Аберра́ции опти́ческих систе́м (от лат. aberratio – уклонение, удаление, отвлечение), искажения изображений, создаваемых оптическими системами. Проявляются в том, что оптические изображения не вполне отчётливы, неточно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Существует несколько видов аберраций. Наиболее распространёнными являются хроматическая аберрация и следующие геометрические аберрации: сферическая, коматическая (кома), астигматизм, дисторсия, кривизна поля изображения.

Геометрические аберрации

Сферическая аберрация заключается в том, что световые лучи, испущенные одной точкой объекта и прошедшие либо вблизи оптической оси, либо через отдалённые от оси части оптической системы, не собираются в одной точке. Так, монохроматические лучи по-разному преломляются в линзе (т. е. имеют разный фокус) в зависимости от расстояния между лучом и оптической осью линзы. Это приводит к тому, что центральная часть изображения оказывается наиболее резкой, а периферийные участки – размытыми. В случае параллельного пучка лучи, близкие к оси, проходят через фокус, внешние лучи пересекаются ближе к линзе. Эффект сферической аберрации можно устранить, если использовать только центральную часть линзы. Для этого в оптических приборах применяют диафрагмы, отсекающие краевые лучи широкого пучка. Кроме того, сферическую аберрацию можно почти полностью устранить специальным подбором линз (собирающих и рассеивающих).

Рис. 1. Астигматическая аберрация. БРЭ. Т. 1.Рис. 1. Астигматическая аберрация. БРЭ. Т. 1.Астигматизм проявляется в том, что изображение точки, не лежащей на главной оптической оси, представляет собой не точку, а две взаимно перпендикулярные линии, расположенные в разных плоскостях на некотором расстоянии друг от друга. Изображения точки в промежуточных между этими плоскостями сечениях имеют вид эллипсов (рис. 1). Лучи света от объекта, идущие в разных плоскостях, фокусируются не на плоскости, а на некоторой искривлённой поверхности, что также искажает изображение. Астигматизм обусловлен неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего на неё светового пучка и возникает либо вследствие асимметрии оптической системы (например, в цилиндрических линзах), либо в обычных сферических линзах при падении светового пучка под большим углом к оптической оси. Астигматизм исправляют таким подбором линз, чтобы одна компенсировала астигматизм другой. Астигматизмом может обладать человеческий глаз (астигматизм глаза).

Коматическая аберрация (кома) – это внеосевая аберрация, которая возникает при наклонном падении лучей на оптическую систему в результате нарушения симметрии пучка. В этом случае изображение точечного источника света имеет вид несимметричного пятна рассеяния (вид капли). Его размеры пропорциональны квадрату угловой апертуры оптической системы и угловому удалению точки-объекта от оптической оси. Коматическая аберрация велика в телескопах с параболическими зеркалами; исправляют её подбором линз.

Рис. 2. Дисторсия. БРЭ. Т. 1.Рис. 2. Дисторсия. БРЭ. Т. 1.Дисторсия характеризуется нарушением геометрического подобия между объектом и его изображением. Она обусловлена неодинаковым линейным увеличением оптической системы на разных участках изображения (т. е. масштаб изображения на различном расстоянии от центра поля различен). Вследствие этого, например, изображение квадрата (рис. 2) будет иметь вид либо подушки (подушкообразная, положительная дисторсия), либо вид бочки (бочкообразная, отрицательная дисторсия). Дисторсия устраняется подбором линз.

Кривизна поля изображения – аберрация осесимметричной оптической системы; она заключается в том, что изображение плоского предмета лежит не в плоскости, как должно быть в идеальной системе, а на искривлённой поверхности. В сложных оптических системах кривизну поля исправляют, сочетая линзы с поверхностями разной кривизны.

Перечисленные геометрические аберрации имеют место даже при освещении оптических систем монохроматическим светом.

Хроматическая аберрация

При использовании немонохроматического излучения возникает ещё один вид аберраций – хроматическая аберрация. Её причиной является дисперсия света, связанная с зависимостью показателя преломления от длины волны.

Хроматическая аберрация проявляется в том, что световые лучи разных цветов, находящихся на одинаковом расстоянии от оптической оси линзы, преломляются по-разному (т. е. имеют разный фокус). Это явление возникает вследствие дисперсии среды (зависимости показателя преломления материала линзы от частоты световой волны). Когда преломляется белый свет, фокусные расстояния линзы различны для света различных цветов. Наименьшее фокусное расстояние у фиолетовых лучей, наибольшее – у красных, поэтому изображение становится нечётким и окрашенным.

Оптические системы могут одновременно обладать несколькими аберрациями; устранить их все сразу – очень сложная задача. Обычно аберрации устраняют частично в зависимости от назначения оптической системы. В некоторых случаях используют методы адаптивной оптики.

Несовершенства изображений, формируемых оптической системой, возникают также в результате дифракции света на оправах линз, диафрагмах и т. п. Такие аберрации принципиально неустранимы, хотя и могут быть уменьшены. Но они обычно не так сильно влияют на изображение, как геометрические и хроматическая аберрации.