Кома или неизопланатизм

Описания элементарных аберраций оптических изображающих приборов, методов их обнаружения и компенации

Кома или неизопланатизм

Сообщение Ernest » 09 ноя 2009, 21:20

Кома - апертурная аберрация, одна из пяти монохроматических Зейделевых аберраций 3-го порядка. Она является проявлением неравенства увеличения для разных кольцевых зон апертуры объектива или его неизопланатизма. То есть центральная зона апертуры объектива работает с одним увеличением (масштабом изображения), а краевая зона с другим. Неизопланатизм измеряют в процентах - разности увеличения края апертуры по сравнению с ее центральной зоной. Изображение звезды в точке наилучшей фокусировки представляет собой как бы веер с осью симметрии проходящей через центр поля зрения (оптической оси в центрированной оптической системы). Угол раскрытия "веера" составляет 60 градусов, его вершина (голова комы) более яркая, чем "хвост", вершина обычно показывает направление на центр поля зрения (недоисправленная остаточная кома).

Изображение звезды испорченное комой (при большом увеличении) в зависимости от величины аберрации
(кликните мышкой для большего размера)

coma.PNG

Ход лучей, основные измерения и точечная диаграмма аберрации
coma_aberration.JPG
coma_aberration.JPG (31.48 КБ) Просмотров: 5334


Как и сферическая аберрация кома имеет каустическую поверхность, ее особенность состоит в том, что она образуется только со стороны вершины и симметрична относительно плоскости изображения (то есть проявляется одинаково в пред- и зафокале). Эта поверхность придает яркость вершине комы при небольших расфокусировках. Во внефокальных (немного расфокусированных) изображениях звезды имеют одинаково смещенный (обычно в сторону оптической оси) центр яркости пятна расфокусировки. А при наличии центрального экранирования смещенную тень от экрана.

Кома может быть измерена в поперечном направлении по ширине своей самой широкой части (dx'), или по высоте пятна от вершины до дальней точки "хвоста" (dy'), или до центра окружности в изображении формируемой краевой зоной апертуры (dy'o). Эти три величины однозначно связаны между собой для обычной комы 3-го порядка и зависят квадратично от диаметра апертуры (или кольцевой зоны на ней) и линейно от полевого угла (или расстояния от оптической оси до точки в которой рассматривается изображение). Таким образом сумма второй степени по апертуре и первой по полю составляет три - третий порядок этой аберрации. В более детальном аберрационном анализе оперируют комой и более высоких порядков: 5-го и 7-го. Иногда встречается упоминание и о продольном измерении комы - радиусе кривизны каустики. Нулевой радиус соответствует нулевому проявлению аберрации. Кома может быть представлена и в виде деформации волнового фронта - значением коэффициента С31 при соответствующем полиноме Цернике.

Типичный прием исправления комы в оптике - симметричность расположения оптических поверхностей и сред относительно апертурной диафрагмы. Труднее всего исправлять кому в несимметричных оптических системах, особенно с вынесенной диафрагмой (входным или выходным зрачком). Оптические системы с исправленной комой и сферической аберрацией называются апланатическими. Например, классический телескоп Ньютона, Кассегрен и обычный Шмидт-Кассегрен неапланатичны, а ахроматический дублет, Максутовкий Кассегрен, Ричи-Кретьен и схема Клевцова апланатичны. Апланатические оптические системы кроме того, что имеют много большее качественное поле зрения, менее подвержены разъюстировкам.

Кроме центрированной комы (см. выше), которая имеет нулевое значение в центре поля зрения и линейно растет к его краю, существует и очень важна кома децентрировки. Она постоянна по полю зрения (и потому видна в его центре) и обычно свидетельствует о наличие разъюстировок (ошибок коллимации оптических элементов) в центрированных системах. См., к примеру, юстировку Ньютона.

Обратите внимание на следующий рисунок, где показан вид изображения звезды в зеркальный телескоп (с центральным экранированием) с очень большим увеличением при наличии небольшой комы (например разъюстировки) и вид изображения при небольших расфокусировках: пятна рассеивания при разных знаках расфокусировки (до и после фокуса) идентичны.
coma_star_test.JPG
coma_star_test.JPG (9.37 КБ) Просмотров: 5339


Искажение тонкой дифракционная структуры изображения звезды при наличии существенной комы.
coma_diffraction.JPG
coma_diffraction.JPG (4.84 КБ) Просмотров: 5339


Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 10093
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Вернуться в Типы аберраций

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron