Trong phần trước chúng ta đã thấy: để tạo được ảnh điểm qua quang hệ, chúng ta phải giả thiết :
- Chùm tia qua quang hệ là chùm tia hẹp - Chùm tia đơn sắc
Trong thực tế, ánh sáng khơng đơn sắc hồn tồn. Cịn nếu chùm tia bị giới hạn để cĩ chùm tia gần trục thì thơng lượng ánh sáng bé, độ rọi của ảnh nhỏ, khĩ quan sát.
Khi hai điều kiện trên khơng được thỏa mãn thì tính chất ảnh điểm của quang hệ bị mất. Kết quả là ảnh thu được khơng sắc nét và khơng đồng dạng với vật.
O1 H’ F O2 F’ H K K’
Trong phần này, chúng ta phân tích một số sai sĩt của quang hệ do hai nguyên nhân kể trên và cách khử chúng.
1. Cầu sai dọc.
Hình 40
Từ nguồn sáng điểm P trên quang trục cĩ chùm tia rộng đến thấu kính (H. 40). Các tia gần trục sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại P’, các tia ở rìa khúc xạ mạnh hơn, hội tụ tại P” gần thấu kính hơn. Các tia ở giữa hội tụ tại các điểm tương ứng nằm trong khoảng P’P”. Như vậy chùm tia lĩ khơng đồng qui ở một điểm. Trong khơng gian ảnh, các tia tiếp xúc với mặt tụ quang (qui tích những điểm cĩ mật độ năng lượng sáng lớn) gồm 2 tầng. Một tầng của mặt tụ quang là đoạn thẳng P’P” nằm trên quang trục. Tầng thứ hai đối xứng trịn xoay quanh quang trục. Giao tuyến của tầng này với hình vẽ là đường cong M1P’M2
Nếu hứng ảnh của điểm P trên E’ (hình 40) ta sẽ được một hình trịn cĩ kích thước giới hạn, kích thước của ảnh sẽ bé nhất tại một vị trí xác định giữa hai điểm p’ và p”. Hiện tượng mơ tả trên được gọi là cầu sai dọc.
Đối với thấu kính phân kỳ, các tia ở rìa khúc xạ ra xa trục mạnh hơn (H. 41) – ảnh
tương ứng với các tia ở rìa là P”, ảnh tương ứng với các tia gần trục là p’. Đoạn p’p” theo chiều dương – cịn trong trường hợp thấu kính hội tu, p’p” theo chiều âm.
Hình 41
Lợi dụng tính chất này, người ta khử hiện tượng cầu sai bằng cách ghép hai thấu kính hội tụ và phân kì cĩ chiết suất khác nhau.
2. Độ cong trường và sự méo ảnh.
Độ cong trường xảy ra khi vật cĩ dạng một mặt phẳng vuơng gĩc với quang trục, cho ta ảnh cĩ dạng là một phần của mặt cong.
Méo ảnh là sai sĩt gây nên do độ phĩng đại khơng đều nhau trong phạm vi trường của ảnh – do méo ảnh mà vật và ảnh khơng cịn đồng dạng nữa – Nếu vật là một cái lưới cĩ lỗ
hình vuơng đặt vuơng gĩc quang trục thì ảnh của nĩ lá cái lưới gồm những đường cong
(Hình 42a, 42b)
Hình 42a
Nếu càng ra xa trục, độ phĩng đại càng lớn thì ảnh cĩ dạng 42a. Nếu ngược lại, càng xa trục, độ phĩng đại càng nhỏ thì ảnh cĩ dạng 42b.
3. Sắc sai.
Sự sắc sai xảy ra khi chùm tia tới khơng phải chùm tia đơn sắc mà gồm nhiều bước sĩng khác nhau. Do đĩ khi chùm tia sáng đi qua một thấu kính nĩ cũng bị tán sắt tương tự như khi đi qua một lăng kính.
Hình 43
Trong hình vẽ 43, p là nguồn sáng điểm, trắng, nằm trên quang trục. Ánh sáng tím phát suất từ P sẽ cho ảnh P’t , ánh sáng đỏ cho ảnh P’đ. Các màu trung gian cho các ảnh nằm trong khoảng P’t , P’đ . Nếu đặc một màn hứng ảnh E tại vị trí P’t , ta cĩ những đường trịn màu đồng tâm cĩ màu sắc như một cầu vồng, cĩ tâm tím, mép ngồi đỏ. Ngược lại, nếu đặt E tại P’đ thì tâm màu đỏ, mép ngồi màu tím.
SS 9. MẮT.
1. Cấu tạo – sự điều tiết.
Sự cấu tạo mắt được trình bày theo hình vẽ 44. L là thủy tinh thể cĩ chiết suất biến thiên từ 1,42 (ở gần trục) tới 1,36 (ở ngồi biên). Trước và sau thủy tinh thể là các mơi trường trong suot cĩ chiết suất n1 = n2 = 1,336. M là một màn chắn ở trước thủy tinh thể. Lỗ trịn
ở giữa màn M là con ngươi. Võng mơ đĩng vai trị của màn hứng ảnh. Trên võng mơ cĩ sự
phân nhánh dày đặc của thần kinh thị giác T. Điểm V (đường kínhĠ 2 mm) được gọi là
điểm vàng. Khí ảnh ở đĩ thì thị giác nhạy nhất. Chỗ dây thần kinh T đi vào mắt khơng nhạy
sáng được gọi là điểm mù.
Về mặt quang học, mắt là một quang hệ đồng trục gồm một số mặt cong ngăn cách các mơi trường cĩ chiết suất khác nhau, tương đương với một lưỡng chất cầu duy nhất cĩ đỉnh S
Hình 43 P (E) P’đ P’t n1 V L M n2 T Hình 44
(vị trí chung của H và H’). Với mắt trung bình, các hằng số quang học đặc trưng cho mắt như sau :
- Tụ sốĠ 60 điốp - Tiêu cự ảnh Ġ 23 mm - Tiêu cự vậtĠ 17 mm
Người ta nhìn rõ được vật khi ảnh hiện lên võng mơ của mắt. Các cơ của mắt hoạt động làm thay đổi độ cong của các mặt của thủy tinh thể, sao cho ảnh của vật nằm trên võng mơ.
Đĩ là sự điều tiết của mắt.
Đối với mắt thường, tiêu điểm F’ nằm đúng trên võng mơ. Do đĩ khơng cần điều tiết, mắt
thường nhìn rõ vật ở xa vơ cực. Ta nĩi điểm cực viễn V ở xa vơ cực. Khi vật ở gần, mắt phải điều tiết mới thấy rõ vật. Sự điều tiết tối đa khi vật ở cách mắt 15 cm (đối với mắt trung bình). Điểm gần nhất C để mắt vẫn cĩ thể nhìn rõ được vật (sự điều tiết tối đa) được gọi là
điểm cực cận.
Trường tồn phần mà mắt nhận được cĩ kích thước gĩc vào khoảng 1300 theo phương thẳng đứng và 1600 theo phương nằm ngang. Năng suất phân ly trong vùng điểm vàng đối với mắt bình thường là 1.
Cảm giác sáng mà mắt nhận được khơng mất ngay và cịn kéo dàiĠ 0,1 giây sau khi ánh sáng thơi tác dụng. Vì vậy nếu nguồn sáng nhấp nháy lớn hơn 10 lần/giây thì mắt khơng thể cảm biết được sự nhấp nháy này, ta cĩ cảm giác sáng liên tục. Kỹ thuật điện ảnh là một lợi dụng tính chất trên của mắt.
2. Các tật của mắt – cách chữa.
Hình 46
Đối với mắt bình thường, tiêu điểm F’ nằm đúng trên võng mơ của mắt. điểm cực viễn V ở vơ cực, điểm cực cận C cách mắtĠ15 cm. Khoảng cách VC được gọi là khoảng cách thấy
rõ của mắt (hay phạm vi điều tiết của mắt).
Với một mắt cận thị, tiêu điểm F’ nằm ở trước võng mơ (do thủy tinh thể quá hội tụ). Phạm vi điều tiết ở gần hơn mắt bình thường (điểm cực cận và cực viễn gần hơn đối với mắt thường).
Đối với mắt viễn thị, tiêu điểm F’ nằm ở sau võng mơ (do thủy tinh thể kém hội tụ). Điểm cực cận ở xa hơn so với mắt thường. điểm cực viễn là một điểm ảo.
F Hình 45 Hình 45 17mm S 23mm F’ Hình 46 C F’ V V C F’ C F’ .
Để chữa các mắt cận và viễn thị, người ta cần mang kính nghĩa là đặt thêm một thấu
kính thích hợp trước mắt. Đối với mắt cận, tụ số quá lớn nên cần mang thêm một thấu kính âm (phân kỳ). Ngược lại, mắt viễn thị cĩ tụ số nhỏ hơn bình thường nên cần mang thêm một thấu kính dương (hội tụ)
Tiêu cự của kính mắt được chọn thích hợp sao cho chùm tia tới song song hội tụ đúng trên võng mơ. Muốn vậy, chùm tia song song sau khi đi qua kính mắt phải trở thành chùm tia cĩ đường kéo dài đi qua điểm cực viễn V.
Hình 47
Gọi khoảng cách từ kính tới mắt là d, từ điểm cực viễn V tới mắt là (v (đối với mắt cận thị : (v < 0, với viễn thị : (v> 0). Tiêu cự của kính mắt là : f’ = lV + d
3. Số bội giác của một quang cụ.
Vật cĩ chiều cao là y. Muốn quan sát rõ nhất bằng mắt trần, ta đặt vật ở điểm cực cận.
Hình 48 Gĩc nhìn là u0 với : tg u0 =Ġ
(0 là khoảng cách ngắn nhất thấy rõ vật (từ điểm cực cận tới mắt)
Muốn phân biệt được nhiều chi tiết hơn, ta phải tăng gĩc nhìn bằng cách dùng một
quang cụ (kính lúp, kính hiển vi...) khi đĩ gĩc nhìn sẽ là u. Số bội giác của quang cụ được
định nghĩa là : 0 tgutgu = γ Hình 47 V V