Benjamin Crowell: Quang học - Phần 13 pot

Benjamin Crowell: Quang học - Phần
13
3.3 Quang sai
Sự không hoàn hảo hay biến dạng trong một ảnh được gọi
là quang sai. Quang sai có thể do khiếm khuyết trong thấu
kính hoặc gương gây ra, nhưng ngay cả với một bề mặt
quang hoàn hảo vẫn không tránh khỏi một độ quang sai
nào đó. Để thấy rõ nguyên nhân, hãy xét sự gần đúng toán
học mà chúng ta đã làm, đó là chiều sâu của độ cong của
gương là nhỏ so với d
o
và d
i
. Vì chỉ có gương phẳng mới
thỏa mãn điều kiện gương-nông này một cách hoàn hảo,
nên mọi cái gương cong sẽ bị lệch khỏi hành trạng toán
học mà chúng ta đã suy luận ra bằng cách giả thuyết điều
kiện trên. Có hai loại quang sai chính ở các loại gương
cong, và hai loại này cũng xảy ra với thấu kính.

+ Phóng to hình
h/ Một cái gương lồi có dạng một quả cầu. Ảnh bị thu nhỏ
(M < 1). Hiện tượng này giống với ví dụ 5, nhưng ở đây
ảnh bị méo do sự cong của cái gương không nông.
(1) Vật nằm trên trục chính của thấu kính hoặc gương có
thể được tạo ảnh chính xác, nhưng những vật nằm ngoài
trục có thể bị lệch tiêu điểm hoặc bị biến dạng ảnh. Ở
camera, loại quan sát sẽ biểu hiện dưới dạng sự nhòe ảnh
hay sự uốn cong ở gần rìa ảnh khi phần ở giữa được hội tụ
chính xác. Một ví dụ thuộc loại này nêu trong hình i, và
trong ví dụ đặc biệt đó, quang sai không phải là dấu hiệu

cho thấy thiết bị có chất lượng thấp hay không thích hợp
để sử dụng mà là một hệ quả không thể tránh khỏi của
việc cố kéo phẳng một tầm nhìn toàn cảnh; trong giới hạn
của ảnh toàn cảnh 360
o
, vấn đề sẽ tựa như bài toán biểu
diễn bề mặt của Trái đất trên một tấm bản đồ phẳng, công
việc không thể hoàn thành nếu không có sự méo ảnh.
(2) Ảnh có thể là sắc nét khi vật nằm ở một cự li nhất định
và bị mờ đi khi nó nằm ở những cự li khác. Sự mờ ảnh
xảy ra vì các tia sáng không cắt nhau tại cùng một điểm.
Nếu chúng ta biết trước khoảng cách của vật đến gương
hoặc thấu kính được sử dụng, thì chúng ta có thể tối ưu
hóa hình dạng của bề mặt quang học để tạo ảnh sắc nét
trong tình huống đó. Chẳng hạn, gương cầu sẽ tạo ra ảnh
hoàn chỉnh của một vật nằm tại tâm của mặt cầu, vì mỗi
tia sáng bị phản xạ thẳng theo phương bán kính mà nó
phát ra. Tuy nhiên, đối với những vật nằm ở những cự li
lớn hơn, thì sự tụ ảnh có phần mờ đi. Trong thiên văn học,
những vật thể luôn luôn nằm ở xa vô cùng, nên gương cầu
là sự chọn lựa tồi đối với kính thiên văn. Một hình dạng
khác (parabol) có công dụng tốt hơn trong thiên văn học