sférická aberace. Základní výzkum Jaký fyziologický mechanismus snižuje účinky sférické aberace

1. Úvod do teorie aberací

Když se řekne výkon objektivu, člověk to slovo často slyší aberace. „Toto je skvělý objektiv, jsou v něm opraveny téměř všechny aberace!“ – teze, kterou lze často najít v diskuzích nebo recenzích. Mnohem méně často můžete slyšet diametrálně opačný názor, například: „Toto je nádherný objektiv, jeho zbytkové aberace jsou dobře výrazné a tvoří neobvykle plastický a krásný vzor“ ...

Proč existují tak rozdílné názory? Pokusím se odpovědět na tuto otázku: jak dobrý / špatný je tento fenomén pro objektivy a pro fotografické žánry obecně. Nejprve si ale zkusme přijít na to, jaké jsou aberace fotografického objektivu. Začneme teorií a některými definicemi.

V obecném použití termín Aberace (lat. ab- "od" + lat. errare "putovat, err") - to je odchylka od normy, chyba, nějaké narušení normálního provozu systému.

Aberace objektivu- chyba nebo chyba obrazu v optickém systému. Je to způsobeno tím, že v reálném prostředí může docházet k výrazné odchylce paprsků od směru, kterým jdou ve vypočítané „ideální“ optické soustavě.

V důsledku toho trpí obecně přijímaná kvalita fotografického obrazu: nedostatečná ostrost ve středu, ztráta kontrastu, silné rozmazání na okrajích, zkreslení geometrie a prostoru, barevné halo atd.

Hlavní aberace charakteristické pro fotografické objektivy jsou následující:

1. Komická aberace.
2. Zkreslení.
3. Astigmatismus.
4. Zakřivení obrazového pole.

Než se s každým z nich blíže seznámíme, připomeňme si z článku, jak paprsky procházejí čočkou v ideální optické soustavě:

nemocný. 1. Průchod paprsků v ideální optické soustavě.

Jak vidíme, všechny paprsky se shromažďují v jednom bodě F - hlavním ohnisku. Ale ve skutečnosti jsou věci mnohem složitější. Podstatou optických aberací je, že paprsky dopadající na čočku z jednoho světelného bodu se také neshromažďují v jednom bodě. Pojďme se tedy podívat, jaké odchylky vznikají v optické soustavě při vystavení různým aberacím.

Zde je také třeba hned poznamenat, že jak u jednoduché čočky, tak u složité čočky působí všechny níže popsané aberace společně.

Akce sférická aberace spočívá v tom, že paprsky dopadající na okraje čočky se shromažďují blíže k čočce než paprsky dopadající na střední část čočky. Výsledkem je, že obraz bodu v rovině je získán ve formě rozmazaného kruhu nebo disku.

nemocný. 2. Sférická aberace.

Na fotografiích se efekt sférické aberace projevuje jako změkčený obraz. Zvláště často je efekt patrný při otevřených clonách a objektivy s větší clonou jsou náchylnější k této aberaci. Dokud jsou okraje ostré, může být tento měkký efekt velmi užitečný pro některé typy fotografií, například portréty.

Obr.3. Měkký efekt na otevřené cloně v důsledku působení sférické aberace.

U čoček vyrobených výhradně ze sférických čoček je téměř nemožné zcela eliminovat tento typ aberace. U ultrarychlých objektivů je jediným účinným způsobem, jak jej výrazně kompenzovat, použití asférických prvků v optické konstrukci.

3. Coma aberation neboli "kóma"

Toto je zvláštní typ sférické aberace pro boční paprsky. Jeho působení spočívá v tom, že paprsky přicházející pod úhlem k optické ose se neshromažďují v jednom bodě. V tomto případě je obraz světelného bodu na okrajích snímku získán ve formě „létající komety“ a nikoli ve formě bodu. Kóma může také způsobit vyfouknutí oblastí obrazu v zóně rozostření.

nemocný. 4. Kóma.

nemocný. 5. Kóma na fotografii

Je to přímý důsledek rozptylu světla. Jeho podstata spočívá v tom, že paprsek bílého světla, procházející čočkou, se rozkládá na barevné paprsky, které tvoří. Krátkovlnné paprsky (modré, fialové) se v čočce lámou silněji a sbíhají se blíže k ní než paprsky s dlouhým ohniskem (oranžová, červená).

nemocný. 6. Chromatická aberace. Ф - ohnisko fialových paprsků. K - ohnisko červených paprsků.

Zde, stejně jako v případě sférické aberace, je obraz svítícího bodu v rovině získán jako rozmazaný kruh/disk.

Na fotografiích se chromatická aberace jeví jako duchové a barevné obrysy na předmětech. Efekt aberace je patrný zejména u kontrastních objektů. Aktuálně se XA celkem snadno koriguje v RAW konvertorech, pokud bylo foceno do RAW formátu.

nemocný. 7. Příklad projevu chromatické aberace.

5. Zkreslení

Zkreslení se projevuje zakřivením a zkreslením geometrie fotografie. Tito. měřítko obrazu se mění se vzdáleností od středu pole k okrajům, v důsledku čehož jsou rovné čáry zakřivené směrem ke středu nebo k okrajům.

Rozlišovat soudkovitý nebo negativní(nejtypičtější pro širokoúhlý úhel) a ve tvaru polštáře nebo pozitivní zkreslení (častěji se projevuje při dlouhém ohnisku).

nemocný. 8. Poduškové a soudkovité zkreslení

Zkreslení je obvykle mnohem výraznější u objektivů se zoomem než u objektivů s ohniskovou vzdáleností. Některé spektakulární čočky, jako je Fish Eye, záměrně nekorigují a dokonce zdůrazňují zkreslení.

nemocný. 9. Výrazné soudkovité zkreslení čočkyZenitar 16mmrybí oko.

U moderních čoček, včetně těch s proměnnou ohniskovou vzdáleností, je zkreslení docela efektivně korigováno zavedením asférické čočky (nebo několika čoček) do optického schématu.

6. Astigmatismus

Astigmatismus(z řeckého Stigma - bod) se vyznačuje nemožností získat obrazy svítícího bodu na okrajích pole jak ve formě bodu, tak dokonce i ve formě disku. V tomto případě se světelný bod umístěný na hlavní optické ose vysílá jako bod, ale pokud je bod mimo tuto osu - jako zatemnění, překřížené čáry atd.

Tento jev je nejčastěji pozorován na okrajích obrazu.

nemocný. 10. Projevy astigmatismu

7. Zakřivení obrazového pole

Zakřivení obrazového pole- jedná se o aberaci, v jejímž důsledku leží obraz plochého předmětu kolmého k optické ose čočky na ploše, která je k čočce konkávní nebo konvexní. Tato aberace způsobuje nerovnoměrnou ostrost v celém obrazovém poli. Když je střed obrazu ostře zaostřený, okraje obrazu budou neostré a nebudou vypadat ostré. Pokud je nastavení ostrosti provedeno podél okrajů obrázku, jeho střední část bude neostrá.

© web 2013

Aberace fotografických objektivů jsou tím posledním, na co by měl začínající fotograf myslet. Absolutně neovlivňují uměleckou hodnotu vašich fotografií a jejich vliv na technickou kvalitu obrázků je zanedbatelný. Přesto, pokud nevíte, co s časem, přečtení tohoto článku vám pomůže pochopit rozmanitost optických aberací a jak se s nimi vypořádat, což je samozřejmě pro skutečného fotoerudovaného k nezaplacení.

Aberace optické soustavy (v našem případě fotografického objektivu) je nedokonalost obrazu, která je způsobena odchylkou světelných paprsků od dráhy, kterou by v ideální (absolutní) optické soustavě měly sledovat.

Světlo z jakéhokoli bodového zdroje, procházející ideální čočkou, by mělo tvořit nekonečně malý bod v rovině matrice nebo filmu. Ve skutečnosti se to samozřejmě nestane a pointa se změní v tzv. zbloudilé místo, ale optičtí inženýři, kteří vyvíjejí čočky, se snaží co nejvíce přiblížit ideálu.

Existují aberace monochromatické, které jsou stejně vlastní paprskům světla s libovolnou vlnovou délkou, a chromatické v závislosti na vlnové délce, tzn. z barvy.

Koma aberace neboli kóma nastává, když světelné paprsky procházejí čočkou pod úhlem k optické ose. Výsledkem je, že obraz bodových světelných zdrojů na okrajích snímku má podobu asymetrických kapek kapkovitého (nebo v závažných případech kometárního) tvaru.

Komická aberace.

Při fotografování s široce otevřenou clonou může být na okrajích snímku patrná koma. Protože clona snižuje množství světla procházejícího okrajem čočky, obecně také eliminuje aberace koma.

Strukturálně se proti kómatu bojuje v podstatě stejným způsobem jako u sférických aberací.

Astigmatismus

Astigmatismus se projevuje tak, že pro nakloněný (ne rovnoběžný s optickou osou čočky) paprsek světla jsou paprsky ležící v rovině meridionální, tzn. rovina, do které náleží optická osa, jsou zaostřeny odlišně od paprsků ležících v sagitální rovině, která je kolmá k poledníkové rovině. To v konečném důsledku vede k asymetrickému roztažení místa rozostření. Astigmatismus je patrný na okrajích snímku, nikoli však v jeho středu.

Astigmatismus je těžko pochopitelný, proto se jej pokusím ilustrovat na jednoduchém příkladu. Pokud si představíme, že obraz dopisu ALE umístěn v horní části rámu, pak by s astigmatismem čočky vypadal takto:

Ke korekci astigmatického rozdílu mezi meridionálním a sagitálním ložiskem jsou zapotřebí alespoň tři prvky (obvykle dva konvexní a jeden konkávní).

Zjevný astigmatismus u moderní čočky obvykle ukazuje na neparalelnost jednoho nebo více prvků, což je jednoznačná vada.

Zakřivením obrazového pole je myšlen jev charakteristický pro velmi mnoho objektivů, při kterém je ostrý obraz byt Objekt je zaostřen čočkou nikoli na rovinu, ale na určitou zakřivenou plochu. Například mnoho širokoúhlých objektivů má výrazné zakřivení obrazového pole, v důsledku čehož jsou okraje snímku zaostřeny jakoby blíže k pozorovateli než ke středu. U teleobjektivů je zakřivení obrazového pole obvykle vyjádřeno slabě a u makroobjektivů je korigováno téměř úplně - rovina ideálního ohniska se stává skutečně plochou.

Zakřivení pole je považováno za aberaci, protože při fotografování plochého předmětu (zkušební stůl nebo cihlová zeď) se zaostřením na střed záběru budou jeho okraje nevyhnutelně neostré, což lze zaměnit za rozostření objektivu. Ale v reálném fotografickém životě se s plochými předměty setkáváme jen zřídka – svět kolem nás je trojrozměrný – a proto mám sklon považovat zakřivení pole vlastní širokoúhlým objektivům spíše za jejich výhodu než nevýhodu. Zakřivení obrazového pole umožňuje, aby bylo popředí i pozadí současně stejně ostré. Posuďte sami: střed většiny širokoúhlých kompozic je v dálce, zatímco blíže k rohům rámu, stejně jako dole, jsou objekty v popředí. Zakřivení pole činí obojí ostrými, což nám ušetří nutnost příliš zavírat clonu.

Zakřivení pole umožnilo při zaměření na vzdálené stromy získat ostré bloky mramoru i vlevo dole.
Nějaké rozmazání na obloze a ve vzdáleném křoví vpravo mi v této scéně moc nevadilo.

Je však třeba připomenout, že pro objektivy s výrazným zakřivením obrazového pole je nevhodná metoda automatického ostření, kdy nejprve pomocí centrálního ostřícího senzoru zaostříte na objekt, který je vám nejblíže, a poté rámeček překomponujete (viz " Jak používat autofokus“). Vzhledem k tomu, že se objekt poté přesune ze středu rámečku na okraj, riskujete, že budete zaostření zepředu kvůli zakřivení pole. Pro dokonalé zaostření budete muset provést odpovídající úpravu.

zkreslení

Zkreslení je aberace, při které objektiv odmítá zobrazit rovné linie jako rovné. Geometricky to znamená porušení podobnosti mezi objektem a jeho obrazem v důsledku změny lineárního zvětšení zorného pole objektivu.

Existují dva nejběžnější typy zkreslení: poduškovité a soudkovité.

V soudkovité zkreslení lineární zvětšení se snižuje, když se vzdalujete od optické osy objektivu, což způsobuje, že rovné čáry na okrajích rámečku se zakřivují směrem ven a obraz se jeví konvexní.

V poduškovité zkreslení lineární zvětšení se naopak zvětšuje se vzdáleností od optické osy. Přímé čáry se zakřivují dovnitř a obraz se jeví jako konkávní.

Navíc dochází ke komplexnímu zkreslení, kdy lineární nárůst nejprve klesá, když se vzdalujete od optické osy, ale blíže k rohům rámečku se zase začíná zvětšovat. V tomto případě mají rovné čáry podobu kníru.

Zkreslení je nejvýraznější u zoomových objektivů, zejména při velkém zvětšení, ale je patrné i u objektivů s pevnou ohniskovou vzdáleností. Širokoúhlé objektivy mívají soudkovité zkreslení (extrémním příkladem jsou objektivy typu rybí oko nebo rybí oko), zatímco teleobjektivy častěji trpí poduškovitým zkreslením. Normální objektivy bývají nejméně ovlivněny zkreslením, ale pouze dobré makro objektivy je zcela korigují.

Objektivy se zoomem často vykazují soudkovité zkreslení na širokoúhlém konci a poduškovité zkreslení na tele konci ve středním rozsahu ohniskové vzdálenosti téměř bez zkreslení.

Stupeň zkreslení se také může lišit podle zaostřovací vzdálenosti: u mnoha objektivů je zkreslení zřejmé při zaostření na blízký předmět, ale při zaostření na nekonečno se stává téměř neviditelným.

V 21. století zkreslení není velký problém. Téměř všechny konvertory RAW a mnoho grafických editorů umožňuje korigovat zkreslení při zpracování fotografií a mnoho moderních fotoaparátů to dělá samo o sobě v době fotografování. Softwarová korekce zkreslení se správným profilem poskytuje vynikající výsledky a téměř neovlivňuje ostrost obrazu.

Chci také poznamenat, že v praxi není korekce zkreslení příliš často vyžadována, protože zkreslení je viditelné pouhým okem pouze tehdy, když jsou podél okrajů rámu zjevně rovné čáry (horizont, stěny budovy, sloupy). Ve scénách, které nemají na periferii striktně přímočaré prvky, zkreslení zpravidla vůbec nebolí oči.

Chromatická aberace

Chromatické nebo barevné aberace jsou způsobeny rozptylem světla. Není žádným tajemstvím, že index lomu optického prostředí závisí na vlnové délce světla. Pro krátké vlny je stupeň lomu vyšší než pro dlouhé vlny, tzn. Paprsky modrého světla se lámou čočkou objektivu více než světlo červené. V důsledku toho se obrazy předmětu tvořeného paprsky různých barev nemusí vzájemně shodovat, což vede ke vzniku barevných artefaktů, které se nazývají chromatické aberace.

V černobílé fotografii nejsou chromatické aberace tak patrné jako u barevné, přesto výrazně zhoršují ostrost i černobílého snímku.

Existují dva hlavní typy chromatické aberace: polohový chromatismus (podélná chromatická aberace) a zvětšovací chromatismus (rozdíl chromatického zvětšení). Každá z chromatických aberací může být naopak primární nebo sekundární. Také chromatické aberace zahrnují chromatické rozdíly v geometrických aberacích, tzn. různá závažnost monochromatických aberací pro vlny různých délek.

Polohový chromatismus

Poziční chromatismus neboli podélná chromatická aberace nastává, když jsou světelné paprsky různých vlnových délek zaostřeny v různých rovinách. Jinými slovy, modré paprsky jsou zaostřeny blíže k zadní hlavní rovině čočky a červené paprsky jsou zaostřeny dále než zelené paprsky, tzn. modrá je v přední části a červená v zadní části.

Polohový chromatismus.

Naštěstí pro nás se chromatismus situace naučil opravit již v 18. století. kombinací konvergujících a divergentních čoček vyrobených ze skel s různými indexy lomu. Díky tomu je podélná chromatická aberace pazourkové (kolektivní) čočky kompenzována aberací korunkové (difuzní) čočky a světelné paprsky s různou vlnovou délkou lze zaostřit do jednoho bodu.

Korekce polohového chromatismu.

Čočky, u kterých je chromatismus polohy korigován, se nazývají achromatické. Téměř všechny moderní čočky jsou achromáty, takže na chromatismus pozice dnes můžete s klidem zapomenout.

Zvětšení chromatismu

K chromatismu zvětšení dochází v důsledku skutečnosti, že lineární zvětšení čočky se pro různé barvy liší. V důsledku toho mají obrazy tvořené paprsky s různými vlnovými délkami mírně odlišné velikosti. Vzhledem k tomu, že obrazy různých barev jsou vycentrovány podél optické osy čočky, chybí chromatismus zvětšení ve středu rámečku, ale zvyšuje se směrem k jeho okrajům.

Zoom chromatismus se objeví na okraji obrazu jako barevný proužek kolem objektů s ostrými kontrastními hranami, jako jsou tmavé větve stromů proti jasné obloze. V oblastech, kde takové předměty chybí, nemusí být barevné lemování patrné, ale celková jasnost stále klesá.

Při navrhování objektivu je korekce chromatismu zvětšení mnohem obtížnější než chromatismu polohy, takže tuto aberaci lze v té či oné míře pozorovat u poměrně velkého počtu objektivů. To platí zejména pro objektivy se zoomem s velkým zvětšením, zejména u širokoúhlých objektivů.

Chromatismus zvětšení však dnes není důvodem k obavám, protože jej lze snadno softwarově korigovat. Všechny dobré RAW konvertory dokážou chromatickou aberaci odstranit automaticky. Stále více digitálních fotoaparátů je navíc vybaveno funkcí korekce aberací při focení do formátu JPEG. To znamená, že mnohé objektivy, které byly v minulosti považovány za průměrné, dnes mohou s pomocí digitálních berliček poskytnout docela slušnou kvalitu obrazu.

Primární a sekundární chromatické aberace

Chromatické aberace se dělí na primární a sekundární.

Primární chromatické aberace jsou chromatismy ve své původní nekorigované podobě, způsobené různými stupni lomu paprsků různých barev. Artefakty primárních aberací jsou zbarveny do extrémních barev spektra – modrofialové a červené.

Při korekci chromatických aberací se eliminuje chromatický rozdíl na okrajích spektra, tzn. modrý a červený paprsek se začnou zaostřovat v jednom bodě, který se bohužel nemusí shodovat s bodem zaostření zelených paprsků. V tomto případě vzniká sekundární spektrum, protože chromatický rozdíl pro střed primárního spektra (zelené paprsky) a pro jeho spojené okraje (modré a červené paprsky) není odstraněn. Jedná se o sekundární aberace, jejichž artefakty jsou zbarveny zeleně a purpurově.

Když se mluví o chromatických aberacích moderních achromatických čoček, v drtivé většině případů se myslí právě chromatismus sekundárního zvětšení a jen ten. Apochromáty, tzn. čočky, které zcela eliminují primární i sekundární chromatické aberace, jsou extrémně náročné na výrobu a je nepravděpodobné, že by se kdy začaly vyrábět ve velkém.

Sférochromatismus je jediným pozoruhodným příkladem chromatického rozdílu v geometrických aberacích a jeví se jako jemné zabarvení neostrých oblastí v extrémních barvách sekundárního spektra.

Sférochromatismus nastává, protože sférická aberace diskutovaná výše je zřídka korigována stejně pro paprsky různých barev. V důsledku toho mohou mít skvrny rozostření v popředí mírně fialový okraj a na pozadí zelené. Sférochromatismus je nejcharakterističtější pro teleobjektivy s vysokou světelností při fotografování s široce otevřenou clonou.

Co stojí za to znepokojovat?

Nemá cenu si dělat starosti. O vše, o co se musíte starat, se vaši designéři objektivů pravděpodobně již postarali.

Ideální čočky neexistují, protože korekce některých aberací vede k vylepšení jiných a konstruktér čočky se zpravidla snaží najít rozumný kompromis mezi jejími vlastnostmi. Moderní zoomy již obsahují dvacet prvků a neměli byste je nadmíru komplikovat.

Všechny kriminální aberace jsou vývojáři velmi úspěšně opraveny a s těmi, které zůstanou, je snadné vyjít. Pokud má vaše čočka nějaké slabiny (a většina čoček má), naučte se, jak je při své práci obejít. Sférická aberace, kóma, astigmatismus a jejich chromatické rozdíly jsou redukovány, když je čočka zastavena (viz „Výběr optimální clony“). Při zpracování fotografie je eliminováno zkreslení a chromatismus zvětšení. Zakřivení obrazového pole vyžaduje zvýšenou pozornost při ostření, ale také není fatální.

Jinými slovy, namísto obviňování vybavení z nedokonalostí by se měl amatérský fotograf raději začít zdokonalovat důkladným studiem svých nástrojů a jejich používáním v souladu s jejich přednostmi a nedostatky.

Děkuji za pozornost!

Vasilij A.

dodatek

Pokud se pro vás článek ukázal jako užitečný a poučný, můžete projekt laskavě podpořit tím, že přispějete na jeho rozvoj. Pokud se vám článek nelíbil, ale máte myšlenky, jak jej vylepšit, vaše kritika bude přijata s nemenší vděčností.

Nezapomeňte, že tento článek podléhá autorským právům. Přetištění a citace jsou přípustné za předpokladu, že existuje platný odkaz na původní zdroj a použitý text nesmí být zkreslený nebo žádným způsobem upravován.

Je obvyklé uvažovat o svazku paprsků vycházejících z bodu objektu umístěného na optické ose. Sférická aberace se však vyskytuje i u jiných svazků paprsků vycházejících z bodů objektu vzdálených od optické osy, ale v takových případech je považována za nedílnou součást aberací celého nakloněného svazku paprsků. Navíc, ačkoli se tato aberace nazývá kulovitý, je charakteristický nejen pro kulové plochy.

V důsledku sférické aberace nabude válcový paprsek paprsků po lomu čočkou (v obrazovém prostoru) podobu nikoli kužele, ale nějakého trychtýřovitého útvaru, jehož vnější povrch v blízkosti úzkého hrdla , se nazývá žíravý povrch. V tomto případě má obraz bodu tvar disku s nerovnoměrným rozložením osvětlení a tvar kaustické křivky umožňuje posoudit povahu rozložení osvětlení. V obecném případě je rozptylový obrazec v přítomnosti sférické aberace systémem soustředných kružnic s poloměry úměrnými třetí mocnině souřadnic na vstupní (nebo výstupní) pupile.

Návrhové hodnoty

Vzdálenost δs" podél optické osy mezi úběžníky nulových a extrémních paprsků se nazývá podélná sférická aberace.

Průměr δ" rozptylový kruh (disk) je určen vzorcem

• 2h 1 - průměr otvoru systému;
• A"- vzdálenost od systému k bodu obrazu;
• δs"- podélná aberace.

Pro objekty umístěné v nekonečnu

Kombinací takových jednoduchých čoček lze výrazně korigovat sférickou aberaci.

Zmenšení a oprava

V některých případech lze malou sférickou aberaci třetího řádu korigovat mírným rozostřením objektivu. V tomto případě se obrazová rovina posune do tzv "rovina nejlepší instalace", umístěný zpravidla uprostřed, mezi průsečíkem axiálních a extrémních paprsků, a neshodující se s nejužším bodem průsečíku všech paprsků širokého paprsku (disk nejmenšího rozptylu). Tento nesoulad se vysvětluje rozložením světelné energie v nejméně rozptylujícím disku, který tvoří maxima osvětlení nejen ve středu, ale i na okraji. To znamená, že můžeme říci, že „disk“ je světlý prsten s centrální tečkou. Proto bude rozlišení optického systému v rovině shodné s diskem nejmenšího rozptylu nižší, i přes menší množství příčné sférické aberace. Vhodnost této metody závisí na velikosti sférické aberace a povaze rozložení osvětlení v rozptylovém kotouči.

Přísně vzato, sférickou aberaci lze zcela korigovat pouze pro některé dvojice úzkých zón a navíc pouze pro určité dva sdružené body. V praxi však může být korekce docela uspokojivá i pro systémy se dvěma čočkami.

Obvykle je sférická aberace eliminována pro jednu hodnotu výšky h 0 odpovídající hraně zornice soustavy. V tomto případě se nejvyšší hodnota zbytkové sférické aberace očekává ve výšce h e určeno jednoduchým vzorcem

Zbytková sférická aberace vede k tomu, že obraz bodu se bodem nikdy nestane. Zůstane diskem, i když mnohem menším než v případě nekorigované sférické aberace.

Ke snížení zbytkové sférické aberace se často uchýlí k vypočítané „korekci“ na okraji zornice systému, která dává sférické aberaci okrajové zóny kladnou hodnotu ( δs"> 0). V tomto případě paprsky protínají zornici ve výšce h e , přejdou ještě blíže k bodu zaostření a okrajové paprsky, i když se sbíhají za bod zaostření, nepřekročí hranice rozptylového disku. Velikost rozptylového disku se tedy zmenšuje a jeho jas se zvyšuje. To znamená, že se zlepší jak detaily, tak kontrast obrazu. Vzhledem k povaze rozložení osvětlení v rozptylném kotouči však mají čočky s „překorigovanou“ sférickou aberací často „zdvojení“ neostré neostrosti.

V některých případech je povolena výrazná „rekorekce“. Takže například rané „Planars“ od Carl Zeiss Jena měly pozitivní hodnotu sférické aberace ( δs"> 0), a to jak pro okrajové, tak pro střední zóny zornice. Toto řešení poněkud snižuje kontrast při plném otevření, ale znatelně zvyšuje rozlišení při malých otvorech.

Poznámky

Literatura

• Begunov B. N. Geometrická optika, Moskevská státní univerzita, 1966.
• Volosov D.S., Fotografická optika. M., "Umění", 1971.
• Zakaznov N. P. a kol., Teorie optických systémů, M., "Engineering", 1992.
• Optika Landsberg G.S. M., FIZMATLIT, 2003.
• Churilovsky V. N. Teorie optických zařízení, L., "Engineering", 1966.
• Smith, Warren J. Moderní optické inženýrství, McGraw-Hill, 2000.

Nadace Wikimedia. 2010

Fyzická encyklopedie

Jeden z typů aberací optických systémů (viz Aberace optických systémů); se projevuje nesouladem ohnisek pro světelné paprsky procházející osově symetrickým optickým systémem (čočka (viz čočka), objektiv) v různých vzdálenostech od ... Velká sovětská encyklopedie

Zkreslení obrazu v optických systémech způsobené skutečností, že světelné paprsky z bodového zdroje umístěného na optické ose nejsou shromažďovány v jednom bodě s paprsky, které prošly částmi systému vzdálenými od osy. * * * KULOVÉ… … encyklopedický slovník

sférická aberace- sferinė aberacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sférická aberace vok. spärische Aberration, f rus. sférická aberace, fpranc. aberation de sphericité, f; aberration sphérique, f … Fizikos terminų žodynas

SFÉRICKÁ ABERACE- Viz aberace, sférické... Výkladový slovník psychologie

sférická aberace- v důsledku nesouladu ohnisek světelných paprsků procházejících v různých vzdálenostech od optické osy systému, vede k zobrazení bodu ve formě kruhu různého osvětlení. Viz také: aberace chromatická aberace... Encyklopedický slovník hutnictví

Jedna z aberací optických systémů, způsobená nesouladem ohnisek pro světelné paprsky procházející osově symetrickým optickým systémem. soustavy (čočka, objektiv) v různých vzdálenostech od optické osy této soustavy. Zdá se, že obrázek ... ... Velký encyklopedický polytechnický slovník

Optické zkreslení obrazu systémy díky tomu, že světelné paprsky vychází z bodového zdroje umístěného na optice. osy se neshromažďují v jednom bodě s paprsky, které prošly částmi systému vzdálenými od osy ... Přírodní věda. encyklopedický slovník

Výskyt této chyby lze vysledovat pomocí snadno dostupných experimentů. Vezměme jednoduchou konvergující čočku 1 (například plankonvexní čočku) s co největším průměrem a malou ohniskovou vzdáleností. Malý a zároveň dostatečně jasný zdroj světla lze získat tak, že do velké obrazovky 2 o průměru asi 2 vyvrtáte otvor a před něj upevníte kus matného skla 3, osvětleného silnou lampou ze světelného zdroje. krátká vzdálenost. Ještě lepší je soustředit světlo z obloukové lampy na matné sklo. Tento "světelný bod" by měl být umístěn na hlavní optické ose čočky (obr. 228, a).

Rýže. 228. Experimentální studium sférické aberace: a) čočka, na kterou dopadá široký paprsek, poskytuje rozmazaný obraz; b) střední zóna čočky poskytuje dobrý ostrý obraz

Pomocí zadané čočky, na kterou dopadají široké světelné paprsky, není možné získat ostrý obraz zdroje. Bez ohledu na to, jak pohybujeme obrazovkou 4, je obraz spíše rozmazaný. Ale pokud jsou paprsky dopadající na čočku omezeny umístěním kusu lepenky 5 před ni s malým otvorem naproti středové části (obr. 228, b), pak se obraz výrazně zlepší: je možné najít takové polohu obrazovky 4, aby byl obraz zdroje na ní dostatečně ostrý. Toto pozorování je v dobré shodě s tím, co víme o obrazu získaném v čočce s úzkými paraxiálními paprsky (srov. § 89).

Rýže. 229. Obrazovka s otvory pro studium sférické aberace

Nyní nahradíme karton se středovým otvorem kusem kartonu s malými otvory umístěnými podél průměru čočky (obr. 229). Průběh paprsků procházejících těmito otvory lze vysledovat, pokud je vzduch za čočkou lehce zakouřen. Zjistíme, že paprsky procházející otvory umístěnými v různých vzdálenostech od středu čočky se protínají v různých bodech: čím dále od osy čočky paprsek jde, tím více se láme a čím blíže k čočce je bod. jeho průsečíku s osou.

Naše experimenty tedy ukazují, že paprsky procházející oddělenými zónami čočky umístěnými v různých vzdálenostech od osy poskytují obrazy zdroje ležícího v různých vzdálenostech od čočky. Při dané poloze obrazovky se na ní poddají různé zóny čočky: některé jsou ostřejší, jiné jsou rozmazanější obrázky zdroje, které se spojí do světelného kruhu. Výsledkem je, že objektiv s velkým průměrem vytváří obraz bodového zdroje nikoli jako bod, ale jako rozmazaný světelný bod.

Takže při použití širokých světelných paprsků nezískáme bodový obraz, ani když je zdroj umístěn na hlavní ose. Tato chyba v optických systémech se nazývá sférická aberace.

Rýže. 230. Výskyt sférické aberace. Paprsky opouštějící čočku v různých výškách nad osou poskytují obrazy bodu v různých bodech

U jednoduchých negativních čoček bude v důsledku sférické aberace také ohnisková vzdálenost paprsků procházejících centrální zónou čočky větší než u paprsků procházejících periferní zónou. Jinými slovy, rovnoběžný paprsek procházející centrální zónou divergenční čočky se stává méně divergentním než paprsek procházející vnějšími zónami. Tím, že světlo za spojkou projde divergenční čočkou, zvětšíme ohniskovou vzdálenost. Tento nárůst však bude pro centrální paprsky méně významný než pro periferní paprsky (obr. 231).

Rýže. 231. Sférická aberace: a) v čočce sbíhavé; b) v divergenční čočce

Delší ohnisková vzdálenost spojné čočky odpovídající centrálním paprskům se tedy zvětší v menší míře než kratší ohnisková vzdálenost obvodových paprsků. Divergenční čočka proto díky své sférické aberaci vyrovnává rozdíl v ohniskových vzdálenostech centrálního a periferního paprsku v důsledku sférické aberace sbíhavé čočky. Správným výpočtem kombinace sbíhavých a rozbíhavých čoček docílíme tohoto vyrovnání tak dokonale, že sférická aberace soustavy dvou čoček se sníží prakticky na nulu (obr. 232). Obvykle se obě jednoduché čočky slepí (obr. 233).

Rýže. 232 Korekce sférické aberace kombinací konvergujících a difuzních čoček

Rýže. 233. Lepená astronomická čočka korigovaná na sférickou aberaci

Z výše uvedeného je patrné, že destrukce sférické aberace se provádí kombinací dvou částí systému sférických aberací, které se vzájemně kompenzují. Stejně postupujeme při nápravě dalších nedostatků systému.

Astronomické čočky mohou sloužit jako příklad optického systému s eliminovanou sférickou aberací. Pokud je hvězda umístěna na ose čočky, pak její obraz není prakticky zkreslený aberací, i když průměr čočky může dosáhnout několika desítek centimetrů.

a astigmatismus). Rozlišujte sférickou aberaci třetího, pátého a vyššího řádu.

Encyklopedický YouTube

• 1 / 5

  Vzdálenost δs" podél optické osy mezi úběžníky nulových a extrémních paprsků se nazývá podélná sférická aberace.

  Průměr δ" rozptylový kruh (disk) je určen vzorcem

  δ ′ = 2 h 1 δ s ′ a ′ (\displaystyle (\delta ")=(\frac (2h_(1)\delta s")(a"))),

  • 2h 1 - průměr otvoru systému;
  • A"- vzdálenost od systému k bodu obrazu;
  • δs"- podélná aberace.

  Pro objekty umístěné v nekonečnu

  A ′ = f ′ (\displaystyle (a")=(f")),

  Pro sestrojení charakteristické křivky podélné sférické aberace podél osy x se vynese podélná sférická aberace. δs", a podél  ordinátní osy - výšky paprsků u vstupní pupily h. Pro konstrukci podobné křivky pro příčnou aberaci se tečny úhlů apertury v prostoru obrazu vynesou podél osy úsečky a poloměry rozptylových kružnic se vynesou podél osy pořadnice. δg"

  Kombinací takových jednoduchých čoček lze výrazně korigovat sférickou aberaci.

  Zmenšení a oprava

  V některých případech lze malou sférickou aberaci třetího řádu korigovat mírným rozostřením objektivu. V tomto případě se obrazová rovina posune do tzv "rovina nejlepší instalace", umístěný zpravidla uprostřed, mezi průsečíkem axiálních a extrémních paprsků, a neshodující se s nejužším bodem průsečíku všech paprsků širokého paprsku (disk nejmenšího rozptylu). Tento nesoulad se vysvětluje rozložením světelné energie v disku s nejmenším rozptylem, který tvoří maxima osvětlení nejen ve středu, ale i na okraji. To znamená, že můžeme říci, že „disk“ je světlý prsten s centrální tečkou. Proto bude rozlišení optického systému v rovině shodné s diskem nejmenšího rozptylu nižší, i přes menší množství příčné sférické aberace. Vhodnost této metody závisí na velikosti sférické aberace a povaze rozložení osvětlení v rozptylovém kotouči.

  Sférická aberace je poměrně úspěšně korigována kombinací pozitivních a negativních čoček. Pokud navíc čočky nejsou slepené, pak kromě zakřivení povrchů součástí ovlivní velikost sférické aberace i velikost vzduchové mezery (i když plochy omezující tuto vzduchovou mezeru mají stejné zakřivení). Tímto způsobem korekce se zpravidla korigují i ​​chromatické aberace.

  Přísně vzato, sférickou aberaci lze zcela korigovat pouze pro některé dvojice úzkých zón a navíc pouze pro určité dva sdružené body. V praxi však může být korekce docela uspokojivá i pro systémy se dvěma čočkami.

  Obvykle je sférická aberace eliminována pro jednu hodnotu výšky h 0 odpovídající hraně zornice soustavy. V tomto případě se nejvyšší hodnota zbytkové sférické aberace očekává ve výšce h e určeno jednoduchým vzorcem
  h e h 0 = 0,707 (\displaystyle (\frac (h_(e))(h_(0)))=(0,707))