cong trường nên không thể thu được ảnh rõ nét của tồn bộ vật

có dạng phẳng trên một màn quan sát phẳng. tại vị trí đặt màn cho phần

giữa của ảnh rõ nét thì phần rìa của ảnh sẽ bị mờ và ngược lại khi phần rìa

rõ nét thì phần giữa lại bị mờ.

Cũng thường gọi là sự cong tầm nhìn, sự quang sai này là kết quả tự

nhiên của việc sử dụng thấu kính có các bề mặt cong, rất quen thuộc với

các nhà hiển vi học có kinh nghiệm. Khi ánh sáng hội tụ qua một thấu kính

cong, thì mặt phẳng ảnh tạo bởi thấu kính đó sẽ bị cong, như minh họa

trong hình 5:



Ảnh có thể hội tụ trên một vùng nằm giữa các điểm A và B, tạo ra

một sự hội tụ sắc nét hoặc lên rìa hoặc lên vùng chính giữa. Được phân loại

là nhóm quang sai ngoài trục, sự cong trường tạo ra mặt phẳng ảnh có hình

dạng một mặt cầu lõm (giống như một mặt thấu kính lồi) khi nhìn từ phía

vật kính. Mặc dù các đới liên tiếp có thể mang vào hội tụ bằng cách tịnh

tiến vật kính, nhưng tồn bộ ảnh không thể hội tụ đồng thời lên một mặt

phẳng như mặt phẳng phim hoặc bề mặt của bộ cảm biến ảnh CCD hoặc

CMOS.

Xử lí sự cong trường bằng cách thêm vào một nguyên tố thấu kính

hiệu chỉnh cho vật kính trong những vật kính trường-phẳng được thiết kế

đặc biệt.

34



Sự cong trường ít khi bị loại trừ hồn tồn, nhưng người ta thường

khó phát hiện sự cong ở rìa với đa số vật kính đã hiệu chỉnh phẳng. Kết quả

là những mức độ cong trường rất hạn chế không làm giảm giá trị ảnh chụp

hiển vi hoặc ảnh kĩ thuật số. Hiện tượng này diễn ra gay gắt hơn ở độ

phóng đại thấp và có thể là vấn đề nghiêm trọng đối với ảnh chụp hiển vi.

V. MÉO ẢNH

Méo ảnh là một dạng quang sai khi ảnh của một vật có dạng phẳng

vẫn có dạng phẳng và các đường trên mặt phẳng ấy vẫn rõ nét nhưng độ

phóng đại trong trường nhìn khơng đều. Do méo ảnh mà ảnh của một lưới

hình ơ vng, đặt vng góc với quang trục chính biến thành lưới có mắt là

những đường cong.

Méo ảnh có thể khó phát hiện, đặc biệt khi quang sai tương đối nhẹ và

vật thiếu cấu trúc tuần hoàn. Loại hiện tượng này xảy ra gay gắt nhất ở

những vật có các đường thẳng, như hình lưới, hình vng, hình chữ nhật,

hoặc các hình đa giác khác sắp xếp đều đặn sẵn sàng biểu hiện sự cong có

mặt do méo hình.

Méo ảnh thường tìm thấy trong các thiết kế quang sử dụng các hệ thấu

kính phức hợp (chụp ảnh xa, mắt đỏ, và phóng to/thu nhỏ) chứa các thấu

kính khum, lõm, bán cầu và thấu kính lồi dày. Các hệ thấu kính phức tạp,

như ống phóng to/thu nhỏ, có thể có sự méo ảnh rõ rệt hơn, chúng biến đổi

theo tiêu cự, tạo ra méo hình gối cắm kim ở tiêu cự dài và méo hình tang

trống ở tiêu cự ngắn. Vì lí do này nên kính hiển vi ảnh nổi phóng to/thu nhỏ

thường có một lượng méo hình đáng kể có mặt và các nhà chế tạo kính hiển

vi phải tiêu tốn nhiều công sắc để làm giảm bớt sự quang sai này.



VI. SẮC SAI

Trong trường hợp dùng ánh sáng khơng đơn sắc thì ngồi các dạng

quang sai kể trên thì có khả năng xảy ra một loại quang sai khác gọi là sắc

sai. Nguyên nhân gây ra sắc sai là sự tán sắc của ánh sáng. Do chiết suất

của chất làm thấu kính phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng mà nguy cơ

các tia gần trục, có bước sóng khác nhau xuất phát từ cùng một điểm, sau

khi qua thấu kính cũng hội tụ ở các điểm khac nhau.

Một trong những khiếm khuyết phổ biến nhất quan sát thấy ở các

thấu kính dạng cầu, sự sắc sai, xảy ra vì thấu kính khúc xạ các màu khác

nhau trong ánh sáng trắng ở những góc khác nhau theo bước sóng.



35



-



-



Ánh sáng đỏ khơng bị khúc xạ cùng góc như ánh sáng lục hoặc ánh sáng

lam nên tiêu điểm trên trục chính của thấu kính hơi lệch xa thấu kính hơn

đối với ánh sáng đỏ.

Ánh sáng lục bị hội tụ gần thấu kính hơn ánh sáng đỏ, và ánh sáng lam bị

hội tụ trong một mặt phẳng gần thấu kính nhất. Hiện tượng này thường

được gọi là sự tán sắc và xảy ra ở một mức độ nhất định đối với tất cả các

thấu kính có dạng cầu.

Sắc sai thường đi kèm với sự chênh lệch độ phóng đại ảnh xuất hiện

như là một hệ quả của sự thay đổi mặt phẳng tiêu đối với mỗi nhóm màu,

một hiệu ứng thường được gọi là sự lệch sắc phóng đại.

Quang sai thuộc loại này có thể được làm giảm đáng kể, hoặc loại

trừ, bằng cách chế tạo các thấu kính ghép gồm từng ngun tố thấu kính

có đặc điểm tán sắc màu khác nhau. Nhiều loại thấu kính quang đa dạng

hiện có sẵn cho các nhà thiết kế thấu kính. Ví dụ, thủy tinh crown có tính

chất tán sắc cho phép nó ghép đơi trong hệ đơi thấu kính cùng với nguyên

tố thấu kính thủy tin flint để tạo ra một hệ đơi thấu kính tiêu sắc làm hội tụ

các bước sóng lam và đỏ trong cùng mặt phẳng ảnh. Một quang hệ có

cơng thức thủy tinh và hình dạng càng phức tạp, tinh vi, càng có khả năng

làm giảm sự sắc sai.

Khi các tia sáng đến có mầu sắc khác nhau, bứơc sóng từng mầu

dài ngắn khác nhau, dẩn đến các tia mầu có tiêu điểm khác nhau, tiêu cự

khác nhau, khác biệt nầy gọi Quang sai sắc màu.



Do bước sóng màu đỏ dài hơn sóng vàng và xanh nên ba tia sáng màu có tiêu điể



VII. KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG QUANG SAI TRÊN ỐNG KÍNH

Quang sai là hiện tượng thường gặp khi sử dụng ống kính tele và ống

fix, biểu hiện của hiện tượng này là tạo “viền tím” trên các cạnh chi tiết

của hình ảnh.



Hiện tượng quang sai khi sử dụng ống kính tele



Quang sai hay chính xác hơn là sắc sai - Chromatic Aberration trền

ống kính, là hiện tượng ánh sáng trắng sau khi đi qua thấu kính bị sai lệch

biến thành 1 chùm sáng với phân bố từ đỏ đến tím.



36



Nguyền nhân do ánh sáng trắng là tập hợp của 7 màu cơ bản, gồm đỏ,

da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (có bước sóng 300nm đến 700nm), các

tia sáng này có bước sóng khác nhau và khi khúc xạ qua thấu kính sẽ có

sai lệch khác nhau, không hội tụ cùng một điểm nền tán sắc thành dãy

quang phổ phía trước và phía trền mặt phẳng tiều cự.

Hiện tượng này gây ra làm cho hình ảnh thu được có viền mờ, màu

biến thiền từ đỏ đến tím. Thực ra, nó xảy ra trền tồn bộ ảnh thu được

nhưng ta có thể thấy rõ nhất tại mép ảnh và thường nhìn rõ nhất một trong

các màu tím, xanh lục và hồng.

Ngồi các tia sáng trong dãy quang phổ nói trền, các tia nằm ngồi

dãy quang phổ như tia tử ngoại (UV) và tia hồng ngoại (IR) nếu không

được lọc sẽ bị tán sắc cực mạnh gây ra hiện tượng nhoè ảnh do tán sắc

giao thoa với các tia thấy được. Mặc dù mắt người không thấy được các

tia tử ngoại và tia hồng ngoại nhưng phim hay cảm biến rất nhạy với các

tia sáng này.

Trền ống kính máy ảnh hiện tượng quang sai còn liền quan đến độ mở

(hay khẩu độ) ống kính. Trong trường hợp mở khẩu độ lớn nhất trền ống

kính, đặc biệt là ống kính fix và tele, ánh sáng đi vào rìa của thấu kính nơi

có chất lượng quang học thấp nhất, vì vậy hiện tượng khúc xạ ánh sáng

trở nền rõ nét hơn và các sóng ánh sáng bị tán sắc mạnh, do đó ta sẽ thấy

hiện tượng viền ảnh có màu tím, xanh lục hoặc hồng.

Cách khắc phục



Cấu tạo của thấu kính khơng có APO và có thềm APO

Sử dụng thấu kính APO (Apochromatic elements), thấu kính làm giảm

hiện tượng quang sai, được chế tạo để có khả năng tập trung các tia sóng

khác nhau vào một điểm.

37



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

VII. THÍ DỤ VỀ HỆ ĐỒNG TRỤC: THỊ KÍNH RAMSDEN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×