sferinė aberacija. Pagrindinis tyrimas Koks fiziologinis mechanizmas sumažina sferinės aberacijos poveikį

1. Įvadas į aberacijų teoriją

Kalbant apie objektyvo veikimą, dažnai girdime žodį aberacijos. „Tai puikus objektyvas, jame praktiškai ištaisytos visos aberacijos!“ - tezę, kurią dažnai galima rasti diskusijose ar apžvalgose. Daug rečiau galite išgirsti diametraliai priešingą nuomonę, pavyzdžiui: „Tai nuostabus objektyvas, jo likutinės aberacijos yra gerai išreikštos ir sudaro neįprastai plastišką ir gražų raštą“ ...

Kodėl tokios skirtingos nuomonės? Pabandysiu atsakyti į šį klausimą: kuo geras/blogas šis reiškinys objektyvams ir apskritai fotografijos žanrams. Tačiau pirmiausia pabandykime išsiaiškinti, kokios yra fotografinio objektyvo aberacijos. Pradedame nuo teorijos ir kai kurių apibrėžimų.

Paprastai vartojamas terminas Aberacija (lot. ab- „iš“ + lot. errare „klaidžioti, klysti“) - tai nukrypimas nuo normos, klaida, tam tikras normalaus sistemos veikimo pažeidimas.

Objektyvo aberacija- klaida arba vaizdo klaida optinėje sistemoje. Ją lemia tai, kad realioje terpėje gali būti didelis spindulių nuokrypis nuo krypties, kuria jie eina apskaičiuotoje „idealioje“ optinėje sistemoje.

Dėl to nukenčia visuotinai pripažinta fotografinio vaizdo kokybė: nepakankamas ryškumas centre, kontrasto praradimas, stiprus susiliejimas kraštuose, geometrijos ir erdvės iškraipymai, spalvų aureolės ir kt.

Pagrindinės fotoobjektyvams būdingos aberacijos yra šios:

1. Komiška aberacija.
2. Iškraipymas.
3. Astigmatizmas.
4. Vaizdo lauko kreivumas.

Prieš susipažindami su kiekvienu iš jų geriau, prisiminkime iš straipsnio, kaip spinduliai praeina pro objektyvą idealioje optinėje sistemoje:

nesveikas. 1. Spindulių praėjimas idealioje optinėje sistemoje.

Kaip matome, visi spinduliai surenkami viename taške F – pagrindiniame židinyje. Tačiau iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau. Optinių aberacijų esmė ta, kad spinduliai, krintantys į objektyvą iš vieno šviesos taško, taip pat nesusirenka viename taške. Taigi, pažiūrėkime, kokie nukrypimai atsiranda optinėje sistemoje, kai susiduriama su įvairiomis aberacijomis.

Čia taip pat reikia pažymėti, kad tiek paprastame, tiek sudėtingame objektyve visos toliau aprašytos aberacijos veikia kartu.

Veiksmas sferinė aberacija yra tai, kad spinduliai, patenkantys į lęšio kraštus, susirenka arčiau lęšio nei spinduliai, patenkantys į centrinę lęšio dalį. Dėl to plokštumos taško vaizdas gaunamas neryškaus apskritimo arba disko pavidalu.

nesveikas. 2. Sferinė aberacija.

Nuotraukose sferinės aberacijos efektas atrodo kaip sušvelnintas vaizdas. Ypač dažnai efektas pastebimas esant atviroms diafragmoms, o objektyvai su didesne diafragma yra jautresni šiai aberacijai. Kol kraštai yra aštrūs, šis švelnus efektas gali būti labai naudingas kai kurioms fotografijos rūšims, pavyzdžiui, portretams.

3 pav. Minkštas poveikis atvirai diafragmai dėl sferinės aberacijos.

Lęšiuose, pagamintuose tik iš sferinių lęšių, beveik neįmanoma visiškai pašalinti tokio tipo aberacijos. Itin didelės diafragmos objektyvuose vienintelis efektyvus būdas tai ženkliai kompensuoti – optinėje schemoje naudoti asferinius elementus.

3. Komos aberacija arba „koma“

Tai ypatingas šoninių sijų sferinės aberacijos tipas. Jo veikimas slypi tame, kad spinduliai, ateinantys kampu į optinę ašį, nesurenkami viename taške. Šiuo atveju šviečiančio taško vaizdas kadro kraštuose gaunamas „skraidančios kometos“, o ne taško pavidalu. Dėl komos vaizdo sritys suliejimo zonoje taip pat gali būti išpūstos.

nesveikas. 4. Koma.

nesveikas. 5. Koma ant nuotraukos vaizdo

Tai tiesioginė šviesos sklaidos pasekmė. Jo esmė slypi tame, kad baltos šviesos spindulys, praeinantis pro objektyvą, suyra į jį sudarančius spalvotus spindulius. Trumpos bangos spinduliai (mėlyni, violetiniai) lęšyje lūžta stipriau ir susilieja arčiau jo nei ilgo židinio spinduliai (oranžiniai, raudoni).

nesveikas. 6. Chromatinė aberacija. Ф - violetinių spindulių židinys. K - raudonųjų spindulių židinys.

Čia, kaip ir sferinės aberacijos atveju, šviečiančio taško vaizdas plokštumoje gaunamas neryškaus apskritimo / disko pavidalu.

Nuotraukose chromatinė aberacija atrodo kaip šešėliai ir spalvoti objektų kontūrai. Aberacijos poveikis ypač pastebimas kontrastinguose objektuose. Šiuo metu XA gana lengvai ištaisomas RAW keitikliuose, jei fotografuojama RAW formatu.

nesveikas. 7. Chromatinės aberacijos pasireiškimo pavyzdys.

5. Iškraipymas

Iškraipymas pasireiškia nuotraukos kreivumu ir geometrijos iškraipymu. Tie. vaizdo mastelis kinta atsižvelgiant į atstumą nuo lauko centro iki kraštų, dėl to tiesios linijos yra išlenktos link centro arba į kraštus.

Išskirti statinės formos arba neigiamas(labiausiai būdinga plačiam kampui) ir pagalvės formos arba teigiamas iškraipymas (dažniau pasireiškia ilgo židinio metu).

nesveikas. 8. Pagalvėlės ir statinės iškraipymas

Naudojant priartinančius objektyvus, iškraipymai paprastai būna daug ryškesni, nei naudojant pagrindinius objektyvus. Kai kurie įspūdingi lęšiai, tokie kaip Fish Eye, sąmoningai netaiso ir net pabrėžia iškraipymą.

nesveikas. 9. Ryškus statinės objektyvo iškraipymasZenitar 16mmžuvies akis.

Šiuolaikiniuose objektyvuose, įskaitant tuos, kurių židinio nuotolis yra kintamas, iškraipymas gana efektyviai ištaisomas į optinę schemą įtraukiant asferinį lęšį (arba kelis lęšius).

6. Astigmatizmas

Astigmatizmas(iš graikų stigma - taškas) pasižymi tuo, kad neįmanoma gauti šviesos taško vaizdų lauko kraštuose tiek taško, tiek net disko pavidalu. Šiuo atveju pagrindinėje optinėje ašyje esantis šviečiantis taškas perduodamas kaip taškas, bet jei taškas yra už šios ašies – kaip užtemimas, susikirtusios linijos ir pan.

Šis reiškinys dažniausiai pastebimas vaizdo kraštuose.

nesveikas. 10. Astigmatizmo pasireiškimas

7. Vaizdo lauko kreivumas

Vaizdo lauko kreivumas- tai aberacija, dėl kurios plokščio objekto, statmeno objektyvo optinei ašiai, vaizdas atsiduria ant lęšio atžvilgiu įgaubto arba išgaubto paviršiaus. Ši aberacija sukelia netolygų ryškumą visame vaizdo lauke. Kai vaizdo centras yra aiškiai sufokusuotas, vaizdo kraštai bus nefokusuoti ir neatrodys aštrūs. Jei ryškumas nustatomas išilgai vaizdo kraštų, jo centrinė dalis bus neryški.

© 2013 m. svetainė

Fotografijos objektyvo aberacijos yra paskutinis dalykas, apie kurį pradedantysis fotografas turėtų pagalvoti. Jie visiškai neturi įtakos jūsų nuotraukų meninei vertei, o techninei nuotraukų kokybei jų įtaka yra nereikšminga. Nepaisant to, jei nežinote, ką daryti su savo laiku, šio straipsnio skaitymas padės suprasti optinių aberacijų įvairovę ir kaip su jomis kovoti, o tai, žinoma, yra neįkainojama tikram fotoeruditui.

Optinės sistemos (mūsų atveju – fotografinio objektyvo) aberacijos yra vaizdo netobulumas, atsirandantis dėl šviesos spindulių nukrypimo nuo kelio, kuriuo jie turėtų eiti idealioje (absoliučioje) optinėje sistemoje.

Šviesa iš bet kurio taškinio šaltinio, praeinanti per idealų objektyvą, turėtų sudaryti be galo mažą tašką matricos arba plėvelės plokštumoje. Tiesą sakant, tai, žinoma, neįvyksta, o taškas virsta vadinamuoju. paklydusios dėmės, tačiau optiniai inžinieriai, kuriantys objektyvus, stengiasi kuo labiau priartėti prie idealo.

Egzistuoja monochromatinės aberacijos, kurios vienodai būdingos bet kokio bangos ilgio šviesos spinduliams, ir chromatinės, priklausomai nuo bangos ilgio, t.y. nuo spalvos.

Komos aberacija arba koma atsiranda, kai šviesos spinduliai praeina pro objektyvą kampu į optinę ašį. Dėl to taškinių šviesos šaltinių vaizdas kadro kraštuose įgauna asimetrinių lašo (arba, sunkiais atvejais, kometos) formos lašų pavidalą.

Komiška aberacija.

Koma gali būti pastebima kadro kraštuose, kai fotografuojama su plačiai atidaryta diafragma. Kadangi diafragma sumažina šviesos, praeinančios pro objektyvo kraštą, kiekį, ji paprastai pašalina ir komos aberacijas.

Struktūriškai su koma kovojama taip pat, kaip ir su sferinėmis aberacijomis.

Astigmatizmas

Astigmatizmas pasireiškia tuo, kad pasvirusiam (ne lygiagrečiam lęšio optinei ašiai) šviesos pluoštui spinduliai guli dienovidinėje plokštumoje, t.y. plokštuma, kuriai priklauso optinė ašis, yra sufokusuota kitaip nei spinduliai, esantys sagitalinėje plokštumoje, kuri yra statmena dienovidinio plokštumai. Tai galiausiai lemia asimetrinį neryškios dėmės ištempimą. Astigmatizmas pastebimas vaizdo kraštuose, bet ne jo centre.

Astigmatizmą sunku suprasti, todėl pabandysiu jį iliustruoti paprastu pavyzdžiu. Jei įsivaizduotume, kad laiško vaizdas BET esantis kadro viršuje, tada su lęšio astigmatizmu jis atrodytų taip:

Norint ištaisyti astigminį skirtumą tarp dienovidinio ir sagitalinio židinio, reikalingi bent trys elementai (dažniausiai du išgaubti ir vienas įgaubtas).

Akivaizdus šiuolaikinio lęšio astigmatizmas dažniausiai rodo vieno ar kelių elementų nelygiagretumą, o tai yra nedviprasmiškas defektas.

Vaizdo lauko kreivumu suprantamas reiškinys, būdingas labai daugeliui objektyvų, kuriuose vaizdas yra ryškus butas Objektas fokusuojamas objektyvu ne į plokštumą, o į tam tikrą lenktą paviršių. Pavyzdžiui, daugelis plačiakampių objektyvų turi ryškų vaizdo lauko kreivumą, dėl kurio kadro kraštai sufokusuojami tarsi arčiau stebėtojo nei centras. Teleobjektyvams vaizdo lauko kreivumas dažniausiai būna silpnai išreikštas, o makroobjektyvams koreguojamas beveik visiškai – idealaus židinio plokštuma tampa tikrai plokščia.

Lauko kreivumas laikomas nukrypimu, nes fotografuojant plokščią objektą (bandomąjį stalą ar plytų sieną) fokusuojant į kadro centrą, jo kraštai neišvengiamai bus nefokusuoti, o tai gali būti klaidinga objektyvo suliejimas. Tačiau realiame fotografijos gyvenime retai susiduriame su plokščiais objektais – mus supantis pasaulis yra trimatis – todėl plačiakampiams objektyvams būdingą lauko kreivumą esu linkęs laikyti labiau jų pranašumu, o ne trūkumu. Vaizdo lauko kreivumas leidžia tiek priekiniam, tiek fonui tuo pačiu metu būti vienodai ryškiems. Spręskite patys: daugumos plačiakampių kompozicijų centras yra tolumoje, o arčiau kadro kampų, taip pat apačioje, yra priekinio plano objektai. Lauko kreivumas daro abu aštrius, o tai apsaugo mus nuo per daug uždaryti diafragmą.

Lauko kreivumas leido sutelkti dėmesį į tolimus medžius, apatiniame kairiajame kampe taip pat gauti aštrių marmuro luitų.
Kažkoks neryškumas danguje ir tolimuose krūmuose dešinėje manęs šioje scenoje nelabai jaudino.

Tačiau reikia atsiminti, kad objektyvams su ryškiu vaizdo lauko kreivumu netinka automatinio fokusavimo metodas, kai pirmiausia fokusuojate į arčiausiai esantį objektą naudodami centrinį fokusavimo jutiklį, o tada perkomponuojate kadrą (žr. Kaip naudoti automatinį fokusavimą"). Kadangi tada objektas judės iš kadro centro į pakraščius, dėl lauko kreivumo rizikuojate sufokusuoti į priekį. Kad fokusavimas būtų tobulas, turėsite tinkamai sureguliuoti.

iškraipymas

Iškraipymas yra aberacija, kai objektyvas atsisako vaizduoti tiesias linijas kaip tiesias. Geometriškai tai reiškia objekto ir jo vaizdo panašumo pažeidimą dėl objektyvo matymo lauko linijinio padidėjimo pasikeitimo.

Yra du dažniausiai pasitaikantys iškraipymo tipai: pagalvėlė ir statinė.

At statinės iškraipymas linijinis didinimas mažėja tolstant nuo objektyvo optinės ašies, todėl tiesios linijos kadro kraštuose išlinksta į išorę, o vaizdas atrodo išgaubtas.

At pagalvėlės iškraipymas Linijinis padidinimas, priešingai, didėja didėjant atstumui nuo optinės ašies. Tiesios linijos lenkiasi į vidų, o vaizdas atrodo įgaubtas.

Be to, atsiranda kompleksinis iškraipymas, kai linijinis padidėjimas pirmiausia mažėja tolstant nuo optinės ašies, bet arčiau kadro kampų vėl pradeda didėti. Šiuo atveju tiesios linijos yra ūsų pavidalo.

Iškraipymai ryškiausi priartinamuose objektyvuose, ypač esant dideliam padidinimui, tačiau pastebimi ir objektyvuose su fiksuotu židinio nuotoliu. Plačiakampiai objektyvai dažniausiai turi vamzdžio iškraipymą (kraštutinis to pavyzdys yra žuvies akies arba žuvies akies objektyvai), o teleobjektyvai dažniau kenčia nuo pagalvėlės iškraipymo. Įprasti lęšiai dažniausiai būna mažiausiai paveikti iškraipymo, tačiau tik geri makro objektyvai jį visiškai ištaiso.

Mastelio keitimo objektyvai dažnai pasižymi vamzdžio iškraipymu plačiajame gale, o pagalvėlės iškraipymus televiziniame gale, esant beveik neiškraipytam vidutiniam židinio diapazonui.

Iškraipymo laipsnis taip pat gali skirtis atsižvelgiant į fokusavimo atstumą: naudojant daugelį objektyvų, iškraipymas yra akivaizdus, ​​kai sufokusuojamas šalia esantis objektas, bet tampa beveik nepastebimas, kai fokusuojamas į begalybę.

XXI amžiuje iškraipymas nėra didelė problema. Beveik visi RAW keitikliai ir daugelis grafinių redaktorių leidžia ištaisyti iškraipymus apdorojant nuotraukas, o daugelis šiuolaikinių fotoaparatų tai daro patys fotografuodami. Programinė įranga iškraipymų taisymas naudojant tinkamą profilį duoda puikių rezultatų ir beveik neturi įtakos vaizdo ryškumui.

Taip pat noriu pastebėti, kad praktikoje iškraipymo korekcija nereikalinga labai dažnai, nes iškraipymas plika akimi matomas tik tada, kai išilgai rėmo kraštų (horizontas, pastato sienos, kolonos) yra akivaizdžiai tiesios linijos. Scenose, kurių periferijoje nėra griežtai tiesių elementų, iškraipymai, kaip taisyklė, visai nežeidžia akių.

Chromatinė aberacija

Chromatines arba spalvų aberacijas sukelia šviesos sklaida. Ne paslaptis, kad optinės terpės lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos bangos ilgio. Trumposioms bangoms lūžio laipsnis didesnis nei ilgųjų, t.y. Mėlynuosius spindulius objektyvo lęšis laužia labiau nei raudonus. Dėl to skirtingų spalvų spindulių suformuoti objekto vaizdai gali nesutapti vienas su kitu, todėl atsiranda spalvų artefaktų, kurie vadinami chromatinėmis aberacijomis.

Nespalvotoje fotografijoje chromatinės aberacijos nėra tokios pastebimos kaip spalvotos, tačiau, nepaisant to, jos gerokai pablogina net nespalvoto vaizdo ryškumą.

Yra du pagrindiniai chromatinės aberacijos tipai: padėties chromatizmas (išilginė chromatinė aberacija) ir padidinimo chromatizmas (chromatinės padidinimo skirtumas). Savo ruožtu kiekviena chromatinė aberacija gali būti pirminė arba antrinė. Taip pat chromatinėms aberacijoms priskiriami chromatiniai geometrinių aberacijų skirtumai, t.y. skirtingo stiprumo monochromatinės aberacijos skirtingo ilgio bangoms.

Padėties chromatizmas

Pozicinis chromatizmas, arba išilginė chromatinė aberacija, atsiranda, kai skirtingo bangos ilgio šviesos spinduliai sufokusuojami skirtingose ​​plokštumose. Kitaip tariant, mėlyni spinduliai sufokusuojami arčiau galinės pagrindinės objektyvo plokštumos, o raudoni – toliau nei žali, t.y. mėlyna fokusuojama priekyje, o raudona – gale.

Padėties chromatizmas.

Mūsų laimei, situacijos chromatizmą išmokta koreguoti dar XVIII amžiuje. derinant susiliejančius ir divergentinius lęšius iš skirtingų lūžio rodiklių turinčių stiklų. Dėl to titnaginio (kolektyvinio) lęšio išilginė chromatinė aberacija kompensuojama vainikinio (difuzinio) lęšio aberacija, o skirtingo bangos ilgio šviesos spinduliai gali būti sufokusuoti viename taške.

Padėties chromatizmo korekcija.

Lęšiai, kuriuose koreguojamas padėties chromatizmas, vadinami achromatiniais. Beveik visi šiuolaikiniai lęšiai yra achromatiniai, todėl šiandien galite drąsiai pamiršti apie padėties chromatizmą.

Chromatizmo padidinimas

Didinimo chromatizmas atsiranda dėl to, kad linijinis objektyvo padidinimas skirtingoms spalvoms skiriasi. Dėl to skirtingų bangos ilgių spindulių sukurti vaizdai turi šiek tiek skirtingus dydžius. Kadangi skirtingų spalvų vaizdai yra centre išilgai objektyvo optinės ašies, kadro centre didinimo chromatizmo nėra, bet jis didėja link jo kraštų.

Priartinimo chromatizmas vaizdo periferijoje atsiranda kaip spalvotas pakraštys aplink objektus su ryškiais kontrastingais kraštais, pvz., tamsias medžių šakas šviesiame danguje. Vietose, kur tokių objektų nėra, spalvų pakraščiai gali būti nepastebimi, tačiau bendras skaidrumas vis tiek sumažėja.

Projektuojant objektyvą didinimo chromatizmą yra daug sunkiau koreguoti nei pozicinį, todėl ši aberacija vienokiu ar kitokiu laipsniu gali būti stebima gana daugelyje lęšių. Tai ypač pasakytina apie didelio priartinimo objektyvus, ypač esant plačiam kampui.

Tačiau padidinimo chromatizmas šiandien nekelia nerimo, nes jį galima nesunkiai ištaisyti programine įranga. Visi geri RAW keitikliai gali automatiškai pašalinti chromatinę aberaciją. Be to, vis daugiau skaitmeninių fotoaparatų turi aberacijų korekciją, kai fotografuojama JPEG formatu. Tai reiškia, kad daugelis objektyvų, kurie anksčiau buvo laikomi vidutiniškais, dabar gali užtikrinti gana neblogą vaizdo kokybę naudojant skaitmeninius ramentus.

Pirminės ir antrinės chromatinės aberacijos

Chromatinės aberacijos skirstomos į pirmines ir antrines.

Pirminės chromatinės aberacijos yra chromatizmai savo pradine nepataisyta forma, atsirandantys dėl skirtingo skirtingų spalvų spindulių lūžio laipsnio. Pirminių aberacijų artefaktai yra nuspalvinti ekstremaliomis spektro spalvomis – mėlynai violetine ir raudona.

Koreguojant chromatines aberacijas eliminuojamas chromatinis skirtumas spektro kraštuose, t.y. mėlyni ir raudoni spinduliai pradeda fokusuotis viename taške, o tai, deja, gali nesutapti su žalių spindulių fokusavimo tašku. Tokiu atveju atsiranda antrinis spektras, nes pirminio spektro vidurio (žalieji spinduliai) ir jo sujungtų kraštų (mėlyni ir raudoni spinduliai) chromatinis skirtumas lieka nepašalintas. Tai yra antrinės aberacijos, kurių artefaktai yra nudažyti žalia ir purpurine spalva.

Kalbant apie šiuolaikinių achromatinių lęšių chromatines aberacijas, didžiąja dauguma atvejų jie turi omenyje būtent antrinį padidinimo chromatizmą ir tik jį. Apochromatai, t.y. lęšius, kurie visiškai pašalina tiek pirmines, tiek antrines chromatines aberacijas, yra labai sunku pagaminti ir vargu ar kada nors bus gaminami masiškai.

Sferochromatizmas yra vienintelis vertas dėmesio chromatinių geometrinių aberacijų skirtumų pavyzdys ir atrodo kaip subtilus nefokusuotų sričių spalvinimas ekstremaliose antrinio spektro spalvose.

Sferochromatizmas atsiranda dėl to, kad aukščiau aptarta sferinė aberacija retai koreguojama vienodai skirtingų spalvų spinduliams. Dėl to suliejimo dėmės priekiniame plane gali turėti šiek tiek purpurinį kraštą, o fone – žalią. Sferochromatizmas labiausiai būdingas didelės diafragmos teleobjektyvams, kai fotografuojama su plačiai atidaryta diafragma.

Dėl ko verta nerimauti?

Neverta jaudintis. Viskuo, dėl ko reikia nerimauti, jūsų objektyvų dizaineriai greičiausiai jau pasirūpino.

Idealių lęšių nėra, nes taisant kai kurias aberacijas paryškėja kiti, o objektyvo dizaineris, kaip taisyklė, stengiasi rasti pagrįstą kompromisą tarp jo charakteristikų. Šiuolaikiniuose mastelio keitimuose jau yra dvidešimt elementų, todėl neturėtumėte jų be galo apsunkinti.

Visas nusikalstamas aberacijas kūrėjai ištaiso labai sėkmingai, o su likusiomis lengva susigyventi. Jei jūsų objektyvas turi kokių nors trūkumų (ir dauguma objektyvų turi), išmokite juos apeiti dirbdami. Sustabdžius objektyvą, sumažėja sferinė aberacija, koma, astigmatizmas ir jų spalviniai skirtumai (žr. „Optimialios diafragmos pasirinkimas“). Apdorojant nuotrauką pašalinami iškraipymai ir padidinimo chromatizmas. Vaizdo lauko kreivumas reikalauja papildomo dėmesio fokusuojant, bet taip pat nėra mirtinas.

Kitaip tariant, užuot kaltinus įrangą dėl netobulumų, fotografas mėgėjas turėtų pradėti tobulėti nuodugniai išstudijuodamas savo įrankius ir naudodamas juos pagal privalumus ir trūkumus.

Ačiū už dėmesį!

Vasilijus A.

post scriptum

Jei straipsnis jums pasirodė naudingas ir informatyvus, galite maloniai paremti projektą prisidėdami prie jo kūrimo. Jei straipsnis jums nepatiko, bet turite minčių, kaip jį pagerinti, jūsų kritika bus priimta su ne mažesniu dėkingumu.

Nepamirškite, kad šis straipsnis yra saugomas autorių teisių. Leidžiama perspausdinti ir cituoti, jei yra tinkama nuoroda į pirminį šaltinį, o naudojamas tekstas neturi būti jokiu būdu iškraipomas ar keičiamas.

Įprasta atsižvelgti į spindulių pluoštą, kylantį iš objekto taško, esančio optinėje ašyje. Tačiau sferinė aberacija atsiranda ir kitiems spindulių pluoštams, kylantiems iš objekto taškų, nutolusių nuo optinės ašies, tačiau tokiais atvejais ji laikoma viso pasvirusio spindulių pluošto aberacijų sudedamąja dalimi. Be to, nors ši aberacija vadinama sferinės, jis būdingas ne tik sferiniams paviršiams.

Dėl sferinės aberacijos cilindrinis spindulių pluoštas, lūžęs lęšiu (vaizdo erdvėje), įgauna ne kūgio, o kažkokios piltuvėlio formos figūrą, kurios išorinis paviršius yra šalia butelio kaklelio. , vadinamas kaustiniu paviršiumi. Šiuo atveju taško vaizdas turi disko formą su netolygiu apšvietimo pasiskirstymu, o kaustinės kreivės forma leidžia spręsti apie apšvietimo pasiskirstymo pobūdį. Bendruoju atveju sklaidos figūra, esant sferinei aberacijai, yra koncentrinių apskritimų, kurių spindulys yra proporcingas trečiajai koordinačių laipsniai prie įėjimo (arba išėjimo) vyzdžio, sistema.

Dizaino vertybės

Atstumas δs" išilgai optinės ašies tarp nulinių ir kraštutinių spindulių nykstamųjų taškų vadinama išilginė sferinė aberacija.

Skersmuo δ" sklaidos ratas (diskas) nustatomas pagal formulę

• 2h 1 - sistemos angos skersmuo;
• a"- atstumas nuo sistemos iki vaizdo taško;
• δs"- išilginė aberacija.

Objektams, esantiems begalybėje

Sujungus tokius paprastus lęšius, sferinė aberacija gali būti gerokai pakoreguota.

Sumažinimas ir taisymas

Kai kuriais atvejais nedidelę trečios laipsnio sferinę aberaciją galima ištaisyti šiek tiek defokusuojant objektyvą. Tokiu atveju vaizdo plokštuma pasislenka į vadinamąją „geriausios instaliacijos plokštuma“, esantis, kaip taisyklė, viduryje, tarp ašinių ir kraštutinių spindulių sankirtos ir nesutampantis su siauriausiu plataus pluošto spindulių (mažiausios sklaidos disko) susikirtimo tašku. Šis neatitikimas paaiškinamas šviesos energijos pasiskirstymu mažiausiai sklaidos diske, kuris sudaro apšvietimo maksimumus ne tik centre, bet ir pakraštyje. Tai yra, galime sakyti, kad „diskas“ yra ryškus žiedas su centriniu tašku. Todėl optinės sistemos skiriamoji geba plokštumoje, sutampantoje su mažiausio sklaidos disku, bus mažesnė, nepaisant mažesnės skersinės sferinės aberacijos. Šio metodo tinkamumas priklauso nuo sferinės aberacijos dydžio ir apšvietimo pasiskirstymo sklaidos diske pobūdžio.

Griežtai kalbant, sferinė aberacija gali būti visiškai ištaisyta tik kai kurioms siaurų zonų poroms ir, be to, tik tam tikriems dviem konjuguotiems taškams. Tačiau praktiškai korekcija gali būti gana patenkinama net dviejų lęšių sistemoms.

Paprastai vienai aukščio vertei sferinė aberacija pašalinama h 0, atitinkantis sistemos vyzdžio kraštą. Šiuo atveju didžiausia liekamosios sferinės aberacijos vertė tikimasi aukštyje h e nustatoma pagal paprastą formulę

Likutinė sferinė aberacija lemia tai, kad taško vaizdas niekada netaps tašku. Tai išliks diskas, nors ir daug mažesnis nei nepataisytos sferinės aberacijos atveju.

Siekiant sumažinti liekamąją sferinę aberaciją, dažnai naudojamasi apskaičiuota „korekcija“ sistemos vyzdžio krašte, suteikiant krašto zonos sferinei aberacijai teigiamą reikšmę ( δs"> 0). Šiuo atveju spinduliai kerta vyzdį aukštyje h e , kerta dar arčiau židinio taško, o kraštiniai spinduliai, nors ir susilieja už fokusavimo taško, neperžengia sklaidos disko ribų. Taigi, sklaidos disko dydis mažėja ir jo ryškumas didėja. Tai yra, pagerėjo ir vaizdo detalės, ir kontrastas. Tačiau dėl apšvietimo pasiskirstymo sklaidos diske pobūdžio lęšiai su „iš naujo ištaisyta“ sferine aberacija dažnai turi „dvigubą“ neryškų fokusavimą.

Kai kuriais atvejais leidžiama atlikti reikšmingą „pakartotinę korekciją“. Taigi, pavyzdžiui, ankstyvieji Carl Zeiss Jena „Planars“ turėjo teigiamą sferinės aberacijos reikšmę ( δs"> 0), tiek kraštinėje, tiek vidurinėje vyzdžio zonoje. Šis sprendimas šiek tiek sumažina kontrastą esant pilnai diafragmai, tačiau pastebimai padidina skiriamąją gebą esant mažoms diafragmoms.

Pastabos

Literatūra

• Begunovas B. N. Geometrinė optika, Maskvos valstybinis universitetas, 1966 m.
• Volosovas D.S., Fotografijos optika. M., „Menas“, 1971 m.
• Zakaznov N. P. ir kt., Optinių sistemų teorija, M., "Inžinerija", 1992 m.
• Landsberg G.S. Optika. M., FIZMATLIT, 2003 m.
• Churilovsky V. N. Optinių prietaisų teorija, L., "Inžinerija", 1966 m.
• Smithas, Warrenas J. Šiuolaikinė optinė inžinerija, McGraw-Hill, 2000 m.

Wikimedia fondas. 2010 m.

Fizinė enciklopedija

Vienas iš optinių sistemų aberacijų tipų (žr. Optinių sistemų aberacijos); pasireiškia fokusavimo neatitikimu šviesos spinduliams, praeinantiems per ašies simetrišką optinę sistemą (lęšį (žr. Objektyvą), Objektyvą) skirtingais atstumais nuo ... Didžioji sovietinė enciklopedija

Vaizdo iškraipymas optinėse sistemose dėl to, kad šviesos spinduliai iš taškinio šaltinio, esančio optinėje ašyje, nesurenkami viename taške, o spinduliai, praėję pro sistemos dalis, nutolusias nuo ašies. * * * Sferinis… … enciklopedinis žodynas

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

RUFINĖ ABERACIJA- Žiūrėkite aberaciją, sferinę... Aiškinamasis psichologijos žodynas

sferinė aberacija- dėl šviesos spindulių, einančių skirtingais atstumais nuo sistemos optinės ašies, židinių neatitikimo, susidaro taško vaizdas skirtingo apšvietimo apskritimo pavidalu. Taip pat žiūrėkite: aberacija chromatinė aberacija... Enciklopedinis metalurgijos žodynas

Viena iš optinių sistemų aberacijų, atsirandanti dėl šviesos spindulių, einančių per ašiesimetrinę optinę sistemą, židinių neatitikimo. sistema (lęšis, objektyvas) skirtingais atstumais nuo šios sistemos optinės ašies. Atrodo, kad vaizdas ...... Didelis enciklopedinis politechnikos žodynas

Vaizdo iškraipymas optikoje sistemos dėl to, kad šviesos spinduliai iš taškinio šaltinio, esančio optinėje. ašys nėra renkamos viename taške su spinduliais, praėjusiais per sistemos dalis, nutolusias nuo ašies ... Gamtos mokslai. enciklopedinis žodynas

Šios klaidos atsiradimą galima atsekti naudojant lengvai prieinamus eksperimentus. Paimkime paprastą susiliejantį objektyvą 1 (pavyzdžiui, plokščią išgaubtą lęšį), kurio skersmuo yra kuo didesnis ir židinio nuotolis yra mažesnis. Mažą ir tuo pačiu pakankamai ryškų šviesos šaltinį galima gauti išgręžus skylę dideliame maždaug skersmens ekrane 2 ir prieš jį pritvirtinus matinio stiklo gabalėlį 3, apšviestą stipria lempa iš trumpas atstumas. Dar geriau lankinės lempos šviesą sutelkti ant matinio stiklo. Šis „šviesos taškas“ turėtų būti pagrindinėje objektyvo optinėje ašyje (228 pav., a).

Ryžiai. 228. Eksperimentinis sferinės aberacijos tyrimas: a) lęšis, ant kurio krenta platus spindulys, suteikia neryškų vaizdą; b) centrinė objektyvo zona suteikia gerą ryškų vaizdą

Nurodyto objektyvo, ant kurio krenta platūs šviesos spinduliai, pagalba neįmanoma gauti ryškaus šaltinio vaizdo. Kad ir kaip judintume 4 ekraną, vaizdas yra gana neryškus. Bet jei spinduliai, krintantys į objektyvą, bus apriboti, priešais jį padėjus kartono gabalėlį 5 su maža skylute priešais centrinę dalį (228 pav., b), tada vaizdas žymiai pagerės: galima rasti tokį. ekrano 4 padėtį, kad šaltinio vaizdas jame būtų pakankamai ryškus. Šis pastebėjimas puikiai sutampa su tuo, ką žinome apie vaizdą, gautą objektyve su siaurais paraksialiniais pluoštais (plg. §89).

Ryžiai. 229. Ekranas su skylutėmis sferinei aberacijai tirti

Dabar pakeisime kartoną su centrine skyle kartono gabalėliu su mažomis skylutėmis, esančiomis išilgai objektyvo skersmens (229 pav.). Pro šias skylutes einančių spindulių eigą galima atsekti, jei už objektyvo esantis oras yra šiek tiek rūkomas. Pamatysime, kad spinduliai, einantys per skylutes, esančias skirtingais atstumais nuo lęšio centro, susikerta skirtinguose taškuose: kuo toliau nuo objektyvo ašies spindulys eina, tuo labiau jis lūžta, o kuo arčiau lęšio yra taškas. jos susikirtimo su ašimi.

Taigi, mūsų eksperimentai rodo, kad spinduliai, einantys per atskiras lęšio zonas, esančias skirtingais atstumais nuo ašies, suteikia šaltinio, esančio skirtingu atstumu nuo objektyvo, vaizdus. Tam tikroje ekrano padėtyje ant jo atsiras skirtingos objektyvo zonos: vienos ryškesnės, kitos – neryškesni šaltinio vaizdai, kurie susilies į šviesų apskritimą. Dėl to didelio skersmens objektyvas taškinio šaltinio vaizdą sukuria ne kaip tašką, o kaip neryškią šviesos dėmę.

Taigi, naudojant plačius šviesos pluoštus, taškinio vaizdo negauname net tada, kai šaltinis yra pagrindinėje ašyje. Ši optinių sistemų klaida vadinama sferine aberacija.

Ryžiai. 230. Sferinės aberacijos atsiradimas. Spinduliai, paliekantys objektyvą skirtinguose aukščiuose virš ašies, suteikia taško vaizdus skirtinguose taškuose

Paprastiems neigiamiems lęšiams dėl sferinės aberacijos spindulių, einančių per centrinę objektyvo zoną, židinio nuotolis taip pat bus didesnis nei spindulių, einančių per periferinę zoną. Kitaip tariant, lygiagretus spindulys, einantis per besiskiriančio lęšio centrinę zoną, tampa mažiau besiskiriantis nei spindulys, einantis per išorines zonas. Priversdami šviesą po konverguojančio lęšio praeiti pro besiskiriantį lęšį, padidiname židinio nuotolį. Tačiau šis padidėjimas bus mažiau reikšmingas centriniams spinduliams nei periferiniams (231 pav.).

Ryžiai. 231. Sferinė aberacija: a) konverguojančiame lęšyje; b) besiskiriančiame objektyve

Taigi ilgesnis susiliejančio lęšio, atitinkančio centrinius pluoštus, židinio nuotolis padidės mažiau nei trumpesnis periferinių spindulių židinio nuotolis. Todėl besiskiriantis lęšis dėl savo sferinės aberacijos išlygina centrinių ir periferinių spindulių židinio nuotolių skirtumą dėl susiliejančio lęšio sferinės aberacijos. Teisingai apskaičiuojant konverguojančių ir besiskiriančių lęšių derinį, šį išlygiavimą galime pasiekti taip visiškai, kad dviejų lęšių sistemos sferinė aberacija praktiškai sumažės iki nulio (232 pav.). Dažniausiai abu paprasti lęšiai suklijuojami (233 pav.).

Ryžiai. 232 Sferinės aberacijos koregavimas derinant susiliejančius ir difuzuojančius lęšius

Ryžiai. 233. Surištas astronominis lęšis, pakoreguotas dėl sferinės aberacijos

Iš to, kas pasakyta, matyti, kad sferinės aberacijos pašalinimas atliekamas sujungiant dvi sistemos dalis, kurių sferinės aberacijos viena kitą kompensuoja. Tą patį darome ir taisydami kitus sistemos trūkumus.

Astronominiai lęšiai gali būti optinės sistemos su pašalinta sferine aberacija pavyzdys. Jei žvaigždė yra ant objektyvo ašies, tada jos vaizdas praktiškai nėra iškraipytas dėl aberacijos, nors objektyvo skersmuo gali siekti kelias dešimtis centimetrų.

ir astigmatizmas). Atskirkite trečios, penktos ir aukštesnės eilės sferinę aberaciją.

Enciklopedinis „YouTube“.

• 1 / 5

  Atstumas δs" išilgai optinės ašies tarp nulinių ir kraštutinių spindulių nykstamųjų taškų vadinama išilginė sferinė aberacija.

  Skersmuo δ" sklaidos ratas (diskas) nustatomas pagal formulę

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

  • 2h 1 - sistemos angos skersmuo;
  • a"- atstumas nuo sistemos iki vaizdo taško;
  • δs"- išilginė aberacija.

  Objektams, esantiems begalybėje

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

  Norint sudaryti būdingą išilginės sferinės aberacijos kreivę išilgai  abscisių ašies, brėžiama išilginė sferinė aberacija δs“, o išilgai  ordinatės ašies – spindulių aukščiai prie įėjimo vyzdžio h. Norint sukurti panašią skersinės aberacijos kreivę, vaizdo erdvėje apertūros kampų liestinės brėžiamos išilgai abscisių ašies, o sklaidos apskritimų spinduliai – išilgai ordinačių ašies. δg"

  Sujungus tokius paprastus lęšius, sferinė aberacija gali būti gerokai pakoreguota.

  Sumažinimas ir taisymas

  Kai kuriais atvejais nedidelę trečios laipsnio sferinę aberaciją galima ištaisyti šiek tiek defokusuojant objektyvą. Tokiu atveju vaizdo plokštuma pasislenka į vadinamąją „geriausios instaliacijos plokštuma“, esantis, kaip taisyklė, viduryje, tarp ašinių ir kraštutinių spindulių sankirtos ir nesutampantis su siauriausiu plataus pluošto spindulių (mažiausios sklaidos disko) susikirtimo tašku. Šis neatitikimas paaiškinamas šviesos energijos pasiskirstymu mažiausiai sklaidos diske, kuris sudaro apšvietimo maksimumus ne tik centre, bet ir pakraštyje. Tai yra, galime sakyti, kad „diskas“ yra ryškus žiedas su centriniu tašku. Todėl optinės sistemos skiriamoji geba plokštumoje, sutampantoje su mažiausio sklaidos disku, bus mažesnė, nepaisant mažesnės skersinės sferinės aberacijos. Šio metodo tinkamumas priklauso nuo sferinės aberacijos dydžio ir apšvietimo pasiskirstymo sklaidos diske pobūdžio.

  Sferinė aberacija gana sėkmingai koreguojama derinant teigiamus ir neigiamus lęšius. Be to, jei lęšiai nėra klijuoti, tada, be komponentų paviršių kreivumo, oro tarpo dydis taip pat turės įtakos sferinės aberacijos dydžiui (net jei paviršiai, ribojantys šį oro tarpą, turi tokį patį kreivumą). Taikant šį korekcijos metodą, kaip taisyklė, koreguojamos ir chromatinės aberacijos.

  Griežtai kalbant, sferinė aberacija gali būti visiškai ištaisyta tik kai kurioms siaurų zonų poroms ir, be to, tik tam tikriems dviem konjuguotiems taškams. Tačiau praktiškai korekcija gali būti gana patenkinama net dviejų lęšių sistemoms.

  Paprastai vienai aukščio vertei sferinė aberacija pašalinama h 0, atitinkantis sistemos vyzdžio kraštą. Šiuo atveju didžiausia liekamosios sferinės aberacijos vertė tikimasi aukštyje h e nustatoma pagal paprastą formulę
  h e h 0 = 0,707 (\displaystyle (\frac (h_(e))(h_(0)))=(0,707))