Wady soczewek

Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem płaskich bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny, lub kropli wody).

Istotą soczewki jest to, że przynajmniej jedna z jej powierzchni roboczych jest wycinkiem sfery, albo hiperboli parabolicznej. W przypadku soczewek posiadający krzywiznę na obu powierzchniach roboczych, muszą one posiadać inny promień główny, lub przeciwny kierunek.

Soczewki będące wycinkiem walca stosuje się jako lupy w termometrach oraz do czytania.

Podstawową funkcją soczewek jest koncentryczne (względem osi) skupianie lub rozpraszanie światła. Stąd każda soczewka posiada oś optyczną i punkt skupienia. Położenie punktu skupienia soczewki zależy od wzajemnego stosunku promieni krzywizny obu powierzchni roboczych oraz stosunku współczynnika refrakcji światła materiału użytego do jej budowy oraz analogicznego współczynnika otoczenia (zwykle powietrza). Odległość położenia tego punktu od środka ciężkości soczewki nazywa się jej ogniskową. Czym większa różnica promieni krzywizny i czym większa różnica współczynników refrakcji materiału soczewki i otoczenia, tym ogniskowa jest mniejsza.

Soczewki są stosowane w:
- mikroskopach
- lunetach
- lornetkach
- lupach
- okularach leczniczych
- szkłach kontaktowych
- spektrofotometrach
- aparatach fotograficznych
- kamerach filmowych

Wady soczewek:
- aberracja chromatyczna - usuwa układ soczewek
- aberracja sferyczna - usuwa soczewka asferyczna
- koma
- astygmatyzm - usuwa układ soczewek anastygmat
- dystorsja

Aberracja chromatyczna
Aberracja chromatyczna to wada soczewki, lub układu optycznego, polegająca na odmiennych długościach ogniskowania dla różnych barw widmowych światła (różnych długości fali światła), co objawia się rozszczepieniem światła - np. czarne punkty na białym tle będą miały dodatkowo barwne obwódki. Aberracja chromatyczna została po raz pierwszy skorygowana w układzie soczewek o nazwie achromat.

Aberracja sferyczna
Aberracja sferyczna - zjawisko aberracji sferycznej polega na niejednakowym załamywaniu promieni świetlnych padających na powierzchnię załamującą pod różnymi kątami(w różnych odległościach od głównej osi optycznej). Promienie monochromatyczne wychodzące z jednego punktu leżącego na głównej osi optycznej po załamaniu przecinają tę oś w różnych punktach. W przypadku soczewek skupiających długość ogniskowej dla promieni paraksjalnych (tj. padających na soczewkę w odległości bliskiej osi optycznej) jest większa niż dla promieni padających bliżej krawędzi soczewki. Odwrotnie przebiega zjawisko w przypadku soczewek rozpraszających: dla promieni padających na soczewkę bliżej osi optycznej długość ogniskowej jest mniejsza od długości ogniskowej dla promieni padających na soczewkę w dalszych odległościach od osi. Aberrację sferyczną można osłabić stosując odpowiednie kombinacje soczewek skupiających z soczewkami rozpraszającymi.

Koma
Koma - powstaje wtedy, gdy odwzorowane przez układ optyczny dany punkt przedmiotu leży daleko od osi optycznej układu. Wtedy powstający obraz takiego punktu posiada kształt przecinka lub komety, stąd też pochodzi nazwa tej aberracji. Komę usuwa się podobnymi metodami jak aberrację sferyczną, bądź też stosuje się odpowiednie przysłony odcinające promienie pochodzące z punktów przedmiotu oddalonych od osi.

Astygmatyzm
Astygmatyzm - objawia się tym, że każdy punkt przedmiotu jest odwzorowany w postaci oddalonych od siebie dwóch kresek prostopadłych wzajemnie i prostopadłych do promienia świetlnego. Astygmatyzm występuje wtedy, gdy załamujące powierzchnie soczewek nie są symetryczne względem osi (np. przy użyciu soczewek cylindrycznych) w celu usunięcia astygmatyzmu wykonuje się soczewki o odpowiednim współczynniku załamania i odpowiedniej krzywiźnie powierzchni załamującej.

Dystorsja
Dystorsja - jest aberracją układów optycznych, polegającą na tym, że linia prosta leżąca na przedmiocie odwzorowuje się jako linia krzywa. Zjawisko to tłumaczy się różnym powiększeniem różnych elementów przedmiotu, które zwykle zmienia w miarę oddalania się od osi optycznej układu. Jeżeli przedmiot wyobrazimy sobie w postaci prostokątnej siatki, to gdy powiększenie wzrasta dla promieni oddalających się od osi, powstaje obraz w kształcie poduszki, gdy zaś powiększenie maleje w miarę oddalania się promieni od osi, to powstający obraz ma kształt beczki. Dystorsję układów optycznych usuwa się stosując zestawy soczewek dających zniekształcenie obrazu o przeciwnych kierunkach.