M.A.H.S.A
02-20-2012, 06:03 PM
در سیستمهای نوری هر انحرافی از تصویر كامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود كه این انحراف برای نور تكرنگ شامل ابیراهی كروی ، ابیراهی كما ، انحنای میدان ، اعوجاج و آستیگماتیسم میباشد. نور مركب علاوه بر ابیراهیهای مذكور ابیراهی رنگی نیز خواهد داشت.
در سیستمهای نوری مركزدار و عدسیها چنین فرض می‌شود كه در تمام حالات از طرف جسم دسته باریكی اشعه كه شعاع اصلی آن عمود بر سطح عدسی باشد، می‌تابد. همچنین ، جسم كوچك ، عمود بر محور اصلی و نور تابشی تكرنگ فرض می‌شود، ولی در عمل شرایط فوق موجود نیست، در نتیجه تصویری كه توسط دستگاهی ، از یك جسم حاصل می‌شود، با تصویر نظری یكسان نمی‌باشد، یعنی در نتیجه عدم رعایت تقریب گاوس و بكار نبردن نور تكرنگ معایبی در تصویر حاصل می‌شود و هر انحرافی از تصویر كامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود.
نواع ابیراهی
ابیراهی رنگی
هر جا كه تغییر ضریب شكست یا رنگ نور به حساب بیاید، ابیراهی رنگی مطرح می‌شود، زیرا ضریب شكست مواد شفاف با رنگ نور تغییر می‌كند. عدسی از جسم ، تنها یك تصویر نمی‌دهد بلكه از آن یك سری تصویر (به ازای هر رنگ موجود در دسته شعاع یك تصویر) تشكیل می‌دهد. مشابهت عدسی با منشور كه در لبه‌های آن مشهودتر است، موجب پاشندگی نور می‌گردد. بزرگنمایی جانبی هم به دنبال تغییر فاصله كانونی با رنگ تغییر می‌كند. خود ابیراهی رنگی به دو نوع ابیراهی رنگی محوری یا طولی و ابیراهی جانبی یا عرضی تقسیم می‌شود.
ابیراهی تكفام
انحراف هر شعاع از مسیر تعیین شده (ابیراهی آن) بوسیله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل‌جمع موسوم به جمعهای سیدل بیان می‌شود. اگر تصویر حاصل بدون عیب می‌بود، تمام این حاصل‌جمعها صفر می‌شد، اما هیچ دستگاه نوری نمی‌توان ساخت كه در آن تمام این شرایط را یكجا داشته باشیم. صفر شدن هر یك از این جمله‌ها متناظر با نبودن ابیراهی معینی است. این ابیراهیها كه برای هر رنگ و ضریب شكست خاصی وجود دارد، تحت عنوان ابیراهی نور تكفام مطرح می‌شوند.
انواع ابیراهی نور تكفام
ابیراهی كروی
هرگاه دهانه عدسی‌های كروی بیش از حد مجاز در تقریب گاوس باشد، تصاویر حاصل معایبی از خود نشان می‌دهند كه ناشی از یكسان نبودن بزرگنمایی در مركز و لبه عدسی میباشد. این عیب و تغییر شكل تصاویر ، به نام ابیراهی كروی در عدسی خوانده می‌شود كه تحت این شرایط میان كانون پرتو پیرامحوری و كانون پرتو كناری سطحی به عنوان سطح كمترین تاری ایجاد می‌شود. خود ابیراهی كروی به دو نوع ابیراهی طولی كروی ، ابیراهی جانبی كروی تقسیم می‌شود.
ابیراهی كما
اگر نقطه نورانی خارج از محور اصلی عدسی باشد و یك دسته اشعه با زاویه بزرگ به عدسی فرستاده شود، اشعه خروجی پس از خروج از عدسی در روی صفحه‌ای عمود بر محور فرعی تصویر غیرقرینه‌ای بدست خواهد داد. این تصویر از نظر شكل و توزیع انرژی نامتقارن است، این ابیراهی تصویر را ابیراهی كما می‌نامند. در حقیقت ابیراهی كما همان ابیراهی كروی است كه از قرار گرفتن نقطه نورانی در خارج از محور اصلی حاصل می‌شود. خود ابیراهی كما بر دو نوع كما مثبت و كما منفی تقسیم می‌شود.
ابیراهی آستیگماتیسم
این عیب تصویر موقعی روی می‌دهد كه فاصله نقطه‌ای از جسم ، از محور آینه مقعر تا حدی زیاد باشد و اشعه‌های تابشی چه باهم موازی باشند و چه باهم موازی نباشند، با آینه زاویه φ می‌سازند. در مورد عدسیها هم ابیراهی به همین شكل مطرح است، یعنی عدسی از نقطه دور از محور نمی‌تواند تصویر نقطه‌ای بدهد. در این صورت دچار ابیراهی آستیگماتیسم است و تصویر مبهم حاصل از آن آستیگماتیك نام دارد، زیرا خطوط شعاعی متفاوتی در كانون متفاوتی نسبت به خطوط عمودی متمركز می‌شوند.
انحنای میدان
اگر عیب دستگاه نوری از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقایصی در تصویر به علت انحنای میدان ایجاد می‌شود كه میدان و تصویر در مركز واضح است و در كناره‌‌ها به كلی ناواضح است، زیرا اشعه آمده از هر یك از نقاط جسم محدود نیست. بطوری كه شعاعهای ویژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسی عبور نمی‌كند.
ابیراهی اعوجاج یا واپیچش نور
ابیراهی مربوط به اعوجاج یا واپیچش در مورد اجسام مربعی بوجود می‌آید، بطوریكه تصویر یك شی مربعی ، دیگر مربع نباشد، زیرا بزرگنمایی جانبی در تمام جهات یكنواخت نیست، ممكن است اضلاع به درون خمیده باشند كه واپیچش بالشی ایجاد كنند، یا اضلاع به بیرون خمیده شوند و تولید واپیچش بشكه‌ای كنند.
كنترل و بهینه سازی ابیراهیها در دستگاههای نوری
ابیراهی در عدسی به نوع شیشه عدسی كه نوع محیط عدسی نیز تعبیر می‌شود، توان (فاصله كانونی) تك تك اجزای نوری در صورتی كه توان اجزا مختلف عوض شوند، یكسری از ابیراهیها تصحیح می‌شوند كه در رفع كما و آستیگماتیسم عامل مهم است.
شكل عدسی (میزان خمیدگی عدسی) توان عدسی تغییر كند، شعاع سطوح عوض می‌شود، آنچه بر ابیراهیها اثرگذار است، شكل عدسی ، فاصله بین عدسیها یا اجزای نوری دستگاه كه این فاصله بر ارتفاع پرتو و یا توان كل ذستگاه تاثیر دارد. ضخامت عدسیها محل دریچه در مورد ابیراهی آستیگماتیسم ، واپیچش ، انحنای میدان ، رنگی عرضی و كما این عامل اثر گذار است.
منبع : شبكه رشد
در سیستمهای نوری مركزدار و عدسیها چنین فرض می‌شود كه در تمام حالات از طرف جسم دسته باریكی اشعه كه شعاع اصلی آن عمود بر سطح عدسی باشد، می‌تابد. همچنین ، جسم كوچك ، عمود بر محور اصلی و نور تابشی تكرنگ فرض می‌شود، ولی در عمل شرایط فوق موجود نیست، در نتیجه تصویری كه توسط دستگاهی ، از یك جسم حاصل می‌شود، با تصویر نظری یكسان نمی‌باشد، یعنی در نتیجه عدم رعایت تقریب گاوس و بكار نبردن نور تكرنگ معایبی در تصویر حاصل می‌شود و هر انحرافی از تصویر كامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود.
نواع ابیراهی
ابیراهی رنگی
هر جا كه تغییر ضریب شكست یا رنگ نور به حساب بیاید، ابیراهی رنگی مطرح می‌شود، زیرا ضریب شكست مواد شفاف با رنگ نور تغییر می‌كند. عدسی از جسم ، تنها یك تصویر نمی‌دهد بلكه از آن یك سری تصویر (به ازای هر رنگ موجود در دسته شعاع یك تصویر) تشكیل می‌دهد. مشابهت عدسی با منشور كه در لبه‌های آن مشهودتر است، موجب پاشندگی نور می‌گردد. بزرگنمایی جانبی هم به دنبال تغییر فاصله كانونی با رنگ تغییر می‌كند. خود ابیراهی رنگی به دو نوع ابیراهی رنگی محوری یا طولی و ابیراهی جانبی یا عرضی تقسیم می‌شود.
ابیراهی تكفام
انحراف هر شعاع از مسیر تعیین شده (ابیراهی آن) بوسیله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل‌جمع موسوم به جمعهای سیدل بیان می‌شود. اگر تصویر حاصل بدون عیب می‌بود، تمام این حاصل‌جمعها صفر می‌شد، اما هیچ دستگاه نوری نمی‌توان ساخت كه در آن تمام این شرایط را یكجا داشته باشیم. صفر شدن هر یك از این جمله‌ها متناظر با نبودن ابیراهی معینی است. این ابیراهیها كه برای هر رنگ و ضریب شكست خاصی وجود دارد، تحت عنوان ابیراهی نور تكفام مطرح می‌شوند.
انواع ابیراهی نور تكفام
ابیراهی كروی
هرگاه دهانه عدسی‌های كروی بیش از حد مجاز در تقریب گاوس باشد، تصاویر حاصل معایبی از خود نشان می‌دهند كه ناشی از یكسان نبودن بزرگنمایی در مركز و لبه عدسی میباشد. این عیب و تغییر شكل تصاویر ، به نام ابیراهی كروی در عدسی خوانده می‌شود كه تحت این شرایط میان كانون پرتو پیرامحوری و كانون پرتو كناری سطحی به عنوان سطح كمترین تاری ایجاد می‌شود. خود ابیراهی كروی به دو نوع ابیراهی طولی كروی ، ابیراهی جانبی كروی تقسیم می‌شود.
ابیراهی كما
اگر نقطه نورانی خارج از محور اصلی عدسی باشد و یك دسته اشعه با زاویه بزرگ به عدسی فرستاده شود، اشعه خروجی پس از خروج از عدسی در روی صفحه‌ای عمود بر محور فرعی تصویر غیرقرینه‌ای بدست خواهد داد. این تصویر از نظر شكل و توزیع انرژی نامتقارن است، این ابیراهی تصویر را ابیراهی كما می‌نامند. در حقیقت ابیراهی كما همان ابیراهی كروی است كه از قرار گرفتن نقطه نورانی در خارج از محور اصلی حاصل می‌شود. خود ابیراهی كما بر دو نوع كما مثبت و كما منفی تقسیم می‌شود.
ابیراهی آستیگماتیسم
این عیب تصویر موقعی روی می‌دهد كه فاصله نقطه‌ای از جسم ، از محور آینه مقعر تا حدی زیاد باشد و اشعه‌های تابشی چه باهم موازی باشند و چه باهم موازی نباشند، با آینه زاویه φ می‌سازند. در مورد عدسیها هم ابیراهی به همین شكل مطرح است، یعنی عدسی از نقطه دور از محور نمی‌تواند تصویر نقطه‌ای بدهد. در این صورت دچار ابیراهی آستیگماتیسم است و تصویر مبهم حاصل از آن آستیگماتیك نام دارد، زیرا خطوط شعاعی متفاوتی در كانون متفاوتی نسبت به خطوط عمودی متمركز می‌شوند.
انحنای میدان
اگر عیب دستگاه نوری از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقایصی در تصویر به علت انحنای میدان ایجاد می‌شود كه میدان و تصویر در مركز واضح است و در كناره‌‌ها به كلی ناواضح است، زیرا اشعه آمده از هر یك از نقاط جسم محدود نیست. بطوری كه شعاعهای ویژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسی عبور نمی‌كند.
ابیراهی اعوجاج یا واپیچش نور
ابیراهی مربوط به اعوجاج یا واپیچش در مورد اجسام مربعی بوجود می‌آید، بطوریكه تصویر یك شی مربعی ، دیگر مربع نباشد، زیرا بزرگنمایی جانبی در تمام جهات یكنواخت نیست، ممكن است اضلاع به درون خمیده باشند كه واپیچش بالشی ایجاد كنند، یا اضلاع به بیرون خمیده شوند و تولید واپیچش بشكه‌ای كنند.
كنترل و بهینه سازی ابیراهیها در دستگاههای نوری
ابیراهی در عدسی به نوع شیشه عدسی كه نوع محیط عدسی نیز تعبیر می‌شود، توان (فاصله كانونی) تك تك اجزای نوری در صورتی كه توان اجزا مختلف عوض شوند، یكسری از ابیراهیها تصحیح می‌شوند كه در رفع كما و آستیگماتیسم عامل مهم است.
شكل عدسی (میزان خمیدگی عدسی) توان عدسی تغییر كند، شعاع سطوح عوض می‌شود، آنچه بر ابیراهیها اثرگذار است، شكل عدسی ، فاصله بین عدسیها یا اجزای نوری دستگاه كه این فاصله بر ارتفاع پرتو و یا توان كل ذستگاه تاثیر دارد. ضخامت عدسیها محل دریچه در مورد ابیراهی آستیگماتیسم ، واپیچش ، انحنای میدان ، رنگی عرضی و كما این عامل اثر گذار است.
منبع : شبكه رشد