در سيستمهاي نوري هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود كه اين انحراف براي نور تكرنگ شامل ابيراهي كروي ، ابيراهي كما ، انحناي ميدان ، اعوجاج و آستيگماتيسم مي‌باشد. نور مركب علاوه بر ابيراهيهاي مذكور ابيراهي رنگي نيز خواهد داشت.
در سيستمهاي نوري مركزدار و عدسيها چنين فرض مي‌شود كه در تمام حالات از طرف جسم دسته باريكي اشعه كه شعاع اصلي آن عمود بر سطح عدسي باشد، مي‌تابد. همچنين ، جسم كوچك ، عمود بر محور اصلي و نور تابشي تك‌رنگ فرض مي‌شود، ولي در عمل شرايط فوق موجود نيست، در نتيجه تصويري كه توسط دستگاهي ، از يك جسم حاصل مي‌شود، با تصوير نظري يكسان نمي‌باشد، يعني در نتيجه عدم رعايت تقريب گاوس و بكار نبردن نور تك‌رنگ معايبي در تصوير حاصل مي‌شود و هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود.




chromatic aberration


انواع ابيراهي

ابيراهي رنگي

هر جا كه تغيير ضريب شكست يا رنگ نور به حساب بيايد، ابيراهي رنگي مطرح مي‌شود، زيرا ضريب شكست مواد شفاف با رنگ نور تغيير مي‌كند. عدسي از جسم ، تنها يك تصوير نمي‌دهد بلكه از آن يك سري تصوير (به ازاي هر رنگ موجود در دسته شعاع يك تصوير) تشكيل مي‌دهد. مشابهت عدسي با منشور كه در لبه‌هاي آن مشهودتر است، موجب پاشندگي نور مي‌گردد. بزرگنمايي جانبي هم به دنبال تغيير فاصله كانوني با رنگ تغيير مي‌كند. خود ابيراهي رنگي به دو نوع ابيراهي رنگي محوري يا طولي و ابيراهي جانبي يا عرضي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي تكفام

انحراف هر شعاع از مسير تعيين شده (ابيراهي آن) بوسيله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل‌جمع موسوم به جمعهاي سيدل بيان مي‌شود. اگر تصوير حاصل بدون عيب مي‌بود، تمام اين حاصل‌جمعها صفر مي‌شد، اما هيچ دستگاه نوري نمي‌توان ساخت كه در آن تمام اين شرايط را يكجا داشته باشيم. صفر شدن هر يك از اين جمله‌ها متناظر با نبودن ابيراهي معيني است. اين ابيراهيها كه براي هر رنگ و ضريب شكست خاصي وجود دارد، تحت عنوان ابيراهي نور تكفام مطرح مي‌شوند.

انواع ابيراهي نور تكفام

ابيراهي كروي

هرگاه دهانه عدسي‌هاي كروي بيش از حد مجاز در تقريب گاوس باشد، تصاوير حاصل معايبي از خود نشان مي‌دهند كه ناشي از يكسان نبودن بزرگنمايي در مركز و لبه عدسي مي‌باشد. اين عيب و تغيير شكل تصاوير ، به نام ابيراهي كروي در عدسي خوانده مي‌شود كه تحت اين شرايط ميان كانون پرتو پيرامحوري و كانون پرتو كناري سطحي به عنوان سطح كمترين تاري ايجاد مي‌شود. خود ابيراهي كروي به دو نوع ابيراهي طولي كروي ، ابيراهي جانبي كروي تقسيم مي‌شود.




spherical aberration


ابيراهي كما

اگر نقطه نوراني خارج از محور اصلي عدسي باشد و يك دسته اشعه با زاويه بزرگ به عدسي فرستاده شود، اشعه خروجي پس از خروج از عدسي در روي صفحه‌اي عمود بر محور فرعي تصوير غيرقرينه‌اي بدست خواهد داد. اين تصوير از نظر شكل و توزيع انرژي نامتقارن است، اين ابيراهي تصوير را ابيراهي كما مي‌نامند. در حقيقت ابيراهي كما همان ابيراهي كروي است كه از قرار گرفتن نقطه نوراني در خارج از محور اصلي حاصل مي‌شود. خود ابيراهي كما بر دو نوع كما مثبت و كما منفي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي آستيگماتيسم

اين عيب تصوير موقعي روي مي‌دهد كه فاصله نقطه‌اي از جسم ، از محور آينه مقعر تا حدي زياد باشد و اشعه‌هاي تابشي چه باهم موازي باشند و چه باهم موازي نباشند، با آينه زاويه φ مي‌سازند. در مورد عدسي‌ها هم ابيراهي به همين شكل مطرح است، يعني عدسي از نقطه دور از محور نمي‌تواند تصوير نقطه‌اي بدهد. در اين صورت دچار ابيراهي آستيگماتيسم است و تصوير مبهم حاصل از آن آستيگماتيك نام دارد، زيرا خطوط شعاعي متفاوتي در كانون متفاوتي نسبت به خطوط عمودي متمركز مي‌شوند.

انحناي ميدان

اگر عيب دستگاه نوري از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقايصي در تصوير به علت انحناي ميدان ايجاد مي‌شود كه ميدان و تصوير در مركز واضح است و در كناره‌‌ها به كلي ناواضح است، زيرا اشعه آمده از هر يك از نقاط جسم محدود نيست. بطوري كه شعاعهاي ويژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسي عبور نمي‌كند.

ابيراهي اعوجاج يا واپيچش نور

ابيراهي مربوط به اعوجاج يا واپيچش در مورد اجسام مربعي بوجود مي‌آيد، بطوريكه تصوير يك شي مربعي ، ديگر مربع نباشد، زيرا بزرگنمايي جانبي در تمام جهات يكنواخت نيست، ممكن است اضلاع به درون خميده باشند كه واپيچش بالشي ايجاد كنند، يا اضلاع به بيرون خميده شوند و توليد واپيچش بشكه‌اي كنند.

كنترل و بهينه ‌سازي ابيراهي‌ها در دستگاههاي نوري

ابيراهي در عدسي به نوع شيشه عدسي كه نوع محيط عدسي نيز تعبير مي‌شود، ‌توان (فاصله كانوني) تك تك اجزاي نوري در صورتي كه توان اجزا مختلف عوض شوند، يكسري از ابيراهي‌ها تصحيح مي‌شوند كه در رفع كما و آستيگماتيسم عامل مهم است.

شكل عدسي (ميزان خميدگي عدسي) توان عدسي تغيير كند، شعاع سطوح عوض مي‌شود، آنچه بر ابيراهي‌ها اثرگذار است، شكل عدسي ، فاصله بين عدسي‌ها يا اجزاي نوري دستگاه كه اين فاصله بر ارتفاع پرتو و يا توان كل ذستگاه تاثير دارد. ضخامت عدسي‌ها محل دريچه در مورد ابيراهي آستيگماتيسم ، واپيچش ، انحناي ميدان ، رنگي عرضي و كما اين عامل اثر گذار است.