انحرافات نوری

انحرافات، خروج یک سیستم نوری واقعی از تصویرسازی ایده‌آل پاراکسیال هستند که باعث تار شدن یا اعوجاج تصویر به دور از محور یا برای پرتوهای غیرپاراکسیال می‌شوند.

Definition

نقص‌هایی در تشکیل تصویر که به موجب آن یک سیستم نوری نمی‌تواند هر نقطه شیء را به یک نقطه تصویر تیز و واحد نگاشت کند، که به عنوان انحرافات تک‌رنگ ناشی از هندسه پرتوهای غیرپاراکسیال و انحرافات رنگی ناشی از وابستگی ضریب شکست به طول موج طبقه‌بندی می‌شوند.

Scope

این موضوع به انحرافات سیستماتیک از تشکیل تصویر کامل می‌پردازد که هنگام از بین رفتن تقریب پاراکسیال یا درگیر بودن نور با طول موج‌های مختلف ایجاد می‌شوند. این شامل پنج انحراف تک‌رنگ اولیه (زایدل) شامل انحراف کروی، کما، آستیگماتیسم، انحنای میدان و اعوجاج، و همچنین انحراف رنگی ناشی از پراکندگی است. این موضوع به توصیف جبهه موج انحرافات، وابستگی آنها به دیافراگم و میدان، و استراتژی‌های مورد استفاده برای تعادل یا اصلاح آنها در طراحی لنز می‌پردازد.

Core questions

• چرا لنزهای واقعی در تشکیل تصاویر کامل از نقاط شیء خارج از محور یا با دیافراگم وسیع شکست می‌خورند؟
• انواع متمایز انحراف اولیه کدامند و هر یک چگونه تصویر را مخدوش می‌کنند؟
• انحراف رنگی چگونه از پراکندگی ناشی می‌شود و چگونه اصلاح می‌گردد؟
• چگونه یک طراحی چند عنصری می‌تواند انحرافات را در برابر یکدیگر متعادل کند؟

Key concepts

• انحراف کروی
• کما
• آستیگماتیسم
• انحنای میدان
• اعوجاج
• انحراف رنگی
• خطای جبهه موج
• عدد ابه

Key theories

نظریه انحراف زایدل (مرتبه سوم)

بسط خطای جبهه موج تا مرتبه سوم در دیافراگم و زاویه میدان، پنج انحراف تک‌رنگ اولیه، انحراف کروی، کما، آستیگماتیسم، انحنای میدان و اعوجاج را به دست می‌دهد که هر یک وابستگی مشخصی به دیافراگم و میدان دارند.

انحراف رنگی و آکروماتیزاسیون

از آنجا که ضریب شکست با طول موج تغییر می‌کند، فاصله کانونی به رنگ بستگی دارد؛ ترکیب لنزهایی با پراکندگی مکمل در یک دوتایی آکروماتیک، دو یا چند طول موج را به یک کانون مشترک می‌آورد.

Clinical relevance

انحرافات چشم انسان، هم خطاهای انکساری مرتبه پایین‌تر و هم انحرافات مرتبه بالاتر، با ابیومتری جبهه موج اندازه‌گیری می‌شوند و با عینک، لنزهای تماسی سفارشی یا جراحی انکساری اصلاح می‌شوند؛ کنترل انحرافات برای میکروسکوپ‌های با وضوح بالا و ابزارهای نجومی نیز ضروری است.

History

زایدل نظریه مرتبه سوم پنج انحراف اولیه را در سال ۱۸۵۶ منتشر کرد و واژگان سیستماتیکی را در اختیار طراحان لنز قرار داد. پیش از آن، فراونهوفر و دیگران دوتایی‌های آکروماتیک را برای مهار انحراف رنگی توسعه داده بودند، و ابه بعدها طراحی لنز را بر پایه نظری و مترولوژیکی محکم‌تری در ساخت اپتیک میکروسکوپ قرار داد.

Key figures

• Ludwig von Seidel
• Ernst Abbe
• Joseph von Fraunhofer

Seminal works

• bornwolf1999
• smith2007

Frequently asked questions

تفاوت بین انحراف کروی و رنگی چیست؟

انحراف کروی یک نقص تک‌رنگ است که در آن پرتوها از طریق مناطق مختلف یک سطح کروی در فواصل مختلف متمرکز می‌شوند، در حالی که انحراف رنگی به این دلیل ایجاد می‌شود که طول موج‌های مختلف نور به مقادیر متفاوتی شکسته می‌شوند و بنابراین در نقاط مختلف متمرکز می‌گردند.

آیا می‌توان انحرافات را به طور کامل از بین برد؟

هیچ لنز واحدی عاری از تمام انحرافات نیست، اما انتخاب دقیق اشکال عناصر، مواد و فواصل، و استفاده از سطوح غیرکروی، می‌تواند انحرافات باقیمانده را به سطحی ناچیز برای یک کاربرد خاص کاهش دهد.