เลนส์ความผิดปกติ

ความผิดปกติในระบบสายตาเช่นเลนส์และกระจกโค้งการเบี่ยงเบนของแสงผ่านเลนส์ทำให้ภาพวัตถุเบลอ ในระบบในอุดมคติทุกจุดบนวัตถุจะโฟกัสไปที่ขนาดศูนย์บนรูปภาพ อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติแต่ละจุดภาพมีปริมาณ จำกัด ขนาดและรูปทรงที่ไม่สมมาตรทำให้ภาพทั้งหมดเบลอ ซึ่งแตกต่างจากกระจกเครื่องบินซึ่งให้ภาพที่ปราศจากความผิดปกติเลนส์เป็นผู้ผลิตภาพที่ไม่สมบูรณ์กลายเป็นอุดมคติเฉพาะสำหรับรังสีที่ผ่านจุดศูนย์กลางขนานกับแกนแสง (เส้นผ่านจุดศูนย์กลางตั้งฉากกับพื้นผิวเลนส์) สมการที่พัฒนาขึ้นสำหรับความสัมพันธ์ระหว่างภาพกับวัตถุในเลนส์ที่มีพื้นผิวเป็นทรงกลมนั้นเป็นเพียงค่าประมาณและจัดการกับรังสีแบบ Parallel เท่านั้นเช่นรังสีที่ทำมุมเล็ก ๆ กับแกนแสงเท่านั้น เมื่อแสงเพียงความยาวคลื่นเดียวปรากฏขึ้นมีความผิดปกติห้าประการที่ต้องพิจารณาเรียกว่าความผิดปกติของทรงกลม, โคม่า, สายตาเอียง, ความโค้งของสนามและการบิดเบี้ยว พบความผิดปกติครั้งที่หกในเลนส์ (แต่ไม่ใช่กระจก) - โดยปกติแล้วความผิดเพี้ยนของสี - ผลลัพธ์เมื่อแสงไม่ได้เป็นสีเดียว (ไม่ใช่ความยาวคลื่นเดียว)

เลนส์: ความคลาดเคลื่อนของเลนส์

หากเลนส์นั้นสมบูรณ์แบบและวัตถุนั้นเป็นจุดเดียวของแสงสีเดียวจากนั้นตามที่ระบุไว้ข้างต้นคลื่นแสงที่โผล่ออกมาจาก

ในความคลาดเคลื่อนทรงกลมแสงของแสงจากจุดหนึ่งบนแกนออปติคัลของเลนส์ที่มีพื้นผิวทรงกลมไม่ตรงตามจุดภาพเดียวกัน รังสีที่ผ่านเลนส์ใกล้กับศูนย์กลางจะโฟกัสไปไกลกว่ารังสีที่ผ่านเขตวงกลมใกล้กับขอบของมัน สำหรับกรวยของรังสีทุกจุดจากวัตถุตามแนวแกนพบเลนส์มีกรวยของรังสีที่รวมกันเป็นจุดภาพรูปกรวยมีความยาวต่างกันตามขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเขตวงกลม ไม่ว่าระนาบที่มุมฉากกับแกนแสงจะทำเพื่อตัดกรวยรูปกรวยจะเป็นรูปกากบาทวงกลม พื้นที่ของหน้าตัดจะแตกต่างกันไปตามระยะทางตามแกนแสงซึ่งมีขนาดเล็กที่สุดที่เรียกว่าวงกลมที่มีความสับสนน้อยที่สุด ภาพนี้ไม่มีภาพความผิดปกติของทรงกลมมากที่สุดในระยะนี้

อาการโคม่าเรียกว่าเพราะภาพจุดที่ถูกทำให้เบลอเป็นดาวหางนั้นเกิดขึ้นเมื่อรังสีจากจุดวัตถุนอกแกนถูกถ่ายภาพโดยโซนต่าง ๆ ของเลนส์ ในความคลาดเคลื่อนทรงกลมภาพของจุดวัตถุบนแกนที่ตกลงบนระนาบที่มุมฉากกับแกนแสงนั้นมีรูปร่างเป็นวงกลมมีขนาดที่แตกต่างกันและซ้อนทับกันบนจุดศูนย์กลางทั่วไป ในอาการโคม่าภาพของจุดออบเจ็กต์นอกแกนเป็นรูปวงกลมขนาดแตกต่างกัน แต่แทนที่ด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน แผนภาพต่อไปนี้แสดงกรณีที่เกินจริงของภาพสองภาพอันหนึ่งเป็นผลมาจากกรวยกลางของรังสีและอีกรูปหนึ่งจากกรวยที่ลอดผ่านขอบ วิธีปกติในการลดอาการโคม่าคือการใช้ไดอะแฟรมเพื่อกำจัดกรวยด้านนอกของรังสี

สายตาเอียงซึ่งแตกต่างจากความผิดปกติของทรงกลมและอาการโคม่าเป็นผลมาจากความล้มเหลวของโซนเดียวของเลนส์เพื่อโฟกัสภาพของจุดนอกแกนที่จุดเดียว ดังที่แสดงในแผนผังสามมิติระนาบทั้งสองที่มุมฉากกับอีกอันที่ผ่านแกนออปติคอลคือระนาบเที่ยงและระนาบทัลระนาบเที่ยงเป็นระนาบหนึ่งที่บรรจุจุดวัตถุนอกแกน รังสีที่ไม่ได้อยู่ในระนาบเที่ยงที่เรียกว่ารังสีเบ้นั้นจะโฟกัสอยู่ห่างจากเลนส์มากกว่าที่อยู่ในระนาบ ไม่ว่าในกรณีใดรังสีจะไม่พบจุดโฟกัส แต่เป็นเส้นตั้งฉากซึ่งกันและกัน อยู่ตรงกลางระหว่างตำแหน่งทั้งสองนี้ภาพจะเป็นวงรี

ความโค้งของสนามและความผิดเพี้ยนหมายถึงตำแหน่งของจุดภาพที่เกี่ยวเนื่องกัน แม้ว่าความคลาดเคลื่อนสามแบบในอดีตอาจได้รับการแก้ไขในการออกแบบเลนส์ แต่ความผิดปกติทั้งสองนี้อาจยังคงอยู่ ในความโค้งของสนามภาพของวัตถุเครื่องบินตั้งฉากกับแกนออปติคัลจะวางอยู่บนพื้นผิว paraboloidal ที่เรียกว่าพื้นผิว Petzval (หลังจากJózsef Petzval นักคณิตศาสตร์ชาวฮังการี) ฟิลด์ภาพแบนเป็นที่ต้องการในการถ่ายภาพเพื่อให้ตรงกับระนาบฟิล์มและการฉายภาพเมื่อกระดาษที่ขยายหรือหน้าจอการฉายอยู่บนพื้นผิวที่เรียบ ความผิดเพี้ยนหมายถึงการเสียรูปของภาพ มีการบิดเบือนสองแบบซึ่งอาจมีอยู่ในเลนส์: การบิดเบี้ยวแบบบาร์เรลซึ่งการขยายลดลงตามระยะห่างจากแกนและการบิดเบี้ยวแบบมีขอบซึ่งการขยายจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางจากแกน

ความคลาดเคลื่อนสีสุดท้ายคือความผิดปกติของเลนส์เพื่อโฟกัสสีทั้งหมดในระนาบเดียวกัน เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงมีค่าน้อยที่สุดที่ปลายแดงสเปกตรัมความยาวโฟกัสของเลนส์ในอากาศจะยิ่งใหญ่สำหรับสีแดงและเขียวมากกว่าสำหรับสีน้ำเงินและสีม่วง กำลังขยายได้รับผลกระทบจากความคลาดสีซึ่งแตกต่างกันตามแกนแสงและตั้งฉากกับมัน อันแรกเรียกว่าความคลาดเคลื่อนสีตามยาวและความคลาดเคลื่อนสีข้างที่สอง