ВИДОВЕ ОПТИЧНИ АБЕРАЦИИ НА ЛЕЩИТЕ И ОБЕКТИВИТЕ

Всеки обектив или окуляр в една или друга степен страда от различни оптически дефекти, наречени аберации. В резултат на действието им, създаденият от оптичната система образ е с лошо качество - недобре фокусиран, разкривен или оцветен.

Хроматична аберация

Този вид аберация се поражда вследствие  различната степен на пречупване на оптичното стъкло за различните цветове от спектъра. Така например, лъч синя светлина се пречупва повече, в сравнение с лъч червена светлина. Когато през лещата премине лъч бяла светлина тя се разлага на съставните си цветове (спектър), които се пречупват под различен ъгъл. Става така, че за различните цветове лещата има различно фокусно разстояние - за сините лъчи тя е по-късофокусна, а за червените по-дългофокусна. Разликата между тези две фокусни разстояние се нарича надлъжен хроматизъм. Колкото по- в края на лещата става пречупването на светлината, толкова по-силно изразена е хроматичната аберация. Затова, лесен начин да се намали влиянието й е да се диафрагмира лещата (обективът) - така работи само централната му част, където лъчите се пречупват под по-малък ъгъл. Стандартният начин за справяне с хроматичната аберация (както и с другите видове аберации) е съвместното използване на лещи, изработени от стъкла с различен коефициент на пречупване. Това оказва влияние върху мащаба на изображението - така около наблюдаваните обекти се вижда цветен (в случая - син) ореол. Този ефект се дължи на т.нар. хроматизъм на увеличението. Система (от три или повече оптични компонента), при която надлъжният хроматизъм е равен на нула за три цвята се нарича апохромат. Поради това, че всички цветове се отразяват по един и същи начин, огледалата не страдат от хроматична аберация.



Сферична аберация

Особеност на всички сферични повърхности е това, че оптичните елементи, чиито повърхнини са такива, не могат да съберат успореден сноп светлина в точка. Това произтича от разликата в степента на пречупване в края и в средата на лещата - фокусните им разстояния са различни за различните зони. Получава се така, че лъчите, пречупени от крайните зони се фокусират по-близо до лещата от тези от средните и централни зони. В резултат на това, образът на успоредния светлинен лъч не се фокусира в точка, а в малко кръгче с разсеян ореол около него. Подобен е ефектът и при сферичните огледала - там сферичната аберация възниква вследствие на това, че отразените от повърхността им успоредни лъчи не се фокусират в една точка. Лъчите, отразени от крайните зони на огледалото, се събират в точка, която е по-близо до огледалото, отколкото точките, в които се събират лъчите, отразени от централните зони. При лещите тази аберация се корегира чрез използването на комбинация от две лещи, изработени от оптични стъкла с различен коефициент на пречупване. Такава двойка лещи се нарича апланат. За избягване на сферичната аберация в огледалните системи вместо сферични огледала се използват параболични, които са свободни от тази аберация за безкрайно отдалечен обект. Затова, в много от огледалните телескопични системи се използва параболично огледало.





Кома

Тази аберация е подобна на сферичната аберация, но се проявява по края на полето и при наклонен лъч светлина. Причината, както и при сферичната аберация, е нееднаквото оптично действие на отделните зони на лещата (огледалото) - лъчите от различните зони не се фокусират в една точка. Изразява се в петно със специфична форма, наподобяваща комета - ярко петно с ветрилообразна опашка. Корекцията на комата става чрез използването на комбинация от лещи. Такава корегирана система се нарича апланат. Намаляването на ефекта на комата се постига и чрез диафрагмиране на оптичната система.




Астигматизъм

Астигматизмът е аберация, която също се проявява в края на полето. Получава се от това, че лъчите от две взаимно-перпендикулярни надлъжни сечения на снопа светлина, например във вертикална и хоризонтална равнина, не се фокусират в една точка. Астигматизмът се изразява в това, че образът на точка не е точка, а петно с формата на елипси или чертички. Астигматизъм се получава и когато оптичната повърхност не е с еднаква форма в две взаимно-перпендикулярни равнини и има различни фокусни разстояния в тези равнини. Оптична система с изправен астигматизъм се нарича анастигмат.




Кривина на полето

Кривината на полето се изразява в това, че множеството от фокусите на лъчите, падащи под различен ъгъл към оптичната система, не е равнина, а ротационна повърхнина. Това води до неясен образ, който е на фокус само за част от него, например само в центъра, но не и в краищата.




Дисторсия



Изкривяване на геометричните форми на обекта, в зависимост от местоположението на диафрагмата:

a - негативна дисторсия
b - позитивна дисторсия

c - отстранена дисторсия, чрез симетрично разположение на оптичните елементи спрямо диафрагмата.
Дисторсията е аберация, при която се нарушава подобието между обекта и неговия образ, изграден от оптичната система. Поражда се от това, че мащаба на изображението (линейното увеличение) на различно разстояние от центъра не е еднакъв. В резултат на това образът на прави, перпендикулярни на оптичната ос, не са прави, а криви линии. Ефектът е толкова по-голям, колкото по-отдалечен е обектът от оптичната ос. Дисторсията бива положителна (подобна на възглавна) и отрицателна (бъчвообразна). Положителна е, когато с нарастване на наклона на светлинния лъч нараства и линейното увеличение, и обратното. Видът на дисторсията зависи и от това, от коя страна на оптичния елемент е диафрагмата - ако тя е между него и обекта дисторсията е отрицателна; ако диафрагмата е между оптичния елемент и образа – тогава е положителна. Дисторсия не се наблюдава, когато диафрагмата е поместена в средата на оптичната система.
Често любителите астрономи прибягват до две техники, чрез които се постига удължаване на фокусното разстояние на телескопа от няколко пъти до няколко десетки пъти чрез окулярна проекция или чрез леща на Барлоу. Това са два чудесни начина да се постигнат големи увеличения, необходими в лунната и планетна фотография или при визуални наблюдения. Всъщност, едно от най-популярните сред любителите помощни средства при наблюденията им с телескоп, е лещата на Барлоу. Тя представлява отрицателна леща (или група лещи със същата оптична сила), която се слага между обектива и окуляра на телескопа. Служи за увеличаване на фокусното разстояние на обектива на телескопа, което пък води до по-голямо увеличение при използване на същия окуляр. Създадена е в резултат на съвместната работа на Питър Барлоу и Джордж Долонд. През 1833 г. Барлоу изчислява отрицателна ахроматична леща, която Долонд монтира на своя телескоп. За първи път е изпробвана при наблюдения и измерване на тесни двойни звезди. Обратно на положителните (събирателни) лещи, които превръщат успоредния сноп светлина в сходящ, отрицателните разсейват снопа и го правят разходящ. Това им свойство се използва при лещата на Барлоу. Разликата е, че при нея входящият сноп светлина, който идва от обектива, не е успореден, а е конусообразен. Снопът след лещата запазва формата си на конус, но вече по-заострен, точно както би бил създаден от по-дългофокусен обектив без леща на Барлоу. Увеличението (всъщност степента на увеличение на фокусното разстояние на телескопа) на лещата на Барлоу зависи от две неща - оптичната сила на самата леща и разстоянието й до обектива или фокуса му. При разумно изменение на това разстояние качеството на изображението се запазва много добро.




Друга особеност при използването на лещата на Барлоу е, че ако разстоянието до главния фокус на обектива е равно на фокусното й разстояние, светлинният сноп след нея става успореден - еквивалентният фокус на обектива е в безкрайност. В този случай, телескопът практически се превръща в галилеев телескоп.