1

Zo všetkých typov aberácií je sférická aberácia najvýznamnejšia a vo väčšine prípadov jediná prakticky významná pre optickú sústavu oka. Keďže normálne oko vždy upriami svoj pohľad na momentálne najdôležitejší objekt, eliminujú sa aberácie spôsobené šikmým dopadom svetelných lúčov (kóma, astigmatizmus). Týmto spôsobom nie je možné eliminovať sférickú aberáciu. Ak sú refrakčné plochy optického systému oka sférické, nie je možné sférickú aberáciu žiadnym spôsobom eliminovať. Jeho skresľujúci efekt klesá so zmenšujúcim sa priemerom zrenice, preto je pri jasnom svetle rozlíšenie oka vyššie ako pri slabom svetle, kedy sa priemer zrenice zväčšuje a veľkosť škvrny, ktorá je obrazom bodového zdroja svetla, sa tiež zvyšuje v dôsledku sférickej aberácie. Existuje len jeden spôsob, ako efektívne ovplyvniť sférickú aberáciu optického systému oka – zmeniť tvar refrakčnej plochy. Takáto možnosť v zásade existuje pri chirurgickej korekcii zakrivenia rohovky a pri výmene prirodzenej šošovky, ktorá napríklad v dôsledku sivého zákalu stratila svoje optické vlastnosti, za umelú. Umelá šošovka môže mať refrakčné povrchy akejkoľvek formy prístupné moderným technológiám. Skúmanie vplyvu tvaru refrakčných plôch na sférickú aberáciu možno najúčinnejšie a najpresnejšie vykonať pomocou počítačových simulácií. Tu uvažujeme o pomerne jednoduchom algoritme počítačovej simulácie, ktorý umožňuje vykonať takúto štúdiu, ako aj o hlavných výsledkoch získaných pomocou tohto algoritmu.

Najjednoduchším spôsobom je vypočítať prechod svetelného lúča cez jeden guľový refrakčný povrch oddeľujúci dve priehľadné médiá s rôznymi indexmi lomu. Na demonštráciu javu sférickej aberácie stačí vykonať takýto výpočet v dvojrozmernej aproximácii. Svetelný lúč je umiestnený v hlavnej rovine a smeruje k refrakčnej ploche rovnobežne s hlavnou optickou osou. Priebeh tohto lúča po lomu možno opísať pomocou kruhovej rovnice, zákona lomu a zrejmých geometrických a trigonometrických vzťahov. V dôsledku riešenia zodpovedajúcej sústavy rovníc možno získať výraz pre súradnicu priesečníka tohto lúča s hlavnou optickou osou, t.j. súradnice ohniska refrakčného povrchu. Tento výraz obsahuje parametre povrchu (polomer), indexy lomu a vzdialenosť medzi hlavnou optickou osou a bodom, kde lúč dopadá na povrch. Závislosť súradnice ohniska od vzdialenosti medzi optickou osou a bodom dopadu lúča je sférická aberácia. Táto závislosť sa dá ľahko vypočítať a graficky znázorniť. Pre jeden sférický povrch, ktorý odchyľuje lúče smerom k hlavnej optickej osi, ohnisková súradnica vždy klesá so zvyšujúcou sa vzdialenosťou medzi optickou osou a dopadajúcim lúčom. Čím ďalej od osi lúč dopadá na lámavý povrch, tým bližšie k tomuto povrchu po lomu pretína os. Ide o pozitívnu sférickú aberáciu. V dôsledku toho sa lúče dopadajúce na povrch rovnobežne s hlavnou optickou osou nezhromažďujú v jednom bode v rovine obrazu, ale vytvárajú v tejto rovine rozptylový bod konečného priemeru, čo vedie k zníženiu kontrastu obrazu, t.j. k zhoršeniu jej kvality. V jednom bode sa pretínajú len tie lúče, ktoré dopadajú na povrch veľmi blízko hlavnej optickej osi (paraxiálne lúče).

Ak sa do dráhy lúča umiestni zbiehavá šošovka tvorená dvoma sférickými plochami, potom pomocou vyššie popísaných výpočtov možno ukázať, že takáto šošovka má aj kladnú sférickú aberáciu, t.j. lúče dopadajúce rovnobežne s hlavnou optickou osou ďalej od nej pretínajú túto os bližšie k šošovke ako lúče idúce bližšie k osi. Sférická aberácia prakticky chýba tiež len pri paraxiálnych lúčoch. Ak sú oba povrchy šošovky konvexné (ako šošovka), potom je sférická aberácia väčšia, ako keď je druhý refrakčný povrch šošovky konkávny (ako rohovka).

Pozitívna sférická aberácia je spôsobená nadmerným zakrivením refrakčného povrchu. Keď sa vzďaľujete od optickej osi, uhol medzi dotyčnicou k povrchu a kolmicou na optickú os sa zväčšuje rýchlejšie, ako je potrebné na nasmerovanie lomeného lúča do paraxiálneho ohniska. Na zníženie tohto efektu je potrebné spomaliť odchýlku dotyčnice k povrchu od kolmice k osi, keď sa od nej vzďaľuje. Za týmto účelom by sa zakrivenie povrchu malo zmenšovať so vzdialenosťou od optickej osi, t.j. povrch by nemal byť sférický, pričom zakrivenie je vo všetkých bodoch rovnaké. Inými slovami, redukciu sférickej aberácie je možné dosiahnuť len použitím šošoviek s asférickými refrakčnými plochami. Môžu to byť napríklad povrchy elipsoidu, paraboloidu a hyperboloidu. V zásade je možné použiť aj iné tvary povrchu. Atraktívnosť eliptických, parabolických a hyperbolických foriem je len v tom, že sú, podobne ako sférický povrch, opísané pomerne jednoduchými analytickými vzorcami a sférickú aberáciu šošoviek s týmito povrchmi je možné pomerne ľahko teoreticky skúmať pomocou vyššie opísanej metódy. .

Vždy je možné zvoliť parametre sférických, eliptických, parabolických a hyperbolických plôch tak, aby ich zakrivenie v strede šošovky bolo rovnaké. V tomto prípade pre paraxiálne lúče budú takéto šošovky od seba nerozoznateľné, poloha paraxiálneho ohniska bude pre tieto šošovky rovnaká. Ale keď sa budete vzďaľovať od hlavnej osi, povrchy týchto šošoviek sa budú odchyľovať od kolmice k osi rôznymi spôsobmi. Sférická plocha sa bude odchyľovať najrýchlejšie, eliptická plocha najpomalšie, parabolická plocha ešte pomalšie a hyperbolická plocha najpomalšie zo všetkých (z týchto štyroch). V rovnakom poradí sa sférická aberácia týchto šošoviek bude čoraz výraznejšie znižovať. U hyperbolickej šošovky môže sférická aberácia dokonca zmeniť znamienko - stať sa negatívnou, t.j. lúče dopadajúce na šošovku ďalej od optickej osi ju budú prechádzať ďalej od šošovky ako lúče dopadajúce na šošovku bližšie k optickej osi. Pre hyperbolickú šošovku si dokonca môžete zvoliť také parametre refrakčných plôch, ktoré zaistia úplnú absenciu sférickej aberácie - všetky lúče dopadajúce na šošovku rovnobežne s hlavnou optickou osou v akejkoľvek vzdialenosti od nej, po refrakcii budú zhromaždené v jednej bod na osi - ideálna šošovka. Aby to bolo možné, musí byť prvý refrakčný povrch plochý a druhý - konvexný hyperbolický, ktorého parametre a indexy lomu musia byť spojené určitými vzťahmi.

Použitím šošoviek s asférickými povrchmi sa teda dá sférická aberácia výrazne znížiť a dokonca úplne eliminovať. Možnosť oddeleného pôsobenia na refrakčnú silu (poloha paraxiálneho ohniska) a sférickú aberáciu je spôsobená prítomnosťou dvoch geometrických parametrov, dvoch poloosí, v asférických rotačných plochách, ktorých výber môže zabezpečiť zníženie sférickej aberácie. bez zmeny refrakčnej sily. Guľový povrch takúto možnosť nemá, má len jeden parameter - polomer a zmenou tohto parametra nie je možné zmeniť sférickú aberáciu bez zmeny refrakčnej sily. Pre rotačný paraboloid tiež takáto možnosť neexistuje, keďže rotačný paraboloid má tiež len jeden parameter - ohniskový parameter. Zo spomínaných troch asférických plôch sú teda iba dve vhodné na kontrolované nezávislé pôsobenie na sférickú aberáciu – hyperbolická a eliptická.

Výber jednej šošovky s parametrami, ktoré poskytujú prijateľnú sférickú aberáciu, nie je náročný. Poskytne však takáto šošovka požadovanú redukciu sférickej aberácie ako súčasť optického systému oka? Na zodpovedanie tejto otázky je potrebné vypočítať prechod svetelných lúčov cez dve šošovky - rohovku a šošovku. Výsledkom takéhoto výpočtu bude ako doteraz graf závislosti súradnice priesečníka lúča s hlavnou optickou osou (súradnice ohniska) od vzdialenosti dopadajúceho lúča a tejto osi. Zmenou geometrických parametrov všetkých štyroch refrakčných povrchov je možné použiť tento graf na štúdium ich vplyvu na sférickú aberáciu celého optického systému oka a pokúsiť sa ju minimalizovať. Dá sa napríklad ľahko overiť, že aberácia celého optického systému oka s prirodzenou šošovkou, za predpokladu, že všetky štyri refrakčné plochy sú sférické, je zreteľne menšia ako aberácia samotnej šošovky a o niečo väčšia ako samotná aberácia rohovky. Pri priemere zrenice 5 mm pretínajú lúče najďalej od osi túto os približne o 8 % bližšie ako paraxiálne lúče, keď sú lomené samotnou šošovkou. Pri lámaní rohovkou samotnou s rovnakým priemerom zrenice je ohnisko pre vzdialené lúče asi o 3 % bližšie ako pre paraxiálne lúče. Celý optický systém oka s touto šošovkou a touto rohovkou zhromažďuje vzdialené lúče asi o 4 % bližšie ako paraxiálne lúče. Dá sa povedať, že rohovka čiastočne kompenzuje sférickú aberáciu šošovky.

Tiež je vidieť, že optický systém oka pozostávajúci z rohovky a ideálnej hyperbolickej šošovky s nulovou aberáciou, nastavenej ako šošovka, dáva sférickú aberáciu, približne rovnakú ako samotná rohovka, t.j. len minimalizácia sférickej aberácie šošovky nestačí na minimalizáciu celého optického systému oka.

Preto, aby sa minimalizovala sférická aberácia celého optického systému oka výberom geometrie samotnej šošovky, je potrebné zvoliť nie šošovku, ktorá má minimálnu sférickú aberáciu, ale takú, ktorá minimalizuje aberáciu v interakcii so šošovkou. rohovka. Ak sú refrakčné plochy rohovky považované za sférické, potom na takmer úplné odstránenie sférickej aberácie celého optického systému oka je potrebné zvoliť šošovku s hyperbolickými refrakčnými plochami, ktorá ako jediná šošovka dáva znateľná (asi 17 % v tekutom prostredí oka a asi 12 % vo vzduchu) negatívna aberácia . Sférická aberácia celého optického systému oka nepresahuje 0,2 % pri žiadnom priemere zrenice. Takmer rovnakú neutralizáciu sférickej aberácie optického systému oka (až do približne 0,3 %) je možné dosiahnuť aj pomocou šošovky, v ktorej je prvá refrakčná plocha sférická a druhá hyperbolická.

Použitie umelej šošovky s asférickými, najmä hyperbolickými refrakčnými plochami teda umožňuje takmer úplne eliminovať sférickú aberáciu optického systému oka a tým výrazne zlepšiť kvalitu obrazu vytváraného týmto systémom na sietnica. Ukazujú to výsledky počítačovej simulácie prechodu lúčov systémom v rámci celkom jednoduchého dvojrozmerného modelu.

Vplyv parametrov optického systému oka na kvalitu obrazu sietnice je možné demonštrovať aj pomocou oveľa zložitejšieho trojrozmerného počítačového modelu, ktorý sleduje veľmi veľké množstvo lúčov (od niekoľkých stoviek lúčov až po niekoľko sto tisíc lúče), ktoré opustili jeden zdrojový bod a zasiahli rôzne body.sietnica v dôsledku vystavenia všetkým geometrickým aberáciám a možnému nepresnému zaostreniu systému. Sčítaním všetkých lúčov na všetkých bodoch sietnice, ktoré tam prichádzali zo všetkých bodov zdroja, takýto model umožňuje získať obrazy rozšírených zdrojov – rôznych testovacích objektov, farebných aj čiernobielych. Takýto trojrozmerný počítačový model máme k dispozícii a jednoznačne preukazuje výrazné zlepšenie kvality obrazu sietnice pri použití vnútroočných šošoviek s asférickými refrakčnými plochami v dôsledku výrazného zníženia sférickej aberácie a tým aj zmenšenia veľkosti rozptylu. miesto na sietnici. V princípe sa dá sférická aberácia takmer úplne eliminovať a zdalo by sa, že veľkosť rozptylového bodu možno zmenšiť takmer na nulu, čím sa získa ideálny obraz.

Nemali by sme však stratiť zo zreteľa skutočnosť, že nie je možné žiadnym spôsobom získať ideálny obraz, aj keď predpokladáme, že všetky geometrické odchýlky sú úplne eliminované. Zmenšenie veľkosti rozptylového miesta má zásadný limit. Tento limit je daný vlnovou povahou svetla. Podľa vlnovej difrakčnej teórie je minimálny priemer svetelnej škvrny v obrazovej rovine v dôsledku difrakcie svetla kruhovým otvorom úmerný (s faktorom úmernosti 2,44) súčinu ohniskovej vzdialenosti a vlnovej dĺžky svetlo a nepriamo úmerné priemeru otvoru. Odhad pre optický systém oka dáva priemer rozptylovej škvrny asi 6,5 um pre priemer zrenice 4 mm.

Je nemožné zmenšiť priemer svetelnej škvrny pod hranicu difrakcie, aj keď zákony geometrickej optiky zredukujú všetky lúče do jedného bodu. Difrakcia obmedzuje zlepšenie kvality obrazu, ktoré poskytuje akýkoľvek refrakčný optický systém, dokonca aj ten ideálny. Súčasne sa na získanie obrazu môže použiť difrakcia svetla, ktorá nie je horšia ako lom, čo sa úspešne používa v difrakčne-refrakčných vnútroočných šošovkách. Ale to je už iná téma.

Bibliografický odkaz

Cherednik V.I., Treushnikov V.M. Sférická aberácia a asférické vnútroočné šošovky // Základný výskum. - 2007. - č. 8. - S. 38-41;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3359 (dátum prístupu: 23.03.2020). Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom "Academy of Natural History"

Uvažujme obraz bodu umiestneného na optickej osi danej optickou sústavou. Pretože optický systém má kruhovú symetriu okolo optickej osi, stačí sa obmedziť na výber lúčov ležiacich v rovine poludníka. Na obr. 113 znázorňuje dráhu lúča charakteristickú pre pozitívnu jedinú šošovku. pozícia

Ryža. 113. Sférická aberácia pozitívnej šošovky

Ryža. 114. Sférická aberácia pre bod mimo osi

Ideálny obraz predmetného bodu A je určený paraxiálnym lúčom, ktorý pretína optickú os vo vzdialenosti od posledného povrchu. Lúče, ktoré zvierajú koncové uhly s optickou osou, nedosahujú bod ideálneho obrazu. Pre jednu pozitívnu šošovku platí, že čím väčšia je absolútna hodnota uhla, tým bližšie k šošovke lúč pretína optickú os. Je to spôsobené nerovnakou optickou mohutnosťou šošovky v jej rôznych zónach, ktorá sa zvyšuje so vzdialenosťou od optickej osi.

Naznačené porušenie homocentricity vychádzajúceho zväzku lúčov možno charakterizovať rozdielom v pozdĺžnych segmentoch pre paraxiálne lúče a pre lúče prechádzajúce rovinou vstupnej pupily v konečných výškach: Tento rozdiel sa nazýva pozdĺžna sférická aberácia.

Prítomnosť sférickej aberácie v systéme vedie k tomu, že namiesto ostrého obrazu bodu v rovine ideálneho obrazu sa získa kruh rozptylu, ktorého priemer sa rovná dvojnásobku hodnoty. súvisí s pozdĺžnou sférickou aberáciou vzťahom

a nazýva sa priečna sférická aberácia.

Treba poznamenať, že v prípade sférickej aberácie je zachovaná symetria v lúči lúčov, ktorý opustil systém. Na rozdiel od iných monochromatických aberácií sa sférická aberácia vyskytuje vo všetkých bodoch poľa optického systému a pri absencii iných aberácií pre body mimo osi zostane lúč lúčov opúšťajúcich systém symetrický vzhľadom na hlavný lúč ( Obr. 114).

Približnú hodnotu sférickej aberácie možno určiť zo vzorcov pre aberácie tretieho rádu cez

Pre objekt nachádzajúci sa v konečnej vzdialenosti, ako vyplýva z obr. 113

V rámci platnosti teórie aberácií tretieho rádu možno vziať

Ak niečo dáme, podľa normalizačných podmienok dostaneme

Potom pomocou vzorca (253) zistíme, že priečna sférická aberácia tretieho rádu pre objektívny bod umiestnený v konečnej vzdialenosti,

V súlade s tým pre pozdĺžne sférické aberácie tretieho rádu, za predpokladu, že podľa (262) a (263), dostaneme

Vzorce (263) a (264) platia aj pre prípad objektu umiestneného v nekonečne, ak sa vypočítajú za normalizačných podmienok (256), t. j. pri skutočnej ohniskovej vzdialenosti.

V praxi aberačného výpočtu optických systémov je pri výpočte sférickej aberácie tretieho rádu vhodné použiť vzorce obsahujúce súradnicu lúča na vstupnej pupile. Potom podľa (257) a (262) dostaneme:

ak sa vypočíta za normalizačných podmienok (256).

Pre normalizačné podmienky (258), t. j. pre redukovaný systém, podľa (259) a (262) budeme mať:

Z vyššie uvedených vzorcov vyplýva, že pre danú oblasť je sférická aberácia tretieho rádu tým väčšia, čím väčšia je súradnica lúča vo vstupnej pupile.

Pretože sférická aberácia je prítomná vo všetkých bodoch poľa, pri korekcii aberácie optického systému je priorita daná korekcii sférickej aberácie. Najjednoduchší optický systém so sférickými plochami, v ktorom možno sférickú aberáciu znížiť, je kombinácia pozitívnych a negatívnych šošoviek. V pozitívnych aj negatívnych šošovkách krajné zóny lámu lúče silnejšie ako zóny umiestnené blízko osi (obr. 115). Záporná šošovka má pozitívnu sférickú aberáciu. Preto kombinácia pozitívnej šošovky s negatívnou sférickou aberáciou s negatívnou šošovkou vedie k systému s korigovanou sférickou aberáciou. Bohužiaľ, sférickú aberáciu je možné eliminovať len pri niektorých lúčoch, no nedá sa úplne korigovať v rámci celej vstupnej pupily.

Ryža. 115. Sférická aberácia negatívnej šošovky

Každý optický systém má teda vždy zvyškovú sférickú aberáciu. Zvyškové aberácie optického systému sú zvyčajne prezentované vo forme tabuliek a znázornené grafmi. Pre bod objektu umiestnený na optickej osi sú uvedené grafy pozdĺžnych a priečnych sférických aberácií prezentované ako funkcie súradníc, resp.

Krivky pozdĺžnej a zodpovedajúcej priečnej sférickej aberácie sú znázornené na obr. 116. Grafy na obr. 116a zodpovedajú optickému systému s nekorigovanou sférickou aberáciou. Ak je pre takýto systém jeho sférická aberácia určená len aberáciami tretieho rádu, potom má podľa vzorca (264) krivka pozdĺžnej sférickej aberácie tvar kvadratickej paraboly a krivka priečnej aberácie tvar kubickej parabola. Grafy na obr. 116b zodpovedajú optickému systému, v ktorom je sférická aberácia korigovaná na lúč prechádzajúci okrajom vstupnej pupily a grafy na obr. 116, c - optický systém s presmerovanou sférickou aberáciou. Korekciu alebo korekciu sférickej aberácie je možné dosiahnuť napríklad kombináciou pozitívnych a negatívnych šošoviek.

Priečna sférická aberácia charakterizuje kruh rozptylu, ktorý sa získa namiesto ideálneho obrazu bodu. Priemer kruhu rozptylu pre daný optický systém závisí od výberu roviny obrazu. Ak je táto rovina posunutá voči ideálnej rovine obrazu (Gaussovej rovine) o hodnotu (obr. 117, a), potom v posunutej rovine získame priečnu aberáciu spojenú s priečnou aberáciou v Gaussovej rovine závislosťou

Vo vzorci (266) je člen na grafe priečnej sférickej aberácie vynesený v súradniciach priamka prechádzajúca počiatkom. O

Ryža. 116. Grafické znázornenie pozdĺžnych a priečnych sférických aberácií

1. Úvod do teórie aberácií

Keď sa povie výkon objektívu, často sa o tom hovorí aberácie. „Je to vynikajúci objektív, všetky aberácie sú v ňom prakticky opravené!“ – téza, ktorú často nájdete v diskusiách či recenziách. Oveľa menej často môžete počuť diametrálne opačný názor, napríklad: „Toto je nádherný objektív, jeho zvyškové aberácie sú dobre výrazné a tvoria nezvyčajne plastický a krásny vzor“ ...

Prečo sú také rozdielne názory? Pokúsim sa odpovedať na túto otázku: aký dobrý / zlý je tento fenomén pre objektívy a pre fotografické žánre vo všeobecnosti. Najprv sa však pokúsme zistiť, aké sú aberácie fotografického objektívu. Začneme teóriou a niektorými definíciami.

Vo všeobecnom používaní termín Aberácia (lat. ab- „od“ + lat. errare „wander, err“) - ide o odchýlku od normy, chybu, nejaký druh porušenia normálnej prevádzky systému.

Aberácia objektívu- chyba alebo chyba obrazu v optickom systéme. Je to spôsobené tým, že v reálnom médiu môže dôjsť k výraznej odchýlke lúčov od smeru, ktorým idú vo vypočítanej „ideálnej“ optickej sústave.

Tým trpí všeobecne akceptovaná kvalita fotografického obrazu: nedostatočná ostrosť v strede, strata kontrastu, silné rozmazanie na okrajoch, skreslenie geometrie a priestoru, farebné halo atď.

Hlavné aberácie charakteristické pre fotografické šošovky sú nasledovné:

1. Komická aberácia.
2. Skreslenie.
3. Astigmatizmus.
4. Zakrivenie obrazového poľa.

Skôr ako sa s každým z nich bližšie zoznámime, pripomeňme si z článku, ako lúče prechádzajú šošovkou v ideálnom optickom systéme:

chorý. 1. Prechod lúčov v ideálnej optickej sústave.

Ako vidíme, všetky lúče sa zhromažďujú v jednom bode F - hlavnom ohnisku. Ale v skutočnosti sú veci oveľa komplikovanejšie. Podstatou optických aberácií je, že lúče dopadajúce na šošovku z jedného svetelného bodu sa tiež nezhromažďujú v jednom bode. Pozrime sa teda, aké odchýlky vznikajú v optickom systéme pri vystavení rôznym aberáciám.

Tu je tiež potrebné hneď poznamenať, že ako v jednoduchej šošovke, tak aj v zloženej šošovke, všetky nižšie opísané odchýlky pôsobia spoločne.

Akcia sférická aberácia je, že lúče dopadajúce na okraje šošovky sa zhromažďujú bližšie k šošovke ako lúče dopadajúce na strednú časť šošovky. Výsledkom je, že obraz bodu v rovine sa získa vo forme rozmazaného kruhu alebo disku.

chorý. 2. Sférická aberácia.

Na fotografiách sa javí efekt sférickej aberácie ako zmäkčený obraz. Obzvlášť často je efekt viditeľný pri otvorených clonách a objektívy s väčšou clonou sú náchylnejšie na túto aberáciu. Pokiaľ sú okraje ostré, tento jemný efekt môže byť veľmi užitočný pri niektorých typoch fotografie, napríklad pri portrétoch.

Obr.3. Mäkký efekt na otvorenej clone v dôsledku pôsobenia sférickej aberácie.

V šošovkách vyrobených výlučne zo sférických šošoviek je takmer nemožné úplne eliminovať tento typ aberácie. V objektívoch so super clonou je jediným účinným spôsobom jej výraznej kompenzácie použitie asférických prvkov v optickej konštrukcii.

3. Aberácia v kóme alebo "Kóma"

Toto je zvláštny typ sférickej aberácie pre bočné lúče. Jeho pôsobenie spočíva v tom, že lúče prichádzajúce pod uhlom k optickej osi sa nezhromažďujú v jednom bode. V tomto prípade sa obraz svetelného bodu na okrajoch rámu získa vo forme „lietajúcej kométy“ a nie vo forme bodu. Kóma môže tiež spôsobiť prefúknutie oblastí obrazu v zóne rozmazania.

chorý. 4. Kóma.

chorý. 5. Kóma na fotografii

Je to priamy dôsledok rozptylu svetla. Jeho podstata spočíva v tom, že lúč bieleho svetla, ktorý prechádza šošovkou, sa rozkladá na farebné lúče, z ktorých pozostáva. Krátkovlnné lúče (modré, fialové) sa v šošovke lámu silnejšie a zbiehajú sa bližšie k nej ako lúče s dlhým ohniskom (oranžová, červená).

chorý. 6. Chromatická aberácia. Ф - ohnisko fialových lúčov. K - ohnisko červených lúčov.

Tu, ako v prípade sférickej aberácie, sa obraz svetelného bodu v rovine získa vo forme rozmazaného kruhu / disku.

Na fotografiách sa chromatická aberácia javí ako duchovia a farebné obrysy na objektoch. Vplyv aberácie je badateľný najmä pri kontrastných objektoch. V súčasnosti sa XA pomerne ľahko koriguje v konvertoroch RAW, ak sa fotilo do formátu RAW.

chorý. 7. Príklad prejavu chromatickej aberácie.

5. Skreslenie

Skreslenie sa prejavuje zakrivením a skreslením geometrie fotografie. Tie. mierka obrazu sa mení so vzdialenosťou od stredu poľa k okrajom, v dôsledku čoho sú rovné čiary zakrivené smerom k stredu alebo k okrajom.

Rozlišovať súdkovitého tvaru alebo negatívne(najtypickejšie pre široký uhol) a v tvare vankúša alebo pozitívne skreslenie (častejšie sa prejavuje pri dlhom ohnisku).

chorý. 8. Poduškovité a súdkovité skreslenie

Skreslenie je zvyčajne oveľa výraznejšie pri objektívoch so zoomom ako pri objektívoch s ohniskovou vzdialenosťou. Niektoré veľkolepé šošovky, ako napríklad rybie oko, zámerne nekorigujú a dokonca zdôrazňujú skreslenie.

chorý. 9. Výrazné súdkovité skreslenie šošovkyZenitar 16mmrybie oko.

V moderných šošovkách, vrátane tých s premenlivou ohniskovou vzdialenosťou, je skreslenie celkom efektívne korigované zavedením asférickej šošovky (alebo niekoľkých šošoviek) do optickej schémy.

6. Astigmatizmus

Astigmatizmus(z gréckeho Stigma - bod) sa vyznačuje nemožnosťou získať obrazy svietiaceho bodu na okrajoch poľa vo forme bodu a dokonca aj vo forme disku. V tomto prípade sa svetelný bod umiestnený na hlavnej optickej osi prenáša ako bod, ale ak je bod mimo tejto osi - ako zatemnenie, prekrížené čiary atď.

Tento jav je najčastejšie pozorovaný na okrajoch obrazu.

chorý. 10. Prejav astigmatizmu

7. Zakrivenie obrazového poľa

Zakrivenie obrazového poľa- ide o aberáciu, v dôsledku ktorej leží obraz plochého predmetu kolmého na optickú os šošovky na ploche, ktorá je k šošovke konkávna alebo konvexná. Táto aberácia spôsobuje nerovnomernú ostrosť v celom obrazovom poli. Keď je stred obrázka ostro zaostrený, okraje obrázka budú rozostrené a nebudú sa zdať ostré. Ak je nastavenie ostrosti vykonané pozdĺž okrajov obrázka, jeho stredná časť bude neostrá.

a astigmatizmus). Rozlišujte sférickú aberáciu tretieho, piateho a vyššieho rádu.

Encyklopedický YouTube

• 1 / 5

  Vzdialenosť δs" pozdĺž optickej osi medzi úbežníkmi nulových a extrémnych lúčov je tzv pozdĺžna sférická aberácia.

  Priemer δ" rozptylový kruh (disk) je určený vzorcom

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

  • 2h 1 - priemer otvoru systému;
  • a"- vzdialenosť od systému k bodu obrazu;
  • δs"- pozdĺžna aberácia.

  Pre objekty nachádzajúce sa v nekonečne

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

  Na vytvorenie charakteristickej krivky pozdĺžnej sférickej aberácie pozdĺž osi  abscisa sa vynesie pozdĺžna sférická aberácia δs", a pozdĺž  ordinátnej osi - výšky lúčov pri vstupnej zrenici h. Na vytvorenie podobnej krivky pre priečnu aberáciu sa tangenty uhlov apertúry v priestore obrazu vynesú pozdĺž osi x a polomery kružníc rozptylu sa vynesú pozdĺž osi y. δg"

  Kombináciou takýchto jednoduchých šošoviek sa dá výrazne korigovať sférická aberácia.

  Zmenšenie a oprava

  V niektorých prípadoch je možné malé množstvo sférickej aberácie tretieho rádu korigovať miernym rozostrením šošovky. V tomto prípade sa obrazová rovina posunie do tzv "rovina najlepšej inštalácie", ktorý sa spravidla nachádza v strede medzi priesečníkom axiálnych a extrémnych lúčov a nezhoduje sa s najužším bodom priesečníka všetkých lúčov širokého lúča (disk najmenšieho rozptylu). Tento nesúlad sa vysvetľuje rozložením svetelnej energie v disku s najmenším rozptylom, ktorý tvorí maximá osvetlenia nielen v strede, ale aj na okraji. To znamená, že môžeme povedať, že „disk“ je jasný prsteň so stredovou bodkou. Preto bude rozlíšenie optického systému v rovine zhodnej s diskom najmenšieho rozptylu nižšie, napriek menšiemu množstvu priečnej sférickej aberácie. Vhodnosť tejto metódy závisí od veľkosti sférickej aberácie a charakteru rozloženia osvetlenia v rozptylovom kotúči.

  Sférická aberácia je celkom úspešne korigovaná kombináciou pozitívnych a negatívnych šošoviek. Navyše, ak šošovky nie sú zlepené, potom okrem zakrivenia povrchov komponentov ovplyvní veľkosť sférickej aberácie aj veľkosť vzduchovej medzery (aj keď povrchy obmedzujúce túto vzduchovú medzeru majú rovnaké zakrivenie ). Pri tomto spôsobe korekcie sa spravidla korigujú aj chromatické aberácie.

  Presne povedané, sférickú aberáciu je možné úplne korigovať len pre pár úzkych zón a navyše len pre určité dva konjugované body. V praxi však môže byť korekcia celkom uspokojivá aj pre systémy s dvoma šošovkami.

  Zvyčajne sa sférická aberácia eliminuje pre jednu hodnotu výšky h 0 zodpovedajúca okraju zrenice sústavy. V tomto prípade sa očakáva najvyššia hodnota zvyškovej sférickej aberácie vo výške h e určené jednoduchým vzorcom
  h e h 0 = 0,707 (\displaystyle (\frac (h_(e))(h_(0)))=(0,707))

  Aberácia je nejednoznačný pojem, ktorý sa používa v rôznych oblastiach poznania: astronómia, optika, biológia, fotografia, medicína a iné. Čo sú aberácie a aké typy aberácií existujú, sa bude diskutovať v tomto článku.

  Význam termínu

  Slovo „aberácia“ pochádza z latinského jazyka a doslovne sa prekladá ako „odchýlka, skreslenie, odstránenie“. Aberácia je teda jav odchýlky od určitej hodnoty.

  V akých vedeckých oblastiach možno pozorovať fenomén aberácie?

  Aberácia v astronómii

  V astronómii sa používa pojem aberácie svetla. Chápe sa ako vizuálne posunutie nebeského telesa alebo objektu. Je to spôsobené rýchlosťou šírenia svetla vzhľadom na pozorovaný objekt a pozorovateľa. Inými slovami, pohybujúci sa pozorovateľ vidí objekt na inom mieste, ako by ho pozoroval, pričom je v pokoji. Je to spôsobené tým, že naša planéta je v neustálom pohybe, takže stav odpočinku pozorovateľa je fyzicky nemožný.

  Keďže fenomén aberácie je spôsobený pohybom Zeme, rozlišujú sa dva typy:

  • denná aberácia: odchýlka je spôsobená dennou rotáciou Zeme okolo svojej osi;
  • ročná odchýlka: v dôsledku otáčania planéty okolo Slnka.

  Tento jav bol objavený v roku 1727 a odvtedy veľa vedcov venovalo pozornosť aberácii svetla: Thomas Young, Airy, Einstein a ďalší.

  Aberácia optického systému

  Optický systém je súbor optických prvkov, ktoré premieňajú svetelné lúče. Najdôležitejším ľudským systémom tohto druhu je oko. Takéto systémy sa tiež používajú na navrhovanie optických zariadení - kamier, ďalekohľadov, mikroskopov, projektorov atď.

  Optické aberácie sú rôzne skreslenia obrazu v optických systémoch, ktoré ovplyvňujú konečný výsledok.

  Keď sa objekt vzďaľuje od takzvanej optickej osi, dochádza k rozptylu lúčov, výsledný obraz je rozmazaný, neostrý, rozmazaný alebo má inú farbu ako originál. Toto je aberácia. Pri určovaní stupňa aberácie je možné na jeho výpočet použiť špeciálne vzorce.

  Aberácia objektívu sa delí na niekoľko typov.

  monochromatické aberácie

  V dokonalom optickom systéme je lúč z každého bodu objektu na výstupe tiež sústredený v jednom bode. V praxi je tento výsledok nemožné dosiahnuť: lúč, ktorý sa dostane na povrch, je sústredený v rôznych bodoch. Práve tento jav aberácie spôsobuje neostrosť výsledného obrazu. Tieto skreslenia sú prítomné v akomkoľvek skutočnom optickom systéme a nie je možné sa ich zbaviť.

  Chromatická aberácia

  Tento typ aberácie je spôsobený fenoménom disperzie - rozptylu svetla. Rôzne farby spektra majú rôzne rýchlosti šírenia a stupne lomu. Ohnisková vzdialenosť je teda pre každú farbu iná. To vedie k tomu, že sa na obrázku objavia farebné kontúry alebo rôzne farebné oblasti.

  

  Fenomén chromatickej aberácie je možné redukovať použitím špeciálnych achromatických šošoviek v optických prístrojoch.

  Sférická aberácia

  Ideálny lúč svetla, v ktorom všetky lúče prechádzajú iba jedným bodom, sa nazýva homocentrický.

  S fenoménom sférickej aberácie prestávajú byť lúče svetla prechádzajúce v rôznych vzdialenostiach od optickej osi homocentrické. K tomuto javu dochádza aj vtedy, keď je počiatok priamo na optickej osi. Hoci sú lúče symetrické, vzdialené lúče sa silnejšie lámu a koncový bod získava nerovnomerné osvetlenie.

  

  Fenomén sférickej aberácie možno obmedziť použitím šošovky so zväčšeným polomerom povrchu.

  skreslenie

  Fenomén skreslenia (zakrivenia) sa prejavuje v nesúlade medzi tvarom pôvodného predmetu a jeho obrazom. V dôsledku toho sa na obrázku objavia skreslené obrysy objektu. môže byť dvoch typov: konkávnosť obrysov alebo ich konvexnosť. Pri fenoméne kombinovaného skreslenia môže mať obraz komplexný charakter skreslenia. Tento typ aberácie je spôsobený vzdialenosťou medzi optickou osou a zdrojom.

  Fenomén skreslenia je možné korigovať špeciálnym výberom šošoviek v optickom systéme. Na opravu fotografií je možné použiť grafické editory.

  

  Kóma

  Ak svetelný lúč prechádza pod uhlom vzhľadom na optickú os, potom sa pozoruje jav kómy. Obraz bodu má v tomto prípade podobu rozptýlenej škvrny pripomínajúcej kométu, čo vysvetľuje názov tohto typu aberácie. Pri fotografovaní sa pri fotení na otvorenú clonu často objavuje kóma.

  Tento jav je možné korigovať, podobne ako v prípade sférických aberácií alebo skreslení, výberom šošoviek, ako aj clonovaním – zmenšením prierezu svetelného lúča pomocou clon.

  Astigmatizmus

  Pri tomto type aberácie môže mať bod, ktorý neleží na optickej osi, podobu oválu alebo čiary na obrázku. Táto aberácia je spôsobená rôznym zakrivením optického povrchu.

  Tento jav je korigovaný výberom špeciálneho zakrivenia povrchu a hrúbky šošovky.

  Toto sú hlavné aberácie charakteristické pre optické systémy.

  Chromozómové aberácie

  Tento typ aberácie sa prejavuje mutáciami, prestavbami v štruktúre chromozómov.

  Chromozóm je štruktúra v jadre bunky zodpovedná za prenos dedičnej informácie.

  Chromozómové aberácie sa zvyčajne vyskytujú počas delenia buniek. Sú intrachromozomálne a interchromozomálne.

  Typy aberácií:

  
  

  Príčiny chromozomálnych aberácií sú nasledovné:

  • vystavenie patogénnym mikroorganizmom - baktériám a vírusom, ktoré prenikajú do štruktúry DNA;
  • fyzikálne faktory: žiarenie, ultrafialové žiarenie, extrémne teploty, tlak, elektromagnetické žiarenie atď.;
  • chemické zlúčeniny umelého pôvodu: rozpúšťadlá, pesticídy, soli ťažkých kovov, oxid dusnatý atď.

  Chromozomálne aberácie vedú k vážnym zdravotným následkom. Choroby, ktoré spôsobujú, sú zvyčajne pomenované podľa špecialistov, ktorí ich opísali: Downov syndróm, Shershevsky-Turnerov syndróm, Edwardsov syndróm, Klinefelterov syndróm, Wolffov-Hirshhornov syndróm a iné.

  Choroby vyvolané týmto typom aberácie najčastejšie ovplyvňujú duševnú aktivitu, štruktúru kostry, kardiovaskulárny, tráviaci a nervový systém a reprodukčnú funkciu tela.

  Pravdepodobnosť týchto ochorení nie je vždy predvídateľná. Napriek tomu je už v štádiu perinatálneho vývoja dieťaťa pomocou špeciálnych štúdií možné vidieť existujúce patológie.

  Aberácia v entomológii

  Entomológia je odbor zoológie, ktorý študuje hmyz.

  Tento typ aberácie sa objavuje spontánne. Zvyčajne sa prejavuje v miernej zmene štruktúry tela alebo farby hmyzu. Najčastejšie sa aberácia pozoruje u Lepidoptera a Coleoptera.

  Príčiny jeho výskytu sú vplyv chromozomálnych alebo fyzikálnych faktorov na hmyz v štádiu predchádzajúcemu dospelému (dospelému).

  

  Aberácia je teda fenomén odchýlky, skreslenia. Tento pojem sa objavuje v mnohých vedeckých oblastiach. Najčastejšie sa používa vo vzťahu k optickým systémom, medicíne, astronómii a zoológii.