Optická chyba

Dôležitou fyzikálnou optickou chybou je chromatická aberácia alebo farebná chyba. Jej príčinou je závislosť indexu lomu svetla od vlnovej dĺžky svetla. Iba pri osvetlení optickej sústavy (objektívu) monochromatickým svetlom možno predpokladať, že indexy lomu na priehľadných súčastiach optickej sústavy majú konštantnú hodnotu. Pri prestupe obyčajného svetla cez priehľadné látky vzrastá index lomu so skracujúcou sa vlnovou dĺžkou, preto napr. obyčajná spojka má väčšiu optickú mohutnosť pre modré ako pre červené lúče. Rovnobežný zväzok bieleho svetla dopadajúci na objektív sa v ňom láme a súčasne rozkladá ako na hranole. Najviac sa lámu fialové lúče a tvoria ohnisko najbližšie za šošovkou, najmenej sa lámu červené lúče a vytvárajú ohnisko ďalej od šošovky. Medzi obidvoma ohniskami je veľa ohnísk ostatných spektrálnych farieb podľa vzrastajúcej vlnovej dĺžky. Obraz zdroja bieleho svetla je neostrý a na okraji sfarbený. Chromatická aberácia nedovoľuje použiť podstatnejšie zväčšenia. Túto optickú chybu možno odstrániť kombinovaním spojky a rozptylky vyrobených zo skiel rôznych druhov, ktoré majú rozličné relatívne disperzie. Dosahuje sa to napr. kombináciou spojky z korunového skla a rozptylky z flintového skla, kým optická mohutnosť sústavy zostáva kladná. Šošovka s kompenzovanou chromatickou aberáciou je achromatická (achromát). Pri zrkadlových objektívoch sa chromatická aberácia nevyskytuje.

Kolimačná chyba je odchýlka optickej osi ďalekohľadu od kolmej roviny vzhľadom na otáčavú os, ku ktorej je ďalekohľad pripevnený.

Sférickú aberáciu (sférickú, guľovú alebo otvorovú chybu) spôsobuje guľový tvar šošoviek tým, že lúče prechádzajúce okrajom šošovky sa viac lámu ako lúče blízko optickej osi. Rozdiel medzi vzdialenosťami ich ohnísk je sférická pozdĺžna aberácia. Táto optická chyba zapríčiňuje neostrosť obrazov, pretože pri dopade rovnobežného zväzku svetelných lúčov na šošovku pretínajú okrajové lúče zväzku (po lome šošovkou) optickú os v inom bode ako lúče v blízkosti osi. Pri spojke (šošovke s kladnou optickou mohutnosťou) je sférická aberácia záporná. Pri rozptylke (šošovke so zápornou optickou mohutnosťou) sa okrajové lúče lámu menej ako paraxiálne, ohnisko okrajových lúčov je ďalej ako paraxiálnych a sférická aberácia je kladná. Preto možno opravovať túto optickú chybu kombináciou spojných a rozptylných šošoviek s pozdĺžnou sférickou aberáciou rôznych znamienok. Pri dvojitom objektíve sa dá súčasne znížiť sférická i chromatická aberácia. Sférická aberácia sa vyskytuje aj pri sférických zrkadlách a odstraňuje sa prechodom od sférickej obrazovej plochy k parabolickej alebo použitím korekčnej šošovky (Schmidtov ďalekohľad) a menisku (Maksutovov ďalekohľad). Aj sférickú aberáciu jednoduchej šošovky možno odstrániť tým, že jej jedna alebo obidve guľové plochy sa podľa potreby korigujú. Objektívy ďalekohľadov pracujú obyčajne len blízko optickej osi. Inak je to pri fotografických objektívoch, kde sa niekedy vyžaduje veľmi široké zorné pole.

Ďalej od optickej osi sa vyskytujú aj iné geometrické optické chyby. Pri kome sa svietiaci bod mimo optickej osi objektívu zobrazí v tvare kométy s jasným jadrom, z ktorého vychádza široký chvost. Vzniká tým, že zväzok lúčov po lome nemá osovú symetriu, lúče prechádzajúce rôznymi časťami objektívu sa stretávajú v rozličných vzdialenostiach od hlavného ohniska. Koma vzrastá úmerne so vzdialenosťou od optickej osi a môže dosiahnuť veľkú hodnotu. Veľmi znižuje rozlišovaciu schopnosť ďalekohľadu a ostrosť zobrazenia na okrajoch poľa. Možno ju odstrániť vhodnou kombináciou viacerých šošoviek (aplanát) a jej kvadratická závislosť od svetelnosti ju umožňuje ľahšie odstrániť pri málo svetelných optických sústavách.

Astigmatizmus je závažná optická chyba pri veľkých vzdialenostiach od optickej osi aj pri málo svetelných sústavách, pretože je priamo úmerná svetelnosti a druhej mocnine odklonu od optickej osi. Astigmatizmus majú aj úzke zväzky lúčov, ak sú mimoosové. Astigmatické zväzky sa pretínajú v dvoch fokálach (nevytvárajú nikde bodové ohnisko) navzájom kolmých - meridiálny a sagitálny rez. Vzdialenosť medzi fokálami sa nazýva astigmatický rozdiel. Pri astigmatizme má obraz bodového zdroja tvar krátkej čiary (na fokálach) alebo neostrého krúžka (medzi fokálami). Astigmatizmus dobre vidieť pri zobrazení predmetu v tvare sústredných kružníc preťatých niekoľkými priemermi, ležiacich v rovine kolmej na optickú os a so stredmi na optickej osi. Pri umiestení premietacieho tienidla v rovine ohnísk meridiálnych rezov sa kružnice zobrazia ostro, ale obrazy polomerov sú neostré, a to tým viac, čím sú od optickej osi ďalej. Ak je tienidlo v rovine sagitálnych rezov, obrazy polomerov sú ostré, ale kružnice neostré. Astigmatizmus sústavy možno opraviť vhodným výberom polomerov krivosti lámavých plôch a ich optických mohutností. Sústava s opraveným astigmatizmom je anastigmat. Astigmatizmus a koma sa vyskytujú aj pri parabolických zrkadlách.

Skreslenie (distorzia) je spôsobené tým, že priečne zväčšenie nie je po celom poli obrazu rovnaké, a tak sa porušuje geometrická podobnosť medzi predmetom a jeho obrazom. Neskresľuje sa zobrazenie jednotlivých bodov, ale ich konfigurácia. Ak je zobrazovaným predmetom sieťka so štvorcovými okienkami ležiaca kolmo na optickú os, zobrazí sa ako sieťka tvorená sústavou kriviek: pri zväčšovaní s rastúcou vzdialenosťou od optickej osi ako sieťka tvorená konvexnými krivkami a pri poklese zväčšenia ako sieťka s konkávnymi krivkami. Ak ide o prístroje určené na bežné vizuálne pozorovanie, skreslenie veľmi neprekáža, ale ak je obraz potrebný na presné vymeriavanie, musí sa skreslenie opraviť vhodnou kombináciou šošoviek. S rastúcim počtom šošoviek vzrastajú i svetelné straty odrazom a absorpciou. Preto sa často dáva prednosť zrkadlovým ďalekohľadom.

Sklenutie poľa spočíva v tom, že objekt v tvare roviny kolmej na optickú os sa zobrazí v tvare časti krivej plochy.