İdeal şeylər yoxdur... İdeal obyektiv yoxdur - sonsuz kiçik nöqtənin təsvirini sonsuz kiçik nöqtə şəklində qurmağa qadir olan obyektiv. Bunun səbəbi - sferik aberasiya .
Sferik aberasiya- optik oxdan müxtəlif məsafələrdə keçən şüalar üçün fokus fərqindən yaranan təhrif. Əvvəllər təsvir olunan komadan və astiqmatizmdən fərqli olaraq, bu təhrif asimmetrik deyil və şüaların nöqtəli işıq mənbəyindən vahid şəkildə ayrılması ilə nəticələnir.
Sferik aberasiya xasdır müxtəlif dərəcələrdə Bir neçə istisna olmaqla, bütün linzalar (mən bilirəm ki, Era-12-dir, onun kəskinliyi əsasən xromatizmlə məhdudlaşır), açıq diyaframda linzanın kəskinliyini məhdudlaşdıran bu təhrifdir.
Sxem 1 (Vikipediya). Sferik aberasiyanın görünüşü
Sferik aberrasiya bir çox üzlərə malikdir - bəzən nəcib "proqram" adlanır, bəzən - aşağı dərəcəli "sabun", o, əsasən lensin bokehini formalaşdırır. Onun sayəsində Trioplan 100/2.8 qabarcıq generatorudur və Lomoqrafiya Cəmiyyətinin Yeni Petzvalında bulanıqlığa nəzarət var... Bununla belə, ilk növbədə.
Şəkildə sferik aberasiya necə görünür?
Ən bariz təzahür kəskinlik zonasında obyektin konturlarının bulanması (“konturların parıltısı”, “yumşaq effekt”), xırda detalların gizlədilməsi, fokuslanma hissi (“sabun” - ağır hallarda);
FED-dən Industar-26M ilə çəkilmiş fotoşəkildə sferik aberasiya (proqram təminatı) nümunəsi, F/2.8
Lensin bokehində sferik aberasiyanın təzahürü daha az açıqdır. İşarədən, düzəliş dərəcəsindən və s.-dən asılı olaraq sferik aberrasiya müxtəlif qarışıqlıq dairələri yarada bilər.
Triplet 78/2.8 (F/2.8) ilə çəkilmiş bir fotoşəkil nümunəsi - qarışıqlıq dairələri parlaq haşiyəyə və işıq mərkəzinə malikdir - obyektiv böyük miqdarda sferik aberrasiyaya malikdir.
Aplanat KO-120M 120/1.8 (F/1.8) üzərində çəkilmiş fotoşəkil nümunəsi - qarışıqlıq dairəsi zəif müəyyən edilmiş sərhədə malikdir, lakin hələ də oradadır. Testlərə əsasən (başqa bir məqalədə əvvəllər mənim tərəfimdən dərc olunmuşdu), lensin aşağı sferik aberrasiya var
Və sferik aberasiyanın miqdarının inanılmaz dərəcədə kiçik olduğu bir obyektiv nümunəsi olaraq - Era-12 125/4 (F/4) üzərində çəkilmiş bir fotoşəkil. Dairənin ümumiyyətlə sərhədi yoxdur və parlaqlığın paylanması çox bərabərdir. Bu, əla lens korreksiyasını göstərir (bu, həqiqətən də doğrudur).
Sferik aberasiyanın aradan qaldırılması
Əsas üsul diyaframdır. "Əlavə" şüaların kəsilməsi kəskinliyi yaxşılaşdırmağa imkan verir.
Sxem 2 (Vikipediya) - diafraqmadan istifadə edərək sferik aberasiyanın azaldılması (1 Şəkil) və defokusun istifadəsi (2 Şəkil). Defokus üsulu adətən fotoqrafiya üçün uyğun deyil.
Dünyanın fotoşəkillərinin nümunələri (mərkəz kəsilmişdir) müxtəlif diyaframlarda - 2.8, 4, 5.6 və 8, Industar-61 obyektivindən (erkən, FED) istifadə etməklə çəkilmişdir.
F/2.8 - kifayət qədər güclü proqram örtülmüşdür
.jpg)
F/4 - proqram təminatı azaldı, təsvir detalları yaxşılaşdırıldı
.jpg)
F/5.6 - proqram təminatı praktiki olaraq yoxdur
F/8 - proqram təminatı yoxdur, kiçik detallar aydın görünür
Qrafik redaktorlarda siz kəskinləşdirmə və bulanıqlığı aradan qaldırma funksiyalarından istifadə edə bilərsiniz ki, bu da sferik aberasiyanın mənfi təsirini bir qədər azaltmağa imkan verir.
Bəzən lensin nasazlığı səbəbindən sferik aberrasiya baş verir. Adətən - linzalar arasındakı boşluqların pozulması. Tənzimləmə kömək edir.
Məsələn, Yupiter-9-u LZOS-a çevirərkən nəyinsə səhv getdiyinə dair bir şübhə var: KMZ tərəfindən istehsal olunan Yupiter-9 ilə müqayisədə, LZOS nəhəng sferik aberasiya səbəbindən sadəcə olaraq kəskinliyə malik deyil. De-fakto, linzalar 85/2 rəqəmlərindən başqa tamamilə hər şeydə fərqlənir. Ağ Canon 85/1.8 USM ilə, qara rəng isə yalnız Triplet 78/2.8 və yumşaq linzalarla mübarizə apara bilər.
80-ci illərdən qara Yupiter-9 ilə çəkilmiş şəkil, LZOS (F/2)
Ağ üzərində çəkilmiş Yupiter-9 1959, KMZ (F/2)
Fotoqrafın sferik aberrasiyaya münasibəti
Sferik aberrasiya təsvirin kəskinliyini azaldır və bəzən xoşagəlməzdir - görünür, obyekt diqqətdən kənardadır. Müntəzəm çəkilişdə artan sfrik aberrasiya ilə optikadan istifadə etməməlisiniz.
Bununla belə, sferik aberasiya linza nümunəsinin tərkib hissəsidir. Onsuz Tair-11-də gözəl yumşaq portretlər, çılğın inanılmaz monokl mənzərələri, məşhur Meyer Trioplanın qabarcıq bokehləri, Industar-26M-in "noxudları" və formada "həcmli" dairələr olmazdı. pişik gözü Zeiss Planar 50/1.7-də. Linzalarda sferik aberasiyadan qurtulmağa çalışmamalısınız - bunun üçün bir istifadə tapmağa çalışmalısınız. Əlbəttə ki, həddindən artıq sferik aberasiya əksər hallarda yaxşı bir şey gətirmir.
Nəticələr
Məqalədə sferik aberasiyanın fotoqrafiyaya təsirini ətraflı araşdırdıq: kəskinlik, bokeh, estetika və s.
Adətən optik oxda yerləşən obyektin nöqtəsindən çıxan şüalar şüası üçün nəzərdə tutulur. Bununla belə, sferik aberrasiya obyektin optik oxdan uzaq nöqtələrindən çıxan digər şüalar üçün də baş verir, lakin belə hallarda o, komponentşüaların bütün maili şüasının aberrasiyaları. Üstəlik, bu aberasiya adlansa da sferik, təkcə sferik səthlər üçün xarakterik deyil.
Sferik aberrasiya nəticəsində silindrik şüalar linza ilə sındıqdan sonra (şəkil məkanında) konus deyil, huni şəkilli bir fiqurun görünüşünü alır, xarici səth darboğaz yaxınlığında, kostik səth adlanır. Bu halda, nöqtənin təsviri qeyri-bərabər işıqlandırma paylanması olan disk formasına malikdir və kaustik əyrinin forması işıqlandırmanın paylanmasının təbiətini mühakimə etməyə imkan verir. IN ümumi hal, səpilmə fiquru, sferik aberasiyanın mövcudluğunda, giriş (və ya çıxış) göz bəbəyindəki koordinatların üçüncü dərəcəsinə mütənasib radiuslu konsentrik dairələr sistemidir.
Hesablanmış dəyərlər
Məsafə δs" optik ox boyunca sıfır və həddindən artıq şüaların itmə nöqtələri arasında deyilir uzununa sferik aberasiya.
Diametri δ" Səpilmə dairəsi (disk) düsturla müəyyən edilir
- 2h 1 - sistem çuxurunun diametri;
- a"- sistemdən təsvir nöqtəsinə qədər olan məsafə;
- δs"- uzununa aberasiya.
Sonsuzluqda yerləşən obyektlər üçün
Belə birləşən sadə linzalar, sferik aberasiya əhəmiyyətli dərəcədə düzəldilə bilər.
Azaltma və düzəliş
Bəzi hallarda, linzanın fokusunu bir qədər azaltmaqla kiçik miqdarda üçüncü dərəcəli sferik aberasiya düzəldilə bilər. Bu vəziyyətdə, görüntü müstəvisi sözdə olana keçir "təyyarə daha yaxşı quraşdırma» , bir qayda olaraq, ortada, eksenel və həddindən artıq şüaların kəsişməsi arasında yerləşir və geniş şüanın bütün şüalarının kəsişməsinin ən dar nöqtəsi ilə üst-üstə düşmür (ən az səpilmə diski). Bu uyğunsuzluq işıq enerjisinin ən az səpələnmiş diskdə paylanması ilə izah olunur, işıqlandırma maksimalları təkcə mərkəzdə deyil, həm də kənarda formalaşır. Yəni deyə bilərik ki, "disk" mərkəzi nöqtəsi olan parlaq bir üzükdür. Buna görə də, eninə sferik aberasiyanın aşağı dəyərinə baxmayaraq, ən az səpilmə diski ilə üst-üstə düşən müstəvidə optik sistemin həlli daha aşağı olacaqdır. Bu metodun uyğunluğu sferik aberasiyanın böyüklüyündən və səpilmə diskində işıqlandırmanın paylanmasının xarakterindən asılıdır.
Düzünü desək, sferik aberasiya yalnız bəzi cüt dar zonalar üçün və üstəlik, yalnız müəyyən iki birləşmə nöqtəsi üçün tamamilə düzəldilə bilər. Bununla belə, praktikada düzəliş hətta iki lensli sistemlər üçün də kifayət qədər qənaətbəxş ola bilər.
Tipik olaraq, bir hündürlük dəyəri üçün sferik aberasiya aradan qaldırılır h 0 sistemin şagirdinin kənarına uyğundur. Eyni zamanda ən yüksək dəyər hündürlükdə qalıq sferik aberasiya gözlənilir h e sadə düsturla müəyyən edilir
Qalıq sferik aberrasiya bir nöqtənin təsvirinin heç vaxt nöqtəyə çevrilməməsinə səbəb olur. Düzəliş edilməmiş sferik aberasiya vəziyyətindən daha kiçik ölçüdə olsa da, disk olaraq qalacaq.
Qalıq sferik aberasiyanı azaltmaq üçün sistemin göz bəbəyinin kənarında tez-tez hesablanmış "həddindən artıq korreksiya" istifadə olunur və kənar zonanın sferik aberasiyasına müsbət qiymət verilir ( δs"> 0). Eyni zamanda, hündürlükdə şagirdi keçən şüalar h e, fokus nöqtəsinə daha da yaxın kəsişir və kənar şüalar, fokus nöqtəsinin arxasında birləşsələr də, səpilmə diskinin hüdudlarından kənara çıxmırlar. Beləliklə, səpilmə diskinin ölçüsü azalır və parlaqlığı artır. Yəni görüntünün həm təfərrüatı, həm də kontrastı yaxşılaşır. Bununla birlikdə, səpilmə diskində işıqlandırma paylanmasının xüsusiyyətlərinə görə, "həddindən artıq düzəldilmiş" sferik aberrasiyaya malik linzalar tez-tez fokus zonasından kənarda "ikiqat" bulanıqlığa malikdir.
Bəzi hallarda əhəmiyyətli “yenidən düzəlişlərə” icazə verilir. Məsələn, Carl Zeiss Jena-dan erkən "Planars" müsbət sferik aberasiya dəyərinə malik idi ( δs"> 0), həm şagirdin kənar, həm də orta zonaları üçün. Bu həll tam diyaframda kontrastı bir qədər azaldır, lakin kiçik diyaframlarda ayırdetmə qabiliyyətini nəzərəçarpacaq dərəcədə artırır.
Qeydlər
Ədəbiyyat
- Begunov B. N. Həndəsi optika, Moskva Dövlət Universitetinin nəşriyyatı, 1966.
- Volosov D.S., Foto optika. M., “İskusstvo”, 1971.
- Zakaznov N.P. və b., Optik sistemlərin nəzəriyyəsi, M., “Maşınqayırma”, 1992.
- Landsberg G. S. Optika. M., FİZMƏTLİT, 2003.
- Churilovsky V. N. Nəzəriyyə optik alətlər, L., “Maşınqayırma”, 1966.
- Smith, Warren J. Müasir optik mühəndislik, McGraw-Hill, 2000.
Wikimedia Fondu.
2010.
Fiziki ensiklopediya Optik sistemlərin aberasiya növlərindən biri (Bax: Optik sistemlərin aberasiyaları); fərqli məsafələrdə ox simmetrik optik sistemdən (linza (Obyektiv bax), Lens) keçən işıq şüaları üçün Fokusların uyğunsuzluğunda özünü göstərir ...
Böyük Sovet Ensiklopediyası Optik sistemlərdə görüntü təhrifi, optik oxda yerləşən bir nöqtə mənbəyindən gələn işıq şüalarının sistemin oxdan uzaq hissələrindən keçən şüalarla bir nöqtədə toplanmaması ilə əlaqədardır. * * * Sferik… …
Ensiklopedik lüğət sferik aberasiya
- sferinė aberacija statusas T sritis fizika attikmenys: engl. sferik aberasiya vok. sphärische Aberration, f rus. sferik aberasiya, f pranc. aberration de spéricité, f; aberration sphérique, f … Fizikos terminų žodynas SFERİK ABERRASİYA - Bax aberrasiya, sferik... Lüğət
Ensiklopedik lüğət psixologiyada - sistemin optik oxundan müxtəlif məsafələrdə keçən işıq şüalarının ocaqlarının uyğunsuzluğundan yaranır və müxtəlif işıqlandırmalı dairə şəklində nöqtənin təsvirinə gətirib çıxarır. Həmçinin bax: Aberrasiya xromatik aberasiya...
Metallurgiya ensiklopedik lüğəti Oxsimmetrik optik lensdən keçən işıq şüaları üçün fokusların uyğunsuzluğundan yaranan optik sistemlərin aberrasiyalarından biri. sistem (linza, obyektiv) bu sistemin optik oxundan müxtəlif məsafələrdə. O, özünü onda göstərir ki, obrazın......
Böyük Ensiklopedik Politexnik Lüğət Optikdə təsvirin pozulması sistemlər, işıq şüalarının optik üzərində yerləşən nöqtə mənbəyindən olması ilə əlaqədardır sistemin oxdan uzaq hissələrindən keçən şüalarla oxlar bir nöqtədə toplaşmır...
→ Təbiət elmi. Ensiklopedik lüğətAstronomiyada aberrasiya
Aberrasiya sözü müşahidə zamanı obyektin təhrif edilməsi ilə bağlı bir çox optik effektləri ifadə edir. Bu yazıda astronomik müşahidələr üçün ən uyğun olan bir neçə aberrasiya növü haqqında danışacağıq. astronomiyada müşahidə edilən cismin və müşahidəçinin hərəkəti ilə birləşən işığın sonlu sürətinə görə göy cismin aşkar yerdəyişməsidir. Aberasiyanın təsiri ona gətirib çıxarır ki, cismə görünən istiqamət eyni zamanda ona həndəsi istiqamətlə üst-üstə düşmür.
Effekt ondan ibarətdir ki, Yerin Günəş ətrafında hərəkəti və işığın keçməsi üçün lazım olan vaxt səbəbindən müşahidəçi ulduzu olduğu yerdən fərqli bir yerdə görür. Əgər Yer hərəkətsiz olsaydı və ya işıq ani olaraq yayılsaydı, o zaman işıq aberasiyası olmazdı. Buna görə bir teleskopdan istifadə edərək bir ulduzun səmadakı mövqeyini təyin edərkən, ulduzun əyildiyi bucağı ölçməməli, Yerin hərəkət istiqamətində bir qədər artırmalıyıq.
Aberasiya effekti böyük deyil. Onun ən böyük dəyəri yerin şüanın istiqamətinə perpendikulyar hərəkət etməsi şərti ilə əldə edilir. Bu halda ulduzun mövqeyinin sapması cəmi 20,4 saniyədir, çünki yer 1 saniyədə cəmi 30 km, işıq şüası isə 300.000 km məsafə qət edir.
Bir neçə növ də var həndəsi aberasiya. Sferik aberasiya- lensin əsas optik oxunda yerləşən bir nöqtədən yayılan geniş monoxromatik işığın linzadan keçərkən bir deyil, bir çox nöqtədə kəsişməsindən ibarət olan obyektiv və ya obyektiv aberrasiyası. optik oxda yerləşir müxtəlif məsafələrdə obyektivdən, nəticədə görüntü bulanıq olur. Nəticədə ulduz kimi nöqtəli cisim bu topun ölçüsünü ulduzun ölçüsü kimi götürərək kiçik bir top kimi görünə bilər.
Şəkil sahəsinin əyriliyi- aberrasiya, bunun nəticəsində lensin optik oxuna perpendikulyar olan düz bir cismin təsviri linzaya konkav və ya qabarıq səthdə yerləşir. Bu aberasiya təsvir sahəsində qeyri-bərabər kəskinliyə səbəb olur. Beləliklə, nə vaxt mərkəzi hissəŞəkil kəskin fokuslanırsa, onun kənarları fokusdan kənarda qalacaq və təsvir bulanıq olacaq. Təsvirin kənarları boyunca kəskinliyi tənzimləsəniz, onun mərkəzi hissəsi bulanıq olacaq. Bu tip aberrasiya astronomiya üçün əhəmiyyətli deyil.
Burada daha bir neçə aberrasiya növü var:
Difraksiya aberrasiyası foto lensin diafraqma və çərçivəsinə işığın difraksiyasına görə baş verir. Difraksiya aberasiyası foto obyektivinin həlledici gücünü məhdudlaşdırır. Bu aberasiyaya görə, obyektiv tərəfindən həll edilən nöqtələr arasındakı minimum bucaq məsafəsi lambda/D radyanları ilə məhdudlaşır, burada lambda istifadə olunan işığın dalğa uzunluğudur (optik diapazon adətən belə adlandırılır). elektromaqnit dalğaları uzunluğu 400 nm-dən 700 nm-ə qədər), D lensin diametridir. Bu düstura baxdıqda linza diametrinin nə qədər vacib olduğu aydın olur. Bu parametr ən böyük və ən bahalı teleskoplar üçün əsasdır. X-şüalarında görə bilən teleskopun adi optik teleskopla müqayisə olunduğu da aydındır. Fakt budur ki, rentgen şüalarının dalğa uzunluğu optik diapazonda işığın dalğa uzunluğundan 100 dəfə azdır. Buna görə də belə teleskoplar üçün görünən minimum bucaq məsafəsi adi teleskoplardan 100 dəfə azdır. optik teleskoplar eyni lens diametri ilə.
Aberasiyanın öyrənilməsi astronomik alətləri əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirməyə imkan verdi. Müasir teleskoplarda aberasiyanın təsiri minimuma endirilir, lakin optik cihazların imkanlarını məhdudlaşdıran aberasiyadır.
1Bütün aberrasiya növləri arasında sferik aberrasiya gözün optik sistemi üçün ən əhəmiyyətli və əksər hallarda yeganə praktiki əhəmiyyət kəsb edir. ildən normal göz həmişə ən vacib olana nəzər salır hal-hazırda obyekt, sonra işıq şüalarının əyri düşməsi nəticəsində yaranan aberrasiyalar (koma, astiqmatizm) aradan qaldırılır. Sferik aberasiyanı bu şəkildə aradan qaldırmaq mümkün deyil. Gözün optik sisteminin refraktiv səthləri sferik formaya malikdirsə, sferik aberasiyanı heç bir şəkildə aradan qaldırmaq mümkün deyil. Göz bəbəyinin diametri azaldıqca onun təhrif effekti azalır, buna görə də parlaq işıqda gözün ayırdetmə qabiliyyəti zəif işıqda, göz bəbəyinin diametri və ləkənin ölçüsü artdıqda, daha yüksək olur. nöqtəli işıq mənbəyi də sferik aberasiyaya görə artır. Gözün optik sisteminin sferik aberrasiyasına effektiv təsir göstərməyin yalnız bir yolu var - refraktiv səthin formasını dəyişdirməklə. Bu imkan, prinsipcə, mövcud olduqda cərrahi korreksiya buynuz qişanın əyriliyi və optik xüsusiyyətlərini itirmiş təbii lensi, məsələn, katarakt səbəbiylə süni ilə əvəz edərkən. Süni linzalar əlçatan istənilən növ refraktiv səthlərə malik ola bilər müasir texnologiyalar formaları. Kırılma səthlərinin formasının sferik aberasiyaya təsirinin öyrənilməsi kompüter modelləşdirməsindən istifadə etməklə ən effektiv və dəqiq şəkildə həyata keçirilə bilər. Burada biz belə bir araşdırma aparmağa imkan verən kifayət qədər sadə kompüter modelləşdirmə alqoritmini, eləcə də bu alqoritmdən istifadə etməklə əldə edilən əsas nəticələri müzakirə edirik.
Müxtəlif refraktiv indeksləri olan iki şəffaf mühiti ayıran tək sferik refraktiv səthdən işıq şüasının keçidini hesablamağın ən sadə yolu. Sferik aberrasiya fenomenini nümayiş etdirmək üçün ikiölçülü yaxınlaşmada belə bir hesablama aparmaq kifayətdir. İşıq şüası əsas müstəvidə yerləşir və əsas optik oxa paralel olaraq qırılma səthinə yönəldilir. Bu şüanın qırılmadan sonrakı gedişatını dairənin tənliyi, sınma qanunu, aşkar həndəsi və triqonometrik əlaqələrlə təsvir etmək olar. Müvafiq tənliklər sisteminin həlli nəticəsində bu şüanın əsas optik ox ilə kəsişmə nöqtəsinin koordinatı üçün bir ifadə əldə edilə bilər, yəni. refraktiv səthin fokusunun koordinatları. Bu ifadə səth parametrlərini (radius), qırılma göstəricilərini və əsas optik ox ilə şüanın səthə düşmə nöqtəsi arasındakı məsafəni ehtiva edir. Fokus koordinatının optik ox ilə şüanın düşmə nöqtəsi arasındakı məsafədən asılılığı sferik aberasiyadır. Bu əlaqəni qrafik olaraq hesablamaq və təsvir etmək asandır. Şüaları əsas optik oxa doğru yönləndirən tək sferik səth üçün optik ox ilə gələn şüa arasındakı məsafə artdıqca fokus koordinatı həmişə azalır. Şüa oxdan nə qədər uzaqda sındıran səthə dəyirsə, o səthə bir o qədər yaxınlaşaraq sınmadan sonra oxu ilə kəsişir. Bu müsbət sferik aberasiyadır. Nəticədə, əsas optik oxa paralel səthə düşən şüalar təsvir müstəvisində bir nöqtədə toplanmır, lakin bu müstəvidə sonlu diametrli səpilmə nöqtəsi əmələ gətirir, bu da təsvirin kontrastının azalmasına səbəb olur, yəni. keyfiyyətinin pisləşməsinə səbəb olur. Yalnız əsas optik oxa çox yaxın səthə düşən şüalar (paraxial şüalar) bir nöqtədə kəsişir.
İki sferik səthdən əmələ gələn toplayıcı lens şüanın yoluna yerləşdirilirsə, yuxarıda təsvir edilən hesablamalardan istifadə edərək, belə bir lensin də müsbət sferik aberrasiyaya malik olduğunu göstərmək olar, yəni. əsas optik oxa paralel düşən şüalar bu oxu linzaya daha yaxın kəsişir, nəinki oxa yaxın olan şüalar. Sferik aberrasiya yalnız paraksial şüalar üçün praktiki olaraq yoxdur. Lensin hər iki səthi qabarıqdırsa (linza kimi), sferik aberrasiya lensin ikinci refraktiv səthinin konkav olmasından (buynuz qişa kimi) daha böyükdür.
Müsbət sferik aberrasiya refraktiv səthin həddindən artıq əyriliyi nəticəsində yaranır. Optik oxdan uzaqlaşdıqca, səthə toxunan ilə optik oxa perpendikulyar arasındakı bucaq sınmış şüanı paraksial fokusa yönəltmək üçün lazım olduğundan daha tez artır. Bu effekti azaltmaq üçün ondan uzaqlaşdıqca oxa perpendikulyardan səthə toxunanın sapmasını yavaşlatmaq lazımdır. Bunun üçün səthin əyriliyi optik oxdan məsafə ilə azalmalıdır, yəni. bütün nöqtələrində əyriliyin eyni olduğu səth sferik olmamalıdır. Başqa sözlə, sferik aberasiyanın azalmasına yalnız asferik refraktiv səthləri olan linzalardan istifadə etməklə nail olmaq olar. Bunlar, məsələn, ellipsoid, paraboloid və hiperboloidin səthləri ola bilər. Prinsipcə, digər səth formalarından istifadə etmək mümkündür. Elliptik, parabolik və hiperbolik formaların cəlbediciliyi yalnız ondan ibarətdir ki, onlar sferik səth kimi kifayət qədər sadə analitik düsturlarla təsvir olunur və bu səthlərlə linzaların sferik aberrasiyası yuxarıda təsvir olunan texnikadan istifadə edərək nəzəri cəhətdən olduqca asanlıqla öyrənilə bilər.
Sferik, elliptik, parabolik və hiperbolik səthlərin parametrlərini seçmək həmişə mümkündür ki, onların linzanın mərkəzində əyriliyi eyni olsun. Bu halda, paraxial şüalar üçün belə linzalar bir-birindən fərqlənməyəcək, paraksial fokusun mövqeyi bu linzalar üçün eyni olacaqdır. Ancaq əsas oxdan uzaqlaşdıqca, bu linzaların səthləri müxtəlif yollarla oxa perpendikulyardan kənara çıxacaq. Sferik səth ən sürətli, elliptik səth daha yavaş, parabolik daha yavaş və hiperbolik səth ən yavaş (bu dördündən) yayınacaq. Eyni ardıcıllıqla, bu linzaların sferik aberasiyası getdikcə nəzərəçarpacaq dərəcədə azalacaq. Hiperbolik lens üçün sferik aberrasiya hətta işarəni dəyişə bilər - mənfi olur, yəni. optik oxdan uzaqda olan linzaya düşən şüalar, optik oxa daha yaxın olan linzaya düşən şüalara nisbətən onu linzadan daha uzağa kəsəcək. Hiperbolik lens üçün hətta təmin edəcək refraktiv səthlərin parametrlərini seçə bilərsiniz tam yoxluğu sferik aberrasiya - ondan istənilən məsafədə əsas optik oxa paralel linzaya düşən bütün şüalar, refraksiyadan sonra oxun bir nöqtəsində toplanacaq - ideal lens. Bunun üçün birinci sındırma səthi düz, ikincisi isə qabarıq hiperbolik olmalıdır, onun parametrləri və sındırma göstəriciləri müəyyən əlaqələrlə əlaqələndirilməlidir.
Beləliklə, asferik səthləri olan linzalardan istifadə etməklə, sferik aberasiyanı əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq və hətta tamamilə aradan qaldırmaq olar. Kırılma qüvvəsinə (paraxial fokusun mövqeyi) və sferik aberrasiyaya ayrı-ayrılıqda təsir göstərmə ehtimalı, seçilməsi sferik aberasiyanın azalmasını təmin edə bilən iki həndəsi parametrin, iki yarımoxun fırlanma asferik səthlərinin olması ilə əlaqədardır. sındırma qüvvəsini dəyişmədən. Sferik səthin bu imkanı yoxdur; onun yalnız bir parametri var - radius və bu parametri dəyişdirməklə sferik aberasiyanı sındırma gücünü dəyişmədən dəyişmək mümkün deyil. İnqilab paraboloidi üçün də belə bir imkan yoxdur, çünki inqilab paraboloidinin də yalnız bir parametri var - fokus parametri. Beləliklə, qeyd olunan üç asferik səthdən yalnız ikisi sferik aberasiyaya idarə olunan müstəqil təsir üçün uyğundur - hiperbolik və elliptik.
Məqbul sferik aberasiyanı təmin edən parametrləri olan tək lens seçmək çətin deyil. Bəs belə bir lens gözün optik sisteminin bir hissəsi kimi sferik aberasiyanın lazımi azalmasını təmin edəcəkmi? Bu suala cavab vermək üçün işıq şüalarının iki lensdən - buynuz qişadan və lensdən keçməsini hesablamaq lazımdır. Belə bir hesablamanın nəticəsi, əvvəlki kimi, şüanın əsas optik oxu ilə kəsişmə nöqtəsinin koordinatlarının (fokus koordinatları) hadisə şüası ilə bu ox arasındakı məsafədən asılılığının qrafiki olacaqdır. Bütün dörd refraktiv səthin həndəsi parametrlərini dəyişdirərək, bu qrafikdən istifadə edərək, gözün bütün optik sisteminin sferik aberrasiyasına təsirini öyrənə və onu minimuma endirməyə çalışa bilərsiniz. Məsələn, təbii linza ilə gözün bütün optik sisteminin aberasiyasının, dörd sındırma səthinin hamısının sferik olması şərti ilə, yalnız linzanın aberasiyasından nəzərəçarpacaq dərəcədə az və aberasiyadan bir qədər böyük olduğunu asanlıqla yoxlamaq olar. tək buynuz qişadan. Göz bəbəyinin diametri 5 mm olan, oxdan ən uzaq olan şüalar, tək lens tərəfindən sındırıldıqda, bu oxu paraksial şüalardan təxminən 8% daha yaxın kəsir. Eyni göz bəbəyinin diametri ilə tək buynuz qişa tərəfindən sındıqda, uzaq şüalar üçün fokus paraxial şüalara nisbətən təxminən 3% daha yaxındır. Bu lens və bu buynuz qişa ilə gözün bütün optik sistemi uzaq şüaları paraxial şüalardan təxminən 4% daha yaxın toplayır. Deyə bilərik ki, buynuz qişa lensin sferik aberasiyasını qismən kompensasiya edir.
Həmçinin görünə bilər ki, gözün buynuz qişadan və linza kimi quraşdırılmış sıfır aberrasiyaya malik ideal hiperbolik lensdən ibarət olan optik sistemi tək buynuz qişa ilə təxminən eyni sferik aberasiya verir, yəni. Təkcə lensin sferik aberasiyasını minimuma endirmək gözün bütün optik sistemini minimuma endirmək üçün kifayət deyil.
Beləliklə, gözün bütün optik sisteminin sferik aberasiyasını yalnız linzanın həndəsəsini seçməklə minimuma endirmək üçün minimal sferik aberasiyaya malik olan lensi deyil, buynuz qişa ilə qarşılıqlı əlaqədə aberasiyanı minimuma endirən lensi seçmək lazımdır. Əgər buynuz qişanın refraktiv səthləri sferik hesab olunursa, o zaman gözün bütün optik sisteminin sferik aberasiyasını demək olar ki, tamamilə aradan qaldırmaq üçün hiperbolik refraktiv səthləri olan bir linza seçmək lazımdır ki, bu da tək bir lens kimi nəzərə çarpan bir görünüş verir. (təxminən 17% gözün maye mühitində və təxminən 12% havada) mənfi aberasiya . Gözün bütün optik sisteminin sferik aberrasiyası hər hansı bir şagird diametri üçün 0,2% -dən çox deyil. Gözün optik sisteminin sferik aberrasiyasının demək olar ki, eyni neytrallaşdırılması (təxminən 0,3% -ə qədər) hətta birinci refraktiv səthin sferik, ikincinin isə hiperbolik olduğu bir lensin köməyi ilə əldə edilə bilər.
Beləliklə, asferik, xüsusən də hiperbolik refraktiv səthləri olan süni lensin istifadəsi gözün optik sisteminin sferik aberasiyasını demək olar ki, tamamilə aradan qaldırmağa və bununla da bu sistem tərəfindən yaradılan görüntünün keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmağa imkan verir. tor qişa. Bunu kifayət qədər sadə iki ölçülü model çərçivəsində şüaların sistemdən keçməsinin kompüter simulyasiyasının nəticələri göstərir.
Gözün optik sisteminin parametrlərinin retinal təsvirin keyfiyyətinə təsiri çox sayda şüaları (bir neçə yüz şüadan bir neçə yüz minə qədər) izləyən daha mürəkkəb üçölçülü kompüter modelindən istifadə etməklə də nümayiş etdirilə bilər. şüalar) bütün həndəsi aberrasiyalara məruz qalması və sistemin mümkün qeyri-dəqiq fokuslanması nəticəsində bir mənbə nöqtəsindən çıxan və retinanın müxtəlif nöqtələrinə çatır. Bütün mənbə nöqtələrindən oraya gələn retinanın bütün nöqtələrindəki bütün şüaları toplayan belə bir model, uzadılmış mənbələrin - müxtəlif test obyektlərinin, həm rəngli, həm də qara və ağ şəkillərini əldə etməyə imkan verir. Bizim ixtiyarımızda belə bir üçölçülü kompüter modeli var və o, sferik aberasiyanın əhəmiyyətli dərəcədə azalması və bununla da səpilmənin ölçüsünü azaltması səbəbindən asferik refraktiv səthlərə malik intraokulyar linzalardan istifadə edərkən retina təsvirinin keyfiyyətinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdığını açıq şəkildə nümayiş etdirir. retinada ləkə. Prinsipcə, sferik aberasiya demək olar ki, tamamilə aradan qaldırıla bilər və görünür, səpilmə nöqtəsinin ölçüsü demək olar ki, sıfıra endirilə bilər və bununla da ideal bir görüntü əldə edilir.
Ancaq bütün həndəsi aberrasiyaların tamamilə aradan qaldırıldığını fərz etsək belə, heç bir şəkildə ideal görüntü əldə etməyin mümkün olmadığını da unutmaq olmaz. Səpilmə nöqtəsinin ölçüsünü azaltmaq üçün əsas məhdudiyyət var. Bu hədd işığın dalğa təbiəti ilə müəyyən edilir. Dalğa anlayışlarına əsaslanan difraksiya nəzəriyyəsinə uyğun olaraq, dairəvi dəlikdə işığın difraksiyasına görə təsvir müstəvisindəki işıq ləkəsinin minimum diametri onun məhsuluna mütənasibdir (mütənasiblik əmsalı 2,44 ilə). fokus uzunluğu və işığın dalğa uzunluğu və çuxurun diametrinə tərs mütənasibdir. Gözün optik sistemi üçün hesablama 4 mm şagird diametri ilə təxminən 6,5 µm səpilmə nöqtəsinin diametrini verir.
Həndəsi optika qanunları bütün şüaları bir nöqtəyə gətirsə belə, işıq nöqtəsinin diametrini difraksiya həddindən aşağı azaltmaq mümkün deyil. Difraksiya, istənilən refraktiv optik sistem, hətta ideal sistem tərəfindən təmin edilən təsvir keyfiyyətinin yaxşılaşdırılması həddini məhdudlaşdırır. Eyni zamanda, qırılmadan daha pis olmayan işığın difraksiyası, difraksiya-refraksiyalı IOL-lərdə uğurla istifadə olunan bir şəkil əldə etmək üçün istifadə edilə bilər. Amma bu başqa mövzudur.
Biblioqrafik keçid
Cherednik V.I., Treushnikov V.M. SFERİK ABERRASİYA VƏ ASFERİAL GÖZDAxili linzalar // Əsas tədqiqat. – 2007. – No 8. – S. 38-41;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3359 (giriş tarixi: 23/03/2020). “Təbiət Elmləri Akademiyası” nəşriyyatında çap olunan jurnalları diqqətinizə çatdırırıq.
Şəkil 1 Az düzəldilmiş sferik aberasiyanın təsviri. Lensin periferiyasındakı səthin fokus uzunluğu mərkəzdən daha qısadır.
Əksər fotoqrafiya linzaları sferik səthlərə malik elementlərdən ibarətdir. Belə elementlərin istehsalı nisbətən asandır, lakin onların forması təsvirin formalaşması üçün ideal deyil.
Sferik aberasiya- bu, linzanın sferik formasına görə baş verən təsvirin formalaşmasında qüsurlardan biridir. düyü. Şəkil 1 müsbət lens üçün sferik aberasiyanı göstərir.
Optik oxdan daha uzağa linzadan keçən şüalar mövqeyə fokuslanır ilə. Optik oxa yaxın keçən şüalar mövqeyə fokuslanır a, onlar linzanın səthinə daha yaxındırlar. Beləliklə, fokusun mövqeyi şüaların lensdən keçdiyi yerdən asılıdır.
Kənar fokus lensə eksenel fokusdan daha yaxındırsa, müsbət linzada olduğu kimi Şek. 1, sonra deyirlər ki, sferik aberasiya düzəldilməmiş. Əksinə, kənar fokus eksenel fokusun arxasındadırsa, sferik aberasiya deyilir yenidən düzəldilib.
Sferik aberrasiyaları olan bir obyektiv tərəfindən edilən bir nöqtənin təsviri adətən işıq halosu ilə əhatə olunmuş nöqtələrlə əldə edilir. Sferik aberrasiya adətən fotoşəkillərdə kontrastı yumşaltmaqla və incə detalları tutqunlaşdırmaqla görünür.
Sferik aberrasiya sahə boyu vahiddir, yəni lensin kənarları ilə mərkəz arasında uzununa fokus şüaların meylindən asılı deyildir.
Şəkil 1-dən görünür ki, sferik aberrasiya olan obyektivdə yaxşı kəskinliyə nail olmaq mümkün deyil. Fotohəssas elementdə (film və ya sensor) linzanın arxasında istənilən mövqedə aydın nöqtə əvəzinə bulanıqlıq diski proqnozlaşdırılacaq.
Bununla belə, ən az bulanıqlıq diskinə uyğun gələn həndəsi "ən yaxşı" fokus var. Yüngül konusların bu unikal ansamblı mövqeyində minimal en kəsiyi var b.
Fokus dəyişikliyi
Diafraqma lensin arxasında olduqda maraqlı bir hadisə baş verir. Diafraqma lensin periferiyasındakı şüaları kəsəcək şəkildə bağlanırsa, fokus sağa keçir. Çox qapalı diyafram ilə, ən yaxşı fokus mövqedə müşahidə olunacaq c, yəni diyafram qapalı və açıq olan zaman ən az bulanıq olan disklərin mövqeləri fərqli olacaq.
Qapalı diyaframda ən yaxşı kəskinliyi əldə etmək üçün matris (film) bu vəziyyətdə yerləşdirilməlidir. c. Bu nümunə aydın şəkildə göstərir ki, ən yaxşı kəskinliyin əldə edilməyəcəyi ehtimalı var, çünki əksər foto sistemləri geniş diaframa ilə işləmək üçün nəzərdə tutulub.
Fotoqraf tam açıq diyaframla fokuslanır və ən az bulanıq olan diski sensorun üzərinə proyeksiya edir. b, sonra çəkiliş zamanı diyafram avtomatik olaraq təyin edilmiş dəyərə bağlanır və o, bu anda bundan sonra baş verəcək heç bir şeydən şübhələnmir. diqqətin dəyişməsi, bu da onun ən yaxşı kəskinliyə nail olmasına mane olur.
Təbii ki, qapalı diafraqma nöqtədəki sferik aberrasiyaları da azaldır b, lakin yenə də ən yaxşı kəskinliyə malik olmayacaq.
DSLR istifadəçiləri faktiki diyaframa fokuslanmaq üçün önizləmə aperturasını bağlaya bilərlər.
Norman Qoldberq diqqətin dəyişməsi üçün avtomatik kompensasiya təklif etdi. Zeiss, dəyişən diyafram dəyərləri ilə fokus dəyişikliyini minimuma endirmək üçün xüsusi hazırlanmış dizayna malik olan Zeiss Ikon kameraları üçün məsafəölçən linzalar xəttini işə saldı. Eyni zamanda, məsafəölçən kameralar üçün linzalarda sferik aberasiyalar əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Soruşursunuz ki, məsafəölçən kamera linzaları üçün fokus dəyişikliyi nə qədər vacibdir? LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 obyektivinin istehsalçısına görə, bu dəyər təxminən 100 mikrondur.
Fokusdan kənar bulanıq model
Sferik aberrasiyaların fokusda olan təsvirə təsirini ayırd etmək çətindir, lakin fokusdan bir qədər kənarda olan təsvirdə aydın görünə bilər. Sferik aberasiya fokusdan kənar sahədə görünən iz buraxır.
1-ci şəklə qayıdaraq qeyd edə bilərik ki, sferik aberasiyanın mövcudluğunda bulanıqlıq diskində işığın intensivliyinin paylanması vahid deyil.
Vəzifədə c bulanıq disk zəif bir halo ilə əhatə olunmuş parlaq bir nüvə ilə xarakterizə olunur. Bulanıq siferblat yerində olarkən a parlaq bir işıq halqası ilə əhatə olunmuş daha qaranlıq bir nüvəyə malikdir. Belə anormal işıq paylamaları şəklin fokusdan kənar sahəsində görünə bilər.
düyü. 2 Fokus nöqtəsinin qarşısında və arxasında bulanıqlığın dəyişməsi
Şəkildəki nümunə. Şəkil 2, makro körüklü obyektivə quraşdırılmış 85/1.4 lens ilə 1:1 makro rejimində çəkilmiş çərçivənin mərkəzindəki nöqtəni göstərir. Sensor ən yaxşı fokusdan (orta nöqtə) 5 mm geridə olduqda, bulanıq siferblat parlaq zəng effekti göstərir ( sol nöqtə), oxşar bulanıq disklər menisk güzgü linzaları ilə əldə edilir.
Sensor ən yaxşı fokusdan 5 mm qabaqda olduqda (yəni lensə yaxın), bulanıqlığın xarakteri zəif halo ilə əhatə olunmuş parlaq mərkəzə doğru dəyişdi. Gördüyünüz kimi, lens sferik aberasiyanı həddindən artıq düzəldib, çünki Şəkil 1-dəki nümunənin əksinə davranır. 1.
Aşağıdakı nümunə iki aberriyanın fokusdan kənar şəkillərə təsirini göstərir.
Şəkildə. 3-də eyni 85/1.4 obyektivdən istifadə edərək çərçivənin mərkəzində çəkilmiş xaç göstərilir. Makrofur təxminən 85 mm uzadılır ki, bu da təxminən 1:1 artım verir. Kamera (matris) maksimum fokusdan hər iki istiqamətə 1 mm artımlarla köçürüldü. Xaç nöqtədən daha mürəkkəb bir şəkildir və rəng göstəriciləri onun bulanıqlığının vizual təsvirlərini təmin edir.
düyü. 3 Təsvirlərdəki rəqəmlər lensdən matrisə qədər olan məsafədəki dəyişiklikləri göstərir, bunlar millimetrdir. kamera ən yaxşı fokus mövqeyindən 1 mm artımla -4 ilə +4 mm arasında hərəkət edir (0)
Sferik aberrasiya mənfi məsafələrdə bulanıqlığın sərt təbiətindən və müsbət olanlarda yumşaq bulanıqlığa keçiddən məsuldur. Uzununa xromatik aberasiyadan (oxlu rəng) yaranan rəng effektləri də maraq doğurur. Lens zəif yığılıbsa, sferik aberasiya və eksenel rəng təsvirin mərkəzində görünən yeganə aberrasiyadır.
Çox vaxt sferik aberasiyanın gücü və bəzən təbiəti işığın dalğa uzunluğundan asılıdır. Bu vəziyyətdə sferik aberasiya və eksenel rəngin birləşmiş təsiri deyilir. Buradan aydın olur ki, Şəkildə göstərilən fenomen. Şəkil 3 göstərir ki, bu obyektiv makro obyektiv kimi istifadə olunmaq üçün nəzərdə tutulmayıb. Əksər linzalar yaxın sahədə fokuslama və sonsuz fokuslama üçün optimallaşdırılıb, lakin 1:1 makro üçün deyil. Belə bir yanaşmada adi linzalar yaxın məsafələrdə xüsusi olaraq istifadə edilən makro linzalardan daha pis davranacaq.
Bununla belə, obyektiv standart tətbiqlər üçün istifadə olunsa belə, normal çəkiliş zamanı sferokromatizm fokusdan kənar sahədə görünə və keyfiyyətə təsir edə bilər.
Nəticələr
Əlbəttə ki, Şəkildəki illüstrasiya. 1 şişirtmədir. Əslində, fotoqrafiya linzalarında qalıq sferik aberrasiyaların miqdarı azdır. Bu effekt, əks sferik aberrasiyaların cəmini kompensasiya etmək üçün linza elementlərinin birləşdirilməsi, yüksək keyfiyyətli şüşənin istifadəsi, diqqətlə hazırlanmış linza həndəsəsi və asferik elementlərin istifadəsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə azaldılır. Bundan əlavə, üzən elementlər müəyyən iş məsafələrində sferik aberrasiyaları azaltmaq üçün istifadə edilə bilər.
Az düzəldilmiş sferik aberrasiya olan linzalar vəziyyətində təsirli yoldurŞəkil keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün diyaframı bağlayın. Şəkildəki az düzəldilmiş element üçün. 1 Bulanıq disklərin diametri diyafram diametrinin kubu ilə mütənasib olaraq azalır.
Mürəkkəb lens dizaynlarında qalıq sferik aberrasiyalar üçün bu asılılıq fərqli ola bilər, lakin, bir qayda olaraq, diyaframı bir dayanacaqla bağlamaq artıq təsvirdə nəzərəçarpacaq yaxşılaşma təmin edir.
Alternativ olaraq, fotoqraf sferik aberasiya ilə mübarizə aparmaq əvəzinə, ondan qəsdən istifadə edə bilər. Zeiss yumşaldıcı filtrləri, düz səthinə baxmayaraq, təsvirə sferik aberasiyalar əlavə edir. Yumşaq effekt və təsirli görüntü əldə etmək üçün portret fotoqrafları arasında məşhurdurlar.
© Paul van Walree 2004–2015
Tərcümə: İvan Kosarekov
