ابیراهی
|
تغییر شکل در تصویر به دست آمده از هر عدسی یا آیینه. تمام عدسیها، آینه ها، منشورها و به طور کلی تمام دستگاههای که از یک یا چند مورد از آنها استفاده می کنند ایده آل نبوده و دارای خطا یا ابیراهی می باشند.
محتویات
ابیراهی در عدسی
در سیستمهای نوری هر انحرافی از تصویر کامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود که این انحراف برای نور تکرنگ شامل ابیراهی کروی ، ابیراهی کما ، انحنای میدان ، اعوجاج و آستیگماتیسم می‌باشد. نور مرکب علاوه بر ابیراهیهای مذکور ابیراهی رنگی نیز خواهد داشت.
در سیستمهای نوری مرکزدار و عدسیها چنین فرض می‌شود که در تمام حالات از طرف جسم دسته باریکی اشعه که شعاع اصلی آن عمود بر سطح عدسی باشد، می‌تابد. همچنین ، جسم کوچک ، عمود بر محور اصلی و نور تابشی تکرنگ فرض می‌شود، ولی در عمل شرایط فوق موجود نیست، در نتیجه تصویری که توسط دستگاهی ، از یک جسم حاصل می‌شود، با تصویر نظری یکسان نمی‌باشد، یعنی در نتیجه عدم رعایت تقریب گاوس و بکار نبردن نور تکرنگ معایبی در تصویر حاصل می‌شود و هر انحرافی از تصویر کامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود.
ابیراهی رنگی
در تلسکوپ های شکستی نور وارد عدسی ها شده و می شکند ، با توجه به این که نور های مختلف در فاصله های مختلفی کانونی می شوند اشکالی به وجود می آید که به آن ابیراهی رنگی گویند. به این صورت که اگر در چشمی نگاه کنیم شاهد یک هاله آبی در اطراف جرم خواهید بود.
برای رفع این مشکل عدسی های از دو بخش تشکیل می شوند که به چنین عدسی هایی عدسی های آکروماتیک می گویند .عدسی های آکروماتیک را از یک جز همگرا و با جنسی که نور سفید را کم تر تجزیه می کند و یک جز واگرا که به گونه ای است که تجزیه آن بیشتر از شکستش باشد می سازند.در عدسی حاصل از ترکیب این دو جز نور سفید به وسیله عدسی همگرا به هنگام عبور از عدسی واگرا خنثی می شود ولی شکست نور در عدسی همگرا تقریبا حفظ می شود (در واقع تجزیه نمی شود).
ابیراهی تکفام
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 که در آن تمام این شرایط را یکجا داشته باشیم. صفر شدن هر یک از این جمله‌ها متناظر با نبودن ابیراهی معینی است. این ابیراهیها که برای هر رنگ و ضریب شکست خاصی وجود دارد، تحت عنوان ابیراهی نور تکفام مطرح می‌شوند.
ابیراهی کروی
این نقیصه عدسی هایی است که سطح کروی دارند.اکثر عدسی های سطح کروی دارند و سطح های پیشین و پسین این عدسی های کروی شکل اند . این قبیل عدسی ها نمی توانند نور را به درستی کانونی کنند . شعاع های نوری که از نزدیکی لبه این عدسی های می گذرد بیش از شعاع های نوری است که از مرکز عدسی شکسته می شوند و به این ترتیب یکی از دو شعاع نوری با دیگری اختلاف پیدا میکندو دراین صورت تصویر حاصله تار میگردد.
این خطا کاملا با کنجنمایی رنگی متفاوت است. خطای کروی حتی وقتی که هیچ تجزیه نوری هم صورت نگیرد ممکن است وجود داشته باشد. اگر سطوح عدسی به جای آن که کروی باشند سهمی وار ساخته شوند این خطا برطرف شده و شاهد خطای کروی نخواهید بود.انحنای یکی عدسی سهمی وار در لبه ها کمتر از مرکز آن است و اشعه موازی را در کانون مشخص واحدی جمع میکند.
ابیراهی کما
اگر نقطه نورانی خارج از محور اصلی عدسی باشد و یک 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 شکل و توزیع انرژی نامتقارن است، این ابیراهی تصویر را ابیراهی کما می‌نامند. در حقیقت ابیراهی کما همان ابیراهی کروی است که از قرار گرفتن نقطه نورانی در خارج از محور اصلی حاصل می‌شود. خود ابیراهی کما بر دو نوع کما مثبت و کما منفی تقسیم می‌شود.
ابیراهی آستیگماتیسم
این عیب تصویر موقعی روی می‌دهد که 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 شکل 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 آستیگماتیک نام دارد، زیرا خطوط شعاعی متفاوتی در کانون متفاوتی نسبت به خطوط عمودی متمرکز می‌شوند.
انحنای میدان
هر سیتم اپتیکی از اشیا نقطهای چه روی محور و چه خارج آن ، تصاویر نقطهای تشکیل خواهد داد. تحت این شرایط تصاویر روی سطح خمیده تپزوال می‌افتند که سطوح مماسی و تیر روی هم می‌افتند. در چنین سیستمی با وجودی که آستیگماتیسم تصحیح شده است ولی سطح کانونی منحنی است. هرگاه پرده صاف در محل کانون قرار داده شود، مرکز میدان دید به صورت واضحی کانونی خواهد شد، اما لبه‌ها کاملا مبهم و تار خواهند بود.
اگر پرده کمی جلوتر آورده شود، مرکز میدان و حاشیه‌های میدان تار خواهند بود و مابین آنها به صورتی واضح کانونی خواهد شد. از نظر ریاضی برای هر سیستم فیزیکی اپتیکی یک سطح پتزوال وجود دارد و اگر توان و ضریب شکست عدسیها ثابت بماند، شکل سطح پتزوال را با تغییر دادن ضریب شکل عدسیها و یا فواصل آنها نمی‌توان تغییر داد.
دو ابیراهی آستیگماتیسم و انحنای میدان را باید در ترکیب با هم بررسی کرد چرا که تصحیح یکی موجب افزایش دیگری می شود . اگر در سیستمی ابیراهی آستیگماتیسم را برطرف کنیم خطوط T و S بر هم منطبق می شوند ولی بدلیل انحنای میدان ، تصویر روی یک سطح انحناءدار تشکیل می شود .
اگر صفحه فیلم را در موقعیت A قرار بدهیم فقط در مرکز میدان دید تصویری واضح بدست می آید و در بقیه نواحی تصویر مات خواهد بود . اگر صفحه فیلم را در موقعیت B قرار بدهیم فقط در نواحی کناری واضح است و اگر صفحه فیلم را در موقعیت C قرار بدهیم فقط درنواحی میانی میدان واضح خواهد بود . برای اینکه در تمام میدان دید تصویر واضح باشد صفحات فیلم را روی یک سطح انحناء دار مطابق با انحناء میدان قرار می دهند .
به طور کلی اگر در سیستمی توان و ضریب شکست عدسیها ثابت بماند با تغییر انحناء عدسیها و فاصله بین شان و تغییر اندازه و مکان دهانه بند ها ، انحناء میدان ثابت ولی شکل خطوط T و S تغییر می کند . در شکل زیر سه حالت مختلف نمایش داده شده است .
ابیراهی اعوجاج یا واپیچش نور
ابیراهی مربوط به اعوجاج یا واپیچش در مورد اجسام مربعی بوجود می‌آید، بطوریکه تصویر یک شی مربعی ، دیگر مربع نباشد، زیرا بزرگنمایی جانبی در تمام جهات یکنواخت نیست، ممکن است اضلاع به درون خمیده باشند که واپیچش بالشی ایجاد کنند، یا اضلاع به بیرون خمیده شوند و تولید واپیچش بشکه‌ای کنند.
منابع
- کتاب نجوم به زبان ساده / مایر دگانی/ترجمه محمد رضا خواجه پور/ویرایش دوم
- کتاب المپیاد نجوم و اختر فیزیک/محمد پیام بهرام پور/جلد اول
- انحنای میدان
- هفت آسمان
