Обичайно е да се разглежда лъч от лъчи, излизащ от точка на обект, разположен на оптичната ос. Сферична аберация обаче възниква и за други снопове лъчи, излизащи от точки на обекта, отдалечени от оптичната ос, но в такива случаи тя се счита за неразделна част от аберациите на целия наклонен сноп лъчи. Освен това, въпреки че тази аберация се нарича сферична, то е характерно не само за сферичните повърхности.

В резултат на сферична аберация, цилиндричен сноп от лъчи, след пречупване от леща (в пространството на изображението), приема формата не на конус, а на някаква фуниевидна фигура, чиято външна повърхност, близо до тясното място , се нарича каустична повърхност. В този случай изображението на точка има формата на диск с неравномерно разпределение на осветеността, а формата на каустичната крива позволява да се прецени естеството на разпределението на осветеността. В общия случай фигурата на разсейване при наличие на сферична аберация е система от концентрични окръжности с радиуси, пропорционални на третата степен на координатите на входната (или изходната) зеница.

Стойности на дизайна

Разстояние δs"по протежение на оптичната ос между точките на изчезване на нулевия и екстремния лъч се нарича надлъжна сферична аберация.

Диаметър δ" кръгът на разсейване (диск) се определя по формулата

• 2ч 1 - диаметър на отвора на системата;
• а"- разстояние от системата до точката на изображението;
• δs"- надлъжна аберация.

За обекти, разположени в безкрайност

Чрез комбиниране на такива прости лещи, сферичната аберация може значително да се коригира.

Намаляване и фиксиране

В някои случаи малка сферична аберация от трети ред може да бъде коригирана чрез леко разфокусиране на лещата. В този случай плоскостта на изображението се измества към т.нар "самолетът на най-добрия монтаж", разположени, като правило, в средата, между пресечната точка на аксиалните и крайните лъчи и не съвпадащи с най-тясната точка на пресичане на всички лъчи на широк лъч (диск с най-малко разсейване). Това несъответствие се обяснява с разпределението на светлинната енергия в диска с най-малко разсейване, което образува максимуми на осветеност не само в центъра, но и по ръба. Тоест можем да кажем, че "дискът" е ярък пръстен с централна точка. Следователно разделителната способност на оптичната система в равнината, съвпадаща с диска с най-малко разсейване, ще бъде по-ниска, въпреки по-малкото количество на напречна сферична аберация. Пригодността на този метод зависи от големината на сферичната аберация и естеството на разпределението на осветеността в разсейващия диск.

Строго погледнато, сферичната аберация може да бъде напълно коригирана само за някои двойки тесни зони и освен това само за определени две конюгирани точки. На практика обаче корекцията може да бъде доста задоволителна дори при системи с две лещи.

Обикновено сферичната аберация се елиминира за една стойност на височината ч 0, съответстващ на ръба на зеницата на системата. В този случай най-високата стойност на остатъчната сферична аберация се очаква на височина ч e се определя по проста формула

Остатъчната сферична аберация води до факта, че изображението на точка никога няма да стане точка. Той ще остане диск, макар и много по-малък, отколкото в случай на некоригирана сферична аберация.

За да се намали остатъчната сферична аберация, често се прибягва до изчислена "корекция" на ръба на зеницата на системата, придавайки положителна стойност на сферичната аберация на ръбовата зона ( δs"> 0). В този случай лъчите пресичат зеницата на височина ч e , пресичат още по-близо до фокусната точка, а крайните лъчи, въпреки че се събират зад фокусната точка, не излизат извън границите на разсейващия диск. Така размерът на разсейващия диск намалява и яркостта му се увеличава. Тоест подобрява се както детайлността, така и контрастът на изображението. Въпреки това, поради естеството на разпределението на осветеността в разсейващия диск, лещите с "повторно коригирана" сферична аберация често имат "удвояване" на размазването извън фокуса.

В някои случаи се допуска значителна "повторна корекция". Така например ранните "Планари" на Carl Zeiss Jena имаха положителна стойност на сферична аберация ( δs"> 0), както за маргиналната, така и за средната зона на зеницата. Това решение донякъде намалява контраста при пълна бленда, но забележимо увеличава разделителната способност при малки отвори.

Бележки

Литература

• Бегунов Б. Н. Геометрична оптика, Московски държавен университет, 1966 г.
• Волосов Д.С., Фотографска оптика. М., "Изкуство", 1971 г.
• Заказнов Н. П. и др., Теория на оптичните системи, М., "Инженерство", 1992 г.
• Landsberg G.S. Optics. М., ФИЗМАТЛИТ, 2003.
• Чуриловски В. Н. Теория на оптичните устройства, Л., "Инженерство", 1966 г.
• Смит, Уорън Дж. Съвременно оптично инженерство, McGraw-Hill, 2000 г.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Физическа енциклопедия

Един от видовете аберации на оптични системи (виж Аберации на оптични системи); се проявява в несъответствието на фокусите за светлинни лъчи, преминаващи през осесиметрична оптична система (леща (виж обектив), обектив) на различни разстояния от ... Велика съветска енциклопедия

Изкривяването на изображението в оптичните системи се дължи на факта, че светлинните лъчи от точков източник, разположен на оптичната ос, не се събират в една точка с лъчите, преминали през части на системата, отдалечени от оста. * * * СФЕРИЧЕН… … енциклопедичен речник

сферична аберация- sferinė aberacija statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. сферична аберация vok. spärische Аберация, е рус. сферична аберация, fpranc. aberration de sphéricité, f; aberration phérique, f … Fizikos terminų žodynas

СФЕРИЧНА АБЕРАЦИЯ- Вижте аберация, сферична... Обяснителен речник по психология

сферична аберация- поради несъответствието на фокусите на светлинните лъчи, преминаващи на различни разстояния от оптичната ос на системата, води до изображение на точка под формата на кръг с различна осветеност. Вижте също: аберация хроматична аберация... Енциклопедичен речник по металургия

Една от аберациите на оптичните системи, дължаща се на несъответствието на фокусите за светлинни лъчи, преминаващи през осесиметрична оптична система. система (леща, обектив) на различни разстояния от оптичната ос на тази система. Изглежда, че изображението ...... Голям енциклопедичен политехнически речник

Оптично изкривяване на изображението системи поради факта, че светлинните лъчи от точков източник, разположен на опт. осите не се събират в една точка с лъчите, които са преминали през части на системата, отдалечени от оста ... Естествени науки. енциклопедичен речник

→ Аберация в астрономията

Думата аберация обозначава набор от оптични ефекти, свързани с изкривяването на обект по време на наблюдение. В тази статия ще говорим за няколко вида аберации, които са най-подходящи за астрономически наблюдения.

аберация на светлинатав астрономията това е видимото изместване на небесен обект поради крайната скорост на светлината, комбинирана с движението на наблюдавания обект и наблюдателя. Действието на аберацията води до факта, че видимата посока към обекта не съвпада едновременно с геометричната посока към него.

Ефектът е, че поради движението на Земята около Слънцето и времето, необходимо на светлината да се разпространи, наблюдателят вижда звездата на различно място от това, където се намира. Ако Земята беше неподвижна или ако светлината се разпространяваше мигновено, тогава нямаше да има светлинна аберация. Ето защо, когато определяме положението на звезда в небето с телескоп, не трябва да броим ъгъла, под който е наклонена звездата, а леко да го увеличим по посока на движението на Земята.

Ефектът на аберация не е голям. Най-голямата му стойност се постига при условие, че земята се движи перпендикулярно на посоката на лъча. В същото време отклонението на позицията на звездата е само 20,4 секунди, тъй като земята изминава само 30 км за 1 секунда от времето, а светлинен лъч - 300 000 км.

Има и няколко вида геометрична аберация. Сферична аберация- аберация на леща или леща, която се състои в това, че широк лъч монохроматична светлина, излъчвана от точка, лежаща на главната оптична ос на лещата, когато преминава през лещата, се пресича не в една, а в много точки разположени на оптичната ос на различни разстояния от лещата, което води до неясно изображение. В резултат на това такъв точков обект като звезда може да се разглежда като малка топка, като размерът на тази топка се приема за размера на звездата.

Кривина на полето на изображението- аберация, в резултат на което изображението на плосък обект, перпендикулярен на оптичната ос на лещата, лежи върху повърхност, която е вдлъбната или изпъкнала спрямо лещата. Тази аберация причинява неравномерна острота в полето на изображението. Следователно, когато центърът на изображението е рязко фокусиран, краищата на изображението ще останат извън фокус и изображението ще бъде размазано. Ако настройката на рязкостта е направена по краищата на изображението, тогава централната му част ще бъде неясна. Този вид аберация не е от съществено значение за астрономията.

И ето още няколко вида аберации:

Дифракционната аберация възниква поради дифракцията на светлината от блендата и цилиндъра на фотографски обектив. Дифракционната аберация ограничава разделителната способност на фотографския обектив. Поради тази аберация минималното ъглово разстояние между точките, разрешено от лещата, е ограничено от стойността на ламбда / D радиани, където ламбда е дължината на вълната на използваната светлина (оптичният диапазон обикновено включва електромагнитни вълни с дължина на вълната от 400 nm до 700 nm), D е диаметърът на лещата. Разглеждайки тази формула, става ясно колко важен е диаметърът на лещата. Именно този параметър е ключов за най-големите и скъпи телескопи. Също така е ясно, че телескоп, способен да вижда в рентгенови лъчи, се сравнява благоприятно с конвенционален оптичен телескоп. Факт е, че дължината на вълната на рентгеновите лъчи е 100 пъти по-малка от дължината на вълната на светлината в оптичния диапазон. Следователно за такива телескопи минималното различимо ъглово разстояние е 100 пъти по-малко, отколкото за конвенционалните оптични телескопи със същия диаметър на обектива.

Изследването на аберацията направи възможно значително подобряване на астрономическите инструменти. В съвременните телескопи ефектите от аберацията са сведени до минимум, но аберацията е тази, която ограничава възможностите на оптичните инструменти.

© 2013 уебсайт

Аберациите на фотографския обектив са последното нещо, за което един начинаещ фотограф трябва да мисли. Те абсолютно не влияят върху художествената стойност на вашите снимки и влиянието им е незначително върху техническото качество на снимките. Въпреки това, ако не знаете какво да правите с времето си, четенето на тази статия ще ви помогне да разберете разнообразието от оптични аберации и как да се справите с тях, което, разбира се, е безценно за истински фотоерудит.

Аберациите на оптична система (в нашия случай фотографски обектив) е несъвършенство на изображението, което се дължи на отклонението на светлинните лъчи от пътя, който трябва да следват в идеална (абсолютна) оптична система.

Светлината от всеки точков източник, преминаваща през идеална леща, трябва да образува безкрайно малка точка в равнината на матрицата или филма. Всъщност това, разбира се, не се случва, а точката се превръща в т.нар. странно място, но оптичните инженери, които разработват лещи, се опитват да се доближат възможно най-близо до идеала.

Има монохроматични аберации, които са еднакво присъщи на лъчите на светлината с всякаква дължина на вълната, и хроматични, в зависимост от дължината на вълната, т.е. от цвят.

Кома аберация или кома възниква, когато светлинните лъчи преминават през леща под ъгъл спрямо оптичната ос. В резултат на това изображението на точковите светлинни източници в краищата на кадъра придобива формата на асиметрични капки с капкообразна (или в тежки случаи кометоподобна) форма.

Комична аберация.

Комата може да се забележи по краищата на кадъра, когато снимате с широко отворена бленда. Тъй като блендата намалява количеството светлина, преминаващо през ръба на лещата, тя обикновено елиминира и кома аберациите.

Структурно, комата се бори почти по същия начин, както със сферичните аберации.

Астигматизъм

Астигматизмът се проявява във факта, че за наклонен (не успореден на оптичната ос на лещата) лъч светлина, лъчите, лежащи в меридионалната равнина, т.е. равнината, към която принадлежи оптичната ос, са фокусирани по различен начин от лъчите, лежащи в сагиталната равнина, която е перпендикулярна на меридионалната равнина. Това в крайна сметка води до асиметрично разтягане на петното на замъгляване. Астигматизмът се забелязва по краищата на изображението, но не и в центъра му.

Астигматизмът е труден за разбиране, затова ще се опитам да го илюстрирам с прост пример. Ако си представим, че изображението на буквата Иразположен в горната част на рамката, тогава с астигматизма на лещата ще изглежда така:

меридионален фокус.	сагитален фокус.
Когато се опитваме да постигнем компромис, завършваме с универсално неясно изображение.	Оригинално изображение без астигматизъм.

За коригиране на астигматичната разлика между меридионалните и сагиталните фокуси са необходими поне три елемента (обикновено два изпъкнали и един вдлъбнат).

Явният астигматизъм в съвременните лещи обикновено показва непаралелност на един или повече елементи, което е недвусмислен дефект.

Под кривината на полето на изображението се разбира явление, характерно за много лещи, при което рязко изображение апартаментОбектът се фокусира от лещата не върху равнина, а върху определена извита повърхност. Например, много широкоъгълни лещи имат ясно изразена кривина на полето на изображението, в резултат на което краищата на рамката са фокусирани, така да се каже, по-близо до наблюдателя, отколкото до центъра. При телеобективите кривината на полето на изображението обикновено е слабо изразена, а при макро обективите се коригира почти напълно - равнината на идеалния фокус става наистина плоска.

Кривината на полето се счита за аберация, тъй като при снимане на плосък обект (пробна маса или тухлена стена) с фокус в центъра на кадъра, краищата му неизбежно ще бъдат разфокусирани, което може да се обърка с замъгляване на обектива. Но в реалния фотографски живот рядко се сблъскваме с плоски обекти - светът около нас е триизмерен - и затова съм склонен да считам кривината на полето, присъща на широкоъгълните лещи, повече за тяхно предимство, отколкото като недостатък. Кривината на полето на изображението е това, което позволява на предния план и фона да бъдат еднакво остри едновременно. Преценете сами: центърът на повечето широкоъгълни композиции е в далечината, докато по-близо до ъглите на рамката, както и в долната част, са обектите на преден план. Кривината на полето прави и двете остри, спестявайки ни от необходимостта да затваряме блендата твърде много.

Кривината на полето позволяваше при фокусиране върху далечни дървета да се получават остри мраморни блокове и долу вляво.
Някакво замъгляване в небето и в далечните храсти вдясно не ме притесняваше много в тази сцена.

Трябва обаче да се помни, че за лещи с подчертана кривина на полето на изображението методът на автоматично фокусиране е неподходящ, при който първо фокусирате върху обект, който е най-близо до вас, с помощта на сензора за централно фокусиране и след това прекомпозирате рамката (вижте " Как да използвате автофокус"). Тъй като след това обектът ще се премести от центъра на кадъра към периферията, рискувате да получите преден фокус поради кривината на полето. За перфектен фокус ще трябва да направите подходяща настройка.

изкривяване

Изкривяването е аберация, при която обективът отказва да изобрази правите линии като прави. Геометрично това означава нарушение на приликата между обекта и неговото изображение поради промяна в линейното увеличение на зрителното поле на лещата.

Има два най-често срещани вида изкривяване: възглавница и цев.

При цевно изкривяванелинейното увеличение намалява, когато се отдалечавате от оптичната ос на лещата, което кара правите линии в краищата на рамката да се извиват навън и изображението да изглежда изпъкнало.

При възглавнично изкривяванелинейното увеличение, напротив, се увеличава с разстоянието от оптичната ос. Правите линии се извиват навътре и изображението изглежда вдлъбнато.

Освен това възниква комплексно изкривяване, когато линейното увеличение първо намалява, докато се отдалечавате от оптичната ос, но по-близо до ъглите на рамката започва да се увеличава отново. В този случай правите линии са под формата на мустаци.

Изкривяването е най-силно изразено при вариообективите, особено при голямо увеличение, но се забелязва и при обективи с фиксирано фокусно разстояние. Широкоъгълните обективи са склонни да имат цилиндърно изкривяване (обективите тип „рибешко око“ или „рибешко око“ са екстремен пример за това изкривяване), докато телеобективите са по-склонни да имат изкривяване като възглавничка. Нормалните лещи обикновено са най-малко засегнати от изкривяването, но само добрите макро обективи го коригират напълно.

Вариообективите често проявяват цилиндърно изкривяване в широкия край и изкривяване на иглата в теле края на обектива при почти без изкривяване среден фокусен диапазон.

Степента на изкривяване също може да варира в зависимост от разстоянието на фокусиране: при много обективи изкривяването е очевидно, когато се фокусира върху близък обект, но става почти невидимо, когато се фокусира на безкрайност.

В 21 век изкривяването не е голям проблем. Почти всички RAW конвертори и много графични редактори ви позволяват да коригирате изкривяването при обработка на снимки, а много съвременни фотоапарати правят това сами по време на снимане. Софтуерната корекция на изкривяването с правилния профил дава отлични резултати и почтине влияе на остротата на изображението.

Също така искам да отбележа, че на практика корекцията на изкривяването не се изисква много често, тъй като изкривяването се вижда с невъоръжено око само когато има очевидно прави линии по ръбовете на рамката (хоризонт, стени на сгради, колони). В сцени, които нямат строго праволинейни елементи по периферията, изкривяването, като правило, изобщо не наранява очите.

Хроматичната аберация

Хроматичните или цветните аберации се причиняват от дисперсията на светлината. Не е тайна, че коефициентът на пречупване на оптичната среда зависи от дължината на вълната на светлината. При късите вълни степента на пречупване е по-висока, отколкото при дългите вълни, т.е. Сините лъчи се пречупват от лещата на обектива повече от червените. В резултат на това изображенията на обект, образувани от лъчи с различни цветове, може да не съвпадат едно с друго, което води до появата на цветни артефакти, които се наричат ​​хроматични аберации.

При черно-бялата фотография хроматичните аберации не са толкова забележими, колкото при цветните, но въпреки това значително влошават остротата дори на черно-бяло изображение.

Има два основни вида хроматична аберация: позиционен хроматизъм (надлъжна хроматична аберация) и хроматизъм на увеличение (разлика в хроматичното увеличение). От своя страна всяка от хроматичните аберации може да бъде първична или вторична. Освен това хроматичните аберации включват хроматични разлики в геометричните аберации, т.е. различна тежест на монохроматичните аберации за вълни с различна дължина.

Позиционен хроматизъм

Позиционният хроматизъм или надлъжната хроматична аберация възниква, когато светлинни лъчи с различни дължини на вълната са фокусирани в различни равнини. С други думи, сините лъчи са фокусирани по-близо до задната основна равнина на лещата, а червените лъчи са фокусирани по-далеч от зелените лъчи, т.е. синьото е на преден фокус, а червеното е на заден фокус.

Позиционен хроматизъм.

За наше щастие, хроматизмът на ситуацията се научи да се коригира още през 18 век. чрез комбиниране на събирателни и дивергентни лещи, направени от стъкла с различни показатели на пречупване. В резултат на това надлъжната хроматична аберация на кремъчната (колективна) леща се компенсира от аберацията на коронната (разсейващата) леща и светлинни лъчи с различна дължина на вълната могат да бъдат фокусирани в една точка.

Корекция на позиционния хроматизъм.

Лещите, в които хроматизмът на позиция се коригира, се наричат ​​ахроматични. Почти всички съвременни лещи са ахромати, така че можете спокойно да забравите за хроматизма на позицията днес.

Увеличение на хроматизма

Хроматизмът на увеличението възниква поради факта, че линейното увеличение на лещата е различно за различните цветове. В резултат на това изображенията, образувани от лъчи с различни дължини на вълната, имат малко по-различни размери. Тъй като изображенията с различни цветове са центрирани по протежение на оптичната ос на лещата, хроматизмът на увеличението липсва в центъра на рамката, но се увеличава към краищата му.

Хроматизмът на увеличението се появява в периферията на изображението като цветни ресни около обекти с остри контрастиращи ръбове, като тъмни клони на дървета на фона на ярко небе. В области, където такива обекти липсват, цветните ивици може да не се забелязват, но общата яснота все още пада.

Когато проектирате леща, хроматизмът на увеличение е много по-труден за коригиране, отколкото хроматизмът на позицията, така че тази аберация може да се наблюдава в една или друга степен в доста лещи. Това важи особено за вариообективи с голямо увеличение, особено при широк ъгъл.

Хроматизмът на увеличението обаче не е причина за безпокойство днес, тъй като може лесно да бъде коригиран чрез софтуер. Всички добри конвертори на RAW могат да премахват автоматично хроматичната аберация. Освен това все повече цифрови фотоапарати са оборудвани с корекция на аберациите при снимане в JPEG формат. Това означава, че много обективи, които в миналото се смятаха за посредствени, сега могат да осигурят доста прилично качество на изображението с помощта на цифрови патерици.

Първични и вторични хроматични аберации

Хроматичните аберации се делят на първични и вторични.

Първичните хроматични аберации са хроматизми в оригиналната им некоригирана форма, дължащи се на различни степени на пречупване на лъчи с различни цветове. Артефактите на първичните аберации са оцветени в крайните цветове на спектъра - синьо-виолетово и червено.

При коригиране на хроматични аберации се елиминира хроматичната разлика в краищата на спектъра, т.е. сините и червените лъчи започват да се фокусират в една точка, която, за съжаление, може да не съвпада с точката на фокусиране на зелените лъчи. В този случай възниква вторичен спектър, тъй като хроматичната разлика за средата на първичния спектър (зелени лъчи) и за събраните му краища (сини и червени лъчи) остава неелиминирана. Това са вторичните аберации, чиито артефакти са оцветени в зелено и магента.

Когато говорим за хроматични аберации на съвременните ахроматични лещи, в преобладаващата част от случаите те имат предвид именно хроматизма на вторичното увеличение и само него. Апохромати, т.е. лещите, които напълно елиминират както първичните, така и вторичните хроматични аберации, са изключително трудни за производство и е малко вероятно някога да станат масово произведени.

Сферохроматизмът е единственият забележителен пример за хроматична разлика в геометричните аберации и се появява като фино оцветяване на зони извън фокус в екстремните цветове на вторичния спектър.

Сферохроматизмът възниква, защото сферичната аберация, обсъдена по-горе, рядко се коригира еднакво за лъчи с различни цветове. В резултат на това петна от размазване на преден план може да имат лека лилава граница, а на заден план - зелена. Сферохроматизмът е най-характерен за телеобективите с висока апертура при снимане с широко отворена бленда.

За какво си струва да се притеснявате?

Не си струва да се притеснявате. Всичко, за което трябва да се тревожите, най-вероятно дизайнерите на вашия обектив вече са се погрижили.

Няма идеални лещи, тъй като коригирането на някои аберации води до подобряване на други, а дизайнерът на обектива като правило се опитва да намери разумен компромис между неговите характеристики. Съвременните увеличения вече съдържат двадесет елемента и не трябва да ги усложнявате извън граница.

Всички криминални отклонения се коригират от разработчиците много успешно, а тези, които остават, лесно се разбират. Ако вашият обектив има някакви слабости (а повечето обективи имат), научете как да ги заобиколите в работата си. Сферичната аберация, комата, астигматизмът и техните хроматични разлики се намаляват, когато обективът е спрян (вижте "Избор на оптимална бленда"). Изкривяването и хроматизмът на увеличението се елиминират по време на обработката на снимките. Изкривяването на полето на изображението изисква допълнително внимание при фокусиране, но също не е фатално.

С други думи, вместо да обвинява оборудването за несъвършенства, фотографът-любител трябва по-скоро да започне да се усъвършенства, като проучи задълбочено своите инструменти и ги използва в съответствие с техните достойнства и недостатъци.

Благодаря за вниманието!

Василий А.

пост скриптум

Ако статията се оказа полезна и информативна за вас, можете любезно да подкрепите проекта, като допринесете за неговото развитие. Ако статията не ви е харесала, но имате мисли как да я подобрите, вашата критика ще бъде приета с не по-малка благодарност.

Не забравяйте, че тази статия е обект на авторско право. Препечатването и цитирането са допустими при условие, че има валидна връзка към оригиналния източник и използваният текст не трябва да бъде изкривен или модифициран по никакъв начин.

Появата на тази грешка може да се проследи с помощта на лесно достъпни експерименти. Да вземем обикновена събирателна леща 1 (например плоско-изпъкнала леща) с възможно най-голям диаметър и малко фокусно разстояние. Малък и същевременно достатъчно ярък източник на светлина може да се получи чрез пробиване на дупка в голям екран 2 с диаметър около , и фиксиране на парче матирано стъкло 3 пред него, осветено от силна лампа от кратко разстояние. Още по-добре е да концентрирате светлината от дъговата лампа върху матираното стъкло. Тази "светеща точка" трябва да бъде разположена на главната оптична ос на лещата (фиг. 228, а).

Ориз. 228. Експериментално изследване на сферичната аберация: а) леща, върху която пада широк лъч, дава размазано изображение; б) централната зона на лещата дава добро рязко изображение

С помощта на посочения обектив, върху който падат широки светлинни лъчи, не може да се получи рязко изображение на източника. Без значение как преместваме екран 4, изображението е доста размазано. Но ако падащите върху лещата лъчи се ограничат чрез поставяне на парче картон 5 пред него с малък отвор срещу централната част (фиг. 228, b), тогава изображението ще се подобри значително: възможно е да се намерят такива позиция на екрана 4, че изображението на източника върху него ще бъде достатъчно рязко. Това наблюдение е в добро съгласие с това, което знаем за изображението, получено в леща с тесни параксиални лъчи (вж. §89).

Ориз. 229. Екран с отвори за изследване на сферична аберация

Нека сега заменим картона с централен отвор с парче картон с малки отвори, разположени по диаметъра на лещата (фиг. 229). Ходът на лъчите, преминаващи през тези отвори, може да се проследи, ако въздухът зад лещата е леко опушен. Ще открием, че лъчите, преминаващи през отвори, разположени на различни разстояния от центъра на лещата, се пресичат в различни точки: колкото по-далеч от оста на лещата отива лъчът, толкова повече се пречупва и колкото по-близо до лещата е точката на пресичането му с оста.

По този начин нашите експерименти показват, че лъчите, преминаващи през отделни зони на лещата, разположени на различни разстояния от оста, дават изображения на източника, разположен на различни разстояния от лещата. При дадена позиция на екрана, различни зони на лещата ще дадат върху него: някои са по-резки, други са по-размазани изображения на източника, които ще се слеят в светъл кръг. В резултат на това обектив с голям диаметър създава изображение на точков източник не като точка, а като размазано светлинно петно.

Така че, когато използваме широки светлинни лъчи, не получаваме точково изображение, дори когато източникът е разположен на главната ос. Тази грешка в оптичните системи се нарича сферична аберация.

Ориз. 230. Поява на сферична аберация. Лъчите, излизащи от лещата на различни височини над оста, дават изображения на точка в различни точки

За прости отрицателни лещи, поради сферична аберация, фокусното разстояние на лъчите, преминаващи през централната зона на лещата, също ще бъде по-голямо, отколкото за лъчите, преминаващи през периферната зона. С други думи, успореден лъч, преминаващ през централната зона на разсейваща леща, става по-малко разминаващ се от лъч, преминаващ през външните зони. Принуждавайки светлината след събирателната леща да премине през разсейващата леща, ние увеличаваме фокусното разстояние. Това увеличение обаче ще бъде по-малко значимо за централните лъчи, отколкото за периферните лъчи (фиг. 231).

Ориз. 231. Сферична аберация: а) в събирателна леща; б) в разсейваща леща

По този начин по-голямото фокусно разстояние на събирателната леща, съответстваща на централните лъчи, ще се увеличи в по-малка степен от по-късото фокусно разстояние на периферните лъчи. Следователно разсейващата леща, поради своята сферична аберация, изравнява разликата във фокусните разстояния на централните и периферните лъчи, дължащи се на сферичната аберация на събирателната леща. Чрез правилното изчисляване на комбинацията от събирателни и разсейващи лещи можем да постигнем това подравняване толкова пълно, че сферичната аберация на системата от две лещи ще бъде практически намалена до нула (фиг. 232). Обикновено двете прости лещи са залепени заедно (фиг. 233).

Ориз. 232 Коригиране на сферична аберация чрез комбиниране на събирателни и разсейващи лещи

Ориз. 233. Свързана астрономическа леща, коригирана за сферична аберация

От казаното се вижда, че премахването на сферичната аберация се осъществява чрез комбинация от две части на системата, чиито сферични аберации взаимно се компенсират. Същото правим и при коригиране на други недостатъци на системата.

Астрономическите лещи могат да служат като пример за оптична система с елиминирана сферична аберация. Ако звездата е разположена на оста на лещата, тогава изображението й практически не се изкривява от аберация, въпреки че диаметърът на лещата може да достигне няколко десетки сантиметра.

Няма идеални неща... Няма и идеална леща - леща, способна да изгради образ на безкрайно малка точка под формата на безкрайно малка точка. Причината за това - сферична аберация.

Сферична аберация- изкривяване, произтичащо от разликата във фокусите за лъчи, преминаващи на различни разстояния от оптичната ос. За разлика от комата и астигматизма, описани по-рано, това изкривяване не е асиметрично и води до равномерно разминаване на лъчите от точков източник на светлина.

Сферичната аберация е присъща в различна степен на всички обективи, с няколко изключения (един познат ми е Era-12, неговата острота е по-ограничена от хроматизма), именно това изкривяване ограничава остротата на обектива при отворена бленда.

Схема 1 (Уикипедия). Появата на сферична аберация

Сферичната аберация има много лица - понякога се нарича благороден "софтуер", понякога нисък клас "сапун", формира в по-голяма степен бокето на обектива. Благодарение на нея Trioplan 100/2.8 е генератор на мехурчета, а New Petzval на Lomographic Society има контрол на замъгляването... Все пак, на първо място.

Как се появява сферичната аберация в изображение?

Най-очевидната проява е размиването на контурите на обекта в зоната на рязкост ("блясък на контурите", "мек ефект"), скриване на малки детайли, усещане за разфокусиране ("сапун" - в тежки случаи);

Пример за сферична аберация (софтуер) в изображение, направено с Industar-26M от FED, F/2.8

Много по-малко очевидно е проявата на сферична аберация в бокето на обектива. В зависимост от знака, степента на корекция и т.н., сферичната аберация може да образува различни кръгове на объркване.

Примерна снимка на Triplet 78 / 2.8 (F / 2.8) - замъглените кръгове имат ярка граница и ярък център - обективът има голямо количество сферична аберация

Пример за изображение на апланат KO-120M 120 / 1.8 (F / 1.8) - кръгът на объркване има леко изразена граница, но все още съществува. Обективът, съдейки по тестовете (публикувани от мен по-рано в друга статия) - сферичната аберация е малка

И като пример за обектив, чиято сферична аберация е неописуемо малка - снимка на Era-12 125/4 (F / 4). Кръгът като цяло е лишен от рамка, разпределението на яркостта е много равномерно. Това говори за отлична корекция на обектива (което наистина е вярно).

Премахване на сферична аберация

Основният метод е блендата. Отрязването на "допълнителни" лъчи ви позволява да подобрите добре остротата.

Схема 2 (Wikipedia) - намаляване на сферичната аберация с помощта на диафрагма (1 фиг.) и с помощта на дефокусиране (2 фиг.). Методът на дефокусиране обикновено не е подходящ за фотография.

Примери за снимки на света (центърът е изрязан) при различни диафрагми - 2.8, 4, 5.6 и 8, направени с помощта на обектив Industar-61 (ранен, FED).

F/2.8 - доста силен софтуер е матиран

F / 4 - софтуерът е намалял, детайлите на изображението са подобрени

F/5.6 - почти без софтуер

F / 8 - без софтуер, малките детайли са ясно видими

В графичните редактори можете да използвате функциите за заточване и премахване на замъгляването, които могат донякъде да намалят отрицателния ефект от сферичната аберация.

Понякога възниква сферична аберация поради повреда на обектива. Обикновено - нарушения на пролуките между лещите. Помага при подравняването.

Например, има подозрение, че нещо се е объркало при преизчисляването на Юпитер-9 за LZOS: в сравнение с Юпитер-9, произведен от KMZ, остротата на LZOS просто липсва поради огромна сферична аберация. Де факто - лещите се различават по абсолютно всичко, с изключение на номерата 85/2. Бялото може да бие с Canon 85/1.8 USM, а черното само с Triplet 78/2.8 и меки лещи.

Заснет на черен Юпитер-9 от 80-те, LZOS (F / 2)

Заснет на бял Юпитер-9 1959 г., KMZ (F / 2)

Връзка със сферичната аберация на фотографа

Сферичната аберация намалява остротата на картината и понякога е неприятна – изглежда, че обектът не е на фокус. Оптика с повишена сферична аберация не трябва да се използва при нормално снимане.

Сферичната аберация обаче е неразделна част от модела на лещите. Без него нямаше да има красиви меки портрети на Tair-11, луди приказни монокълни пейзажи, балонче боке на известния триоплан на Майер, "грах" на Industar-26M и "обемни" кръгове под формата на котешко око на Zeiss Planar 50 / 1,7. Не си струва да се опитвате да се отървете от сферичната аберация в лещите - струва си да се опитате да намерите приложение за това. Въпреки че, разбира се, прекомерната сферична аберация в повечето случаи не носи нищо добро.

находки

В статията анализирахме подробно ефекта на сферичната аберация върху фотографията: върху остротата, бокето, естетиката и т.н.