Walang perpektong bagay... Walang perpektong lens - isang lens na may kakayahang bumuo ng isang imahe ng isang infinitesimal point sa anyo ng isang infinitesimal point. Ang dahilan nito ay - spherical aberration .
Spherical aberration- distortion na nagmumula dahil sa pagkakaiba sa focus para sa mga ray na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa optical axis. Hindi tulad ng naunang inilarawan na coma at astigmatism, ang pagbaluktot na ito ay hindi asymmetrical at nagreresulta sa isang pare-parehong pagkakaiba-iba ng mga sinag mula sa isang point light source.
Ang spherical aberration ay likas sa iba't ibang antas Ang lahat ng mga lente, na may ilang mga pagbubukod (isang alam ko ay Era-12, ang talas nito ay higit na limitado sa pamamagitan ng chromaticism), ito ang pagbaluktot na naglilimita sa talas ng lens sa isang bukas na siwang.
Scheme 1 (Wikipedia). Ang hitsura ng spherical aberration
Ang spherical aberration ay may maraming mga mukha - kung minsan ito ay tinatawag na marangal na "software", kung minsan - mababang uri na "sabon", ito ay higit na hinuhubog ang bokeh ng lens. Salamat sa kanya, ang Trioplan 100/2.8 ay isang bubble generator, at ang New Petzval ng Lomographic Society ay may kontrol sa blur... Gayunpaman, una sa lahat.
Paano lumilitaw ang spherical aberration sa isang imahe?
Ang pinaka-halata na pagpapakita ay ang paglabo ng mga contour ng isang bagay sa sharpness zone ("glow of contours", "soft effect"), pagtatago ng maliliit na detalye, isang pakiramdam ng defocusing ("sabon" - sa mga malubhang kaso);
Isang halimbawa ng spherical aberration (software) sa isang imahe na kinunan sa isang Industar-26M mula sa FED, F/2.8
Hindi gaanong halata ang pagpapakita ng spherical aberration sa bokeh ng lens. Depende sa tanda, antas ng pagwawasto, atbp., ang spherical aberration ay maaaring bumuo ng iba't ibang mga bilog ng pagkalito.
Isang halimbawa ng litratong kinunan gamit ang Triplet 78/2.8 (F/2.8) - ang mga bilog ng kalituhan ay may maliwanag na hangganan at may liwanag na sentro - ang lens ay may malaking halaga ng spherical aberration
Isang halimbawa ng isang larawan na kinunan sa aplanat KO-120M 120/1.8 (F/1.8) - ang bilog ng pagkalito ay may mahinang tinukoy na hangganan, ngunit naroroon pa rin. Sa paghusga sa pamamagitan ng mga pagsubok (nai-publish ko nang mas maaga sa isa pang artikulo), ang lens ay may maliit na spherical aberration
At, bilang isang halimbawa ng isang lens kung saan ang halaga ng spherical aberration ay hindi kapani-paniwalang maliit - isang larawan na kinunan sa Era-12 125/4 (F/4). Ang bilog ay walang hangganan, at ang pamamahagi ng liwanag ay napakapantay. Ito ay nagpapahiwatig ng mahusay na pagwawasto ng lens (na talagang totoo).
Pag-aalis ng spherical aberration
Ang pangunahing paraan ay siwang. Ang pagputol ng mga "dagdag" na beam ay nagbibigay-daan sa iyo upang mapabuti ang sharpness ng mabuti.
Scheme 2 (Wikipedia) - pagbabawas ng spherical aberration gamit ang diaphragm (1 fig.) at paggamit ng defocusing (2 fig.). Ang paraan ng defocus ay karaniwang hindi angkop para sa pagkuha ng litrato.
Mga halimbawa ng mga larawan ng mundo (pinutol ang gitna) sa iba't ibang siwang - 2.8, 4, 5.6 at 8, na kinunan gamit ang Industar-61 lens (maaga, FED).
F/2.8 - medyo malakas na software na nakakubli
.jpg)
F/4 - nabawasan ang software, napabuti ang detalye ng larawan
.jpg)
F/5.6 - halos wala ang software
F/8 - walang software, malinaw na nakikita ang maliliit na detalye
Sa mga graphic editor, maaari kang gumamit ng mga pagpapatalas at pag-alis ng blur na mga function, na nagbibigay-daan sa iyong bahagyang bawasan ang negatibong epekto ng spherical aberration.
Minsan nangyayari ang spherical aberration dahil sa malfunction ng lens. Karaniwan - mga paglabag sa mga puwang sa pagitan ng mga lente. Nakakatulong ang pagsasaayos.
Halimbawa, may hinala na may nangyaring mali sa pag-convert ng Jupiter-9 sa LZOS: kung ihahambing sa Jupiter-9 na ginawa ng KMZ, kulang lang sa sharpness ang LZOS dahil sa malaking spherical aberration. Sa katunayan, ang mga lente ay naiiba sa ganap na lahat maliban sa mga numerong 85/2. Maaaring lumaban ang puti gamit ang Canon 85/1.8 USM, at ang itim ay maaari lamang lumaban gamit ang Triplet 78/2.8 at soft lens.
Larawang kinunan gamit ang itim na Jupiter-9 mula sa 80s, LZOS (F/2)
Kinunan sa puting Jupiter-9 1959, KMZ (F/2)
Ang saloobin ng photographer sa spherical aberration
Binabawasan ng spherical aberration ang sharpness ng imahe at minsan ay hindi kanais-nais - tila wala sa focus ang object. Hindi ka dapat gumamit ng mga optika na may tumaas na aberasyon ng sphric sa normal na pagbaril.
Gayunpaman, ang spherical aberration ay isang mahalagang bahagi ng pattern ng lens. Kung wala ito, walang magagandang malalambot na portrait sa Tair-11, nakakabaliw na kamangha-manghang monocle landscape, bubble bokeh ng sikat na Meyer Trioplan, "peas" ng Industar-26M at "voluminous" na bilog sa anyo. mata ng pusa sa Zeiss Planar 50/1.7. Hindi mo dapat subukang alisin ang spherical aberration sa mga lente - dapat mong subukang maghanap ng gamit para dito. Bagaman, siyempre, ang labis na spherical aberration sa karamihan ng mga kaso ay hindi nagdudulot ng anumang mabuti.
mga konklusyon
Sa artikulo, sinuri namin nang detalyado ang impluwensya ng spherical aberration sa photography: sa sharpness, bokeh, aesthetics, atbp.
Karaniwan itong isinasaalang-alang para sa isang sinag ng mga sinag na umuusbong mula sa isang punto sa isang bagay na matatagpuan sa optical axis. Gayunpaman, nangyayari rin ang spherical aberration para sa iba pang mga sinag ng mga sinag na umuusbong mula sa mga punto ng bagay na malayo sa optical axis, ngunit sa mga ganitong kaso ito ay itinuturing bilang sangkap aberrations ng buong inclined beam of rays. Bukod dito, kahit na ang aberasyong ito ay tinatawag spherical, ito ay katangian hindi lamang ng mga spherical na ibabaw.
Bilang resulta ng spherical aberration, ang isang cylindrical beam ng mga sinag, pagkatapos ng repraksyon ng isang lens (sa espasyo ng imahe), ay nagmumukha hindi ng isang kono, ngunit ng ilang hugis ng funnel, panlabas na ibabaw na, malapit sa bottleneck, ay tinatawag na caustic surface. Sa kasong ito, ang imahe ng punto ay may anyo ng isang disk na may hindi pantay na pamamahagi ng pag-iilaw, at ang hugis ng caustic curve ay nagpapahintulot sa isa na hatulan ang likas na katangian ng pamamahagi ng pag-iilaw. SA pangkalahatang kaso, ang scattering figure, sa pagkakaroon ng spherical aberration, ay isang sistema ng concentric circles na may radii na proporsyonal sa ikatlong kapangyarihan ng mga coordinate sa entrance (o exit) pupil.
Mga kinakalkula na halaga
Distansya δs" kasama ang optical axis sa pagitan ng mga nawawalang punto ng zero at matinding ray ay tinatawag longitudinal spherical aberration.
diameter δ" Ang scattering circle (disk) ay tinutukoy ng formula
- 2h 1 - diameter ng butas ng system;
- a"- distansya mula sa system hanggang sa punto ng imahe;
- δs"- longitudinal aberration.
Para sa mga bagay na matatagpuan sa infinity
Pagsasama-sama ng ganyan mga simpleng lente, ang spherical aberration ay maaaring maitama nang malaki.
Pagbawas at pagwawasto
Sa ilang mga kaso, ang isang maliit na halaga ng third-order spherical aberration ay maaaring itama sa pamamagitan ng bahagyang pag-defocus sa lens. Sa kasong ito, ang eroplano ng imahe ay lumilipat sa tinatawag na "eroplano mas mahusay na pag-install» , na matatagpuan, bilang panuntunan, sa gitna, sa pagitan ng intersection ng axial at extreme ray, at hindi tumutugma sa pinakamaliit na punto ng intersection ng lahat ng mga ray ng isang malawak na sinag (disk ng hindi bababa sa scattering). Ang pagkakaibang ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pamamahagi ng liwanag na enerhiya sa disk ng hindi bababa sa scattering, na bumubuo ng illumination maxima hindi lamang sa gitna, kundi pati na rin sa gilid. Iyon ay, maaari nating sabihin na ang "disk" ay isang maliwanag na singsing na may gitnang punto. Samakatuwid, ang resolution ng optical system sa eroplano na tumutugma sa disk ng hindi bababa sa scattering ay magiging mas mababa, sa kabila ng mas mababang halaga ng transverse spherical aberration. Ang pagiging angkop ng pamamaraang ito ay nakasalalay sa laki ng spherical aberration at ang likas na katangian ng pamamahagi ng pag-iilaw sa scattering disk.
Sa mahigpit na pagsasalita, ang spherical aberration ay maaaring ganap na itama para lamang sa ilang pares ng makitid na zone, at, bukod dito, para lamang sa ilang partikular na dalawang conjugate point. Gayunpaman, sa pagsasanay ang pagwawasto ay maaaring maging lubos na kasiya-siya kahit na para sa dalawang-lens na sistema.
Karaniwan, inaalis ang spherical aberration para sa isang halaga ng taas h 0 na naaayon sa gilid ng mag-aaral ng system. Kung saan pinakamataas na halaga ang natitirang spherical aberration ay inaasahan sa altitude h e tinutukoy ng isang simpleng formula
Ang natitirang spherical aberration ay humahantong sa katotohanan na ang imahe ng isang punto ay hindi kailanman nagiging isang punto. Ito ay mananatiling isang disk, kahit na may mas maliit na sukat kaysa sa kaso ng hindi naitama na spherical aberration.
Upang mabawasan ang natitirang spherical aberration, ang isang kinakalkula na "overcorrection" ay kadalasang ginagamit sa gilid ng pupil ng system, na nagbibigay sa gilid ng spherical aberration ng positibong halaga ( δs"> 0). Kasabay nito, ang mga sinag na tumatawid sa mag-aaral sa taas h e, bumalandra kahit na mas malapit sa focal point, at ang mga ray ng gilid, kahit na sila ay nagtatagpo sa likod ng focal point, huwag lumampas sa mga hangganan ng scattering disk. Kaya, ang laki ng scattering disk ay bumababa at ang liwanag nito ay tumataas. Iyon ay, parehong nagpapabuti ang detalye at kaibahan ng larawan. Gayunpaman, dahil sa mga kakaiba ng pamamahagi ng pag-iilaw sa scattering disk, ang mga lente na may "overcorrected" na spherical aberration ay kadalasang may "double" na blur sa labas ng focus area.
Sa ilang mga kaso, pinapayagan ang makabuluhang "muling pagwawasto". Halimbawa, ang mga naunang "Planar" mula kay Carl Zeiss Jena ay may positibong spherical aberration value ( δs"> 0), kapwa para sa marginal at middle zone ng mag-aaral. Bahagyang binabawasan ng solusyon na ito ang contrast sa buong aperture, ngunit kapansin-pansing pinapataas ang resolution sa maliliit na aperture.
Mga Tala
Panitikan
- Begunov B. N. Geometric optics, Moscow State University Publishing House, 1966.
- Volosov D.S., Photographic optics. M., "Iskusstvo", 1971.
- Zakaznov N.P. et al., Teorya ng mga optical system, M., "Machine Building", 1992.
- Landsberg G. S. Optics. M., FIZMATLIT, 2003.
- Teorya ng Churilovsky V. N mga optical na instrumento, L., "Mechanical Engineering", 1966.
- Smith, Warren J. Modern optical engineering, McGraw-Hill, 2000.
Wikimedia Foundation. 2010.
Pisikal na encyclopedia
Isa sa mga uri ng aberrations ng optical system (Tingnan ang Aberrations ng optical system); nagpapakita ng sarili sa isang mismatch ng Mga Focus para sa mga light ray na dumadaan sa isang axis-symmetric optical system (lens (Tingnan ang Lens), Lens) sa iba't ibang distansya mula sa ... Great Soviet Encyclopedia
Ang pagbaluktot ng imahe sa mga optical system dahil sa katotohanan na ang mga light ray mula sa isang point source na matatagpuan sa optical axis ay hindi kinokolekta sa isang punto na may mga ray na dumadaan sa mga bahagi ng system na malayo mula sa axis. * * * SPHERICAL… … encyclopedic Dictionary
spherical aberration- sferinė aberacija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. spherical aberration vok. sphärische Aberration, f rus. spherical aberration, f pranc. aberration de spéricité, f; aberration sphérique, f … Fizikos terminų žodynas
SPHERICAL ABERRATION- Tingnan ang aberration, spherical... Diksyunaryo sa sikolohiya
spherical aberration- sanhi ng hindi pagkakatugma ng foci ng mga light ray na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa optical axis ng system, na humahantong sa imahe ng isang punto sa anyo ng isang bilog ng iba't ibang pag-iilaw. Tingnan din ang: Aberration chromatic aberration ... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy
Isa sa mga aberration ng optical system, sanhi ng hindi pagkakatugma ng mga focus para sa mga light ray na dumadaan sa isang axisymmetric optical lens. system (lens, layunin) sa iba't ibang distansya mula sa optical axis ng system na ito. Ito ay nagpapakita ng sarili sa katotohanan na ang imahe... ... Malaking Encyclopedic Polytechnic Dictionary
Ang pagbaluktot ng imahe sa optical system, dahil sa ang katunayan na ang ilaw na sinag mula sa isang point source na matatagpuan sa optical ang mga palakol ay hindi nagtitipon sa isang punto na may mga sinag na dumadaan sa mga bahagi ng system na malayo mula sa axis... Likas na agham. encyclopedic Dictionary
→ Pagkaligaw sa astronomiyaAng salitang aberration ay tumutukoy sa maraming optical effect na nauugnay sa pagbaluktot ng isang bagay sa panahon ng pagmamasid. Sa artikulong ito ay pag-uusapan natin ang tungkol sa ilang mga uri ng aberration na pinaka-kaugnay para sa mga obserbasyon sa astronomiya.
Pagkaligaw ng liwanag sa astronomiya, ito ay ang maliwanag na pag-aalis ng isang celestial na bagay dahil sa may hangganan na bilis ng liwanag, na sinamahan ng paggalaw ng naobserbahang bagay at ng nagmamasid. Ang epekto ng aberration ay humahantong sa katotohanan na ang maliwanag na direksyon sa isang bagay ay hindi nag-tutugma sa geometric na direksyon dito sa parehong sandali sa oras.
Ang epekto ay, dahil sa paggalaw ng Earth sa paligid ng Araw at sa oras na kinakailangan para sa liwanag na maglakbay, nakikita ng nagmamasid ang bituin sa ibang lugar kaysa sa kung nasaan ito. Kung ang Daigdig ay nakatigil, o kung ang liwanag ay dumami kaagad, kung gayon ay hindi magkakaroon ng light aberration. Samakatuwid, kapag tinutukoy ang posisyon ng isang bituin sa kalangitan gamit ang isang teleskopyo, hindi natin dapat sukatin ang anggulo kung saan nakatagilid ang bituin, ngunit bahagyang dagdagan ito sa direksyon ng paggalaw ng Earth.
Ang aberration effect ay hindi maganda. Ang pinakamalaking halaga nito ay nakakamit sa ilalim ng kondisyon na ang lupa ay gumagalaw patayo sa direksyon ng sinag. Sa kasong ito, ang paglihis ng posisyon ng bituin ay 20.4 segundo lamang, dahil ang mundo ay naglalakbay lamang ng 30 km sa 1 segundo ng oras, at ang light beam ay naglalakbay ng 300,000 km.
Mayroon ding ilang mga uri geometric aberration. Spherical aberration- isang aberration ng isang lens o layunin, na binubuo sa katotohanan na ang isang malawak na sinag ng monochromatic na ilaw na nagmumula sa isang punto na nakahiga sa pangunahing optical axis ng lens, kapag dumadaan sa lens, ay nagsa-intersect hindi sa isa, ngunit sa maraming mga punto matatagpuan sa optical axis sa sa iba't ibang distansya mula sa lens, na nagreresulta sa pagiging malabo ng imahe. Bilang resulta, ang isang puntong bagay tulad ng isang bituin ay makikita bilang isang maliit na bola, na kinukuha ang laki ng bola na ito bilang ang laki ng bituin.
Curvature ng field ng larawan- aberration, bilang isang resulta kung saan ang imahe ng isang patag na bagay, patayo sa optical axis ng lens, ay namamalagi sa isang ibabaw na malukong o matambok sa lens. Ang aberration na ito ay nagdudulot ng hindi pantay na sharpness sa buong field ng imahe. Kaya naman kapag gitnang bahagi Kung matalas na nakatutok ang larawan, mawawalan ng focus ang mga gilid nito at magiging malabo ang larawan. Kung aayusin mo ang sharpness sa mga gilid ng larawan, magiging blur ang gitnang bahagi nito. Ang ganitong uri ng aberration ay hindi makabuluhan para sa astronomy.
Narito ang ilan pang uri ng aberration:
Ang diffraction aberration ay nangyayari dahil sa diffraction ng liwanag sa diaphragm at frame ng photographic lens. Nililimitahan ng diffraction aberration ang resolving power ng isang photographic lens. Dahil sa aberration na ito, ang minimum na angular na distansya sa pagitan ng mga puntong naresolba ng lens ay limitado sa lambda/D radians, kung saan ang lambda ay ang wavelength ng liwanag na ginamit (ang optical range ay karaniwang tinutukoy bilang mga electromagnetic wave na may haba mula 400 nm hanggang 700 nm), D ang diameter ng lens. Sa pagtingin sa formula na ito, nagiging malinaw kung gaano kahalaga ang diameter ng lens. Ang parameter na ito ay susi para sa pinakamalaki at pinakamahal na teleskopyo. Malinaw din na ang isang teleskopyo na may kakayahang makakita sa X-ray ay maihahambing sa isang maginoo na optical telescope. Ang katotohanan ay ang wavelength ng X-ray ay 100 beses na mas maikli kaysa sa wavelength ng liwanag sa optical range. Samakatuwid, para sa mga naturang teleskopyo, ang pinakamababang nakikitang angular na distansya ay 100 beses na mas mababa kaysa sa mga nakasanayan. optical teleskopyo na may parehong diameter ng lens.
Ang pag-aaral ng aberration ay naging posible upang makabuluhang mapabuti ang mga instrumentong pang-astronomiya. Sa modernong mga teleskopyo, ang mga epekto ng aberration ay pinaliit, ngunit ito ay aberration na naglilimita sa mga kakayahan ng mga optical na instrumento.
1Sa lahat ng uri ng mga aberration, ang spherical aberration ang pinakamahalaga at, sa karamihan ng mga kaso, ang tanging praktikal na makabuluhan para sa optical system ng mata. Dahil ang normal na mata palaging nakatutok ang kanyang tingin sa kung ano ang pinakamahalaga sa sa sandaling ito bagay, pagkatapos ay aalisin ang mga aberasyon na dulot ng pahilig na saklaw ng mga light ray (coma, astigmatism). Imposibleng alisin ang spherical aberration sa ganitong paraan. Kung ang mga repraktibo na ibabaw ng optical system ng mata ay spherical, imposibleng maalis ang spherical aberration sa anumang paraan. Ang distorting effect nito ay bumababa habang ang diameter ng pupil ay bumababa, samakatuwid, sa maliwanag na liwanag, ang resolution ng mata ay mas mataas kaysa sa mahinang liwanag, kapag ang diameter ng pupil ay tumataas at ang laki ng spot, na kung saan ay ang imahe ng isang point source light, tumataas din dahil sa spherical aberration. Mayroon lamang isang paraan upang epektibong maimpluwensyahan ang spherical aberration ng optical system ng mata - sa pamamagitan ng pagbabago ng hugis ng repraktibo na ibabaw. Ang posibilidad na ito ay umiiral sa prinsipyo kapag pagwawasto ng kirurhiko curvature ng cornea at kapag pinapalitan ang natural na lens na nawala ang optical properties nito, halimbawa, dahil sa cataracts, na may artipisyal. Ang isang artipisyal na lens ay maaaring magkaroon ng mga repraktibo na ibabaw ng anumang uri na naa-access makabagong teknolohiya mga form. Ang pag-aaral ng impluwensya ng hugis ng mga repraktibo na ibabaw sa spherical aberration ay pinakamabisa at tumpak na maisagawa gamit ang computer modeling. Dito tinatalakay namin ang isang medyo simpleng algorithm sa pagmomodelo ng computer na nagpapahintulot sa naturang pag-aaral na maisagawa, pati na rin ang mga pangunahing resulta na nakuha gamit ang algorithm na ito.
Ang pinakasimpleng paraan upang kalkulahin ang pagpasa ng isang light beam sa isang solong spherical refractive surface na naghihiwalay sa dalawang transparent na media na may magkaibang mga refractive index. Upang ipakita ang kababalaghan ng spherical aberration, sapat na upang maisagawa ang gayong pagkalkula sa isang dalawang-dimensional na pagtatantya. Ang light beam ay matatagpuan sa pangunahing eroplano at nakadirekta sa repraktibo na ibabaw parallel sa pangunahing optical axis. Ang takbo ng sinag na ito pagkatapos ng repraksyon ay maaaring ilarawan ng equation ng bilog, ang batas ng repraksyon, at malinaw na geometriko at trigonometriko na mga relasyon. Bilang resulta ng paglutas ng kaukulang sistema ng mga equation, ang isang expression ay maaaring makuha para sa coordinate ng punto ng intersection ng ray na ito na may pangunahing optical axis, i.e. mga coordinate ng pokus ng repraktibo na ibabaw. Ang expression na ito ay naglalaman ng mga parameter ng ibabaw (radius), mga indeks ng repraktibo, at ang distansya sa pagitan ng pangunahing optical axis at ang punto ng saklaw ng sinag sa ibabaw. Ang pag-asa ng focal coordinate sa distansya sa pagitan ng optical axis at ang punto ng saklaw ng beam ay spherical aberration. Ang relasyon na ito ay madaling kalkulahin at ilarawan nang graphic. Para sa isang solong spherical surface na nagpapalihis ng mga ray patungo sa pangunahing optical axis, ang focal coordinate ay palaging bumababa habang tumataas ang distansya sa pagitan ng optical axis at ng incident ray. Ang mas malayo mula sa axis ang isang ray ay bumagsak sa isang repraksyon na ibabaw, mas malapit sa ibabaw na ito ay nagsa-intersect sa axis pagkatapos ng repraksyon. Ito ay positibong spherical aberration. Bilang isang resulta, ang mga sinag na insidente sa ibabaw na kahanay sa pangunahing optical axis ay hindi kinokolekta sa isang punto sa eroplano ng imahe, ngunit bumubuo ng isang nakakalat na lugar ng may hangganan na diameter sa eroplanong ito, na humahantong sa isang pagbawas sa kaibahan ng imahe, i.e. sa pagkasira ng kalidad nito. Tanging ang mga sinag na nahuhulog sa ibabaw na napakalapit sa pangunahing optical axis (paraxial ray) ang nagsalubong sa isang punto.
Kung ang isang collecting lens na nabuo ng dalawang spherical surface ay inilalagay sa landas ng beam, pagkatapos ay gamit ang mga kalkulasyon na inilarawan sa itaas, maipapakita na ang naturang lens ay mayroon ding positibong spherical aberration, i.e. rays incident na kahanay sa pangunahing optical axis na mas malayo mula dito ay bumalandra sa axis na ito na mas malapit sa lens kaysa sa mga ray na naglalakbay palapit sa axis. Ang spherical aberration ay halos wala din para lamang sa mga paraxial ray. Kung ang parehong ibabaw ng lens ay matambok (tulad ng isang lens), kung gayon ang spherical aberration ay mas malaki kaysa sa kung ang pangalawang repraktibo na ibabaw ng lens ay malukong (tulad ng cornea).
Ang positibong spherical aberration ay sanhi ng labis na curvature ng refractive surface. Habang lumalayo ang isa mula sa optical axis, ang anggulo sa pagitan ng tangent sa ibabaw at ang patayo sa optical axis ay tumataas nang mas mabilis kaysa kinakailangan upang idirekta ang refracted beam sa paraxial focus. Upang mabawasan ang epektong ito, kinakailangan na pabagalin ang paglihis ng padaplis sa ibabaw mula sa patayo sa axis habang lumalayo ito dito. Upang gawin ito, ang kurbada ng ibabaw ay dapat bumaba sa distansya mula sa optical axis, i.e. ang ibabaw ay hindi dapat spherical, kung saan ang curvature sa lahat ng mga punto nito ay pareho. Sa madaling salita, ang pagbawas sa spherical aberration ay makakamit lamang sa pamamagitan ng paggamit ng mga lente na may aspherical refractive surface. Ang mga ito ay maaaring, halimbawa, ang mga ibabaw ng isang ellipsoid, paraboloid at hyperboloid. Sa prinsipyo, posible na gumamit ng iba pang mga anyo sa ibabaw. Ang pagiging kaakit-akit ng mga elliptical, parabolic at hyperbolic na mga hugis ay ang mga ito, tulad ng isang spherical surface, ay inilalarawan ng medyo simpleng analytical formula at ang spherical aberration ng mga lente na may mga surface na ito ay maaaring madaling pag-aralan ayon sa teorya gamit ang pamamaraan na inilarawan sa itaas.
Palaging posible na piliin ang mga parameter ng spherical, elliptical, parabolic at hyperbolic surface upang ang kanilang curvature sa gitna ng lens ay pareho. Sa kasong ito, para sa mga paraxial ray, ang mga naturang lens ay hindi makikilala sa isa't isa, ang posisyon ng paraxial focus ay magiging pareho para sa mga lente na ito. Ngunit habang lumalayo ka sa pangunahing axis, ang mga ibabaw ng mga lente na ito ay lilihis mula sa patayo sa axis sa iba't ibang paraan. Ang spherical surface ay lilihis ng pinakamabilis, ang elliptical ay mas mabagal, ang parabolic ay mas mabagal, at ang hyperbolic ay ang pinakamabagal (sa apat na ito). Sa parehong pagkakasunud-sunod, ang spherical aberration ng mga lente na ito ay bababa nang higit at mas kapansin-pansin. Para sa isang hyperbolic lens, ang spherical aberration ay maaaring magbago ng sign - maging negatibo, i.e. Ang insidente ng sinag sa isang lens na mas malayo mula sa optical axis ay mag-intersect ito nang higit pa mula sa lens kaysa sa insidente ng ray sa isang lens na mas malapit sa optical axis. Para sa isang hyperbolic lens, maaari ka ring pumili ng mga parameter ng mga repraktibo na ibabaw na magbibigay kumpletong kawalan spherical aberration - lahat ng sinag na insidente sa lens parallel sa pangunahing optical axis sa anumang distansya mula dito, pagkatapos ng repraksyon, ay kokolektahin sa isang punto sa axis - isang perpektong lens. Upang gawin ito, ang unang repraktibo na ibabaw ay dapat na flat, at ang pangalawa ay dapat na convex hyperbolic, ang mga parameter kung saan at ang mga refractive na indeks ay dapat na nauugnay sa ilang mga relasyon.
Kaya, sa pamamagitan ng paggamit ng mga lente na may mga aspherical na ibabaw, ang spherical aberration ay maaaring makabuluhang bawasan at kahit na ganap na maalis. Ang posibilidad ng magkahiwalay na impluwensya sa repraktibo na puwersa (posisyon ng paraxial focus) at spherical aberration ay dahil sa pagkakaroon ng aspherical na ibabaw ng pag-ikot ng dalawang geometric na parameter, dalawang semi-axes, ang pagpili kung saan maaaring matiyak ang pagbaba sa spherical aberration nang hindi binabago ang puwersa ng repraktibo. Ang isang spherical na ibabaw ay walang posibilidad na ito; mayroon lamang itong isang parameter - ang radius, at sa pamamagitan ng pagbabago ng parameter na ito imposibleng baguhin ang spherical aberration nang hindi binabago ang repraktibo na kapangyarihan. Para sa isang paraboloid ng rebolusyon ay wala ring ganoong posibilidad, dahil ang isang paraboloid ng rebolusyon ay mayroon ding isang parameter lamang - ang focal parameter. Kaya, sa tatlong nabanggit na aspherical surface, dalawa lamang ang angkop para sa kinokontrol na independiyenteng impluwensya sa spherical aberration - hyperbolic at elliptical.
Ang pagpili ng isang solong lens na may mga parameter na nagbibigay ng katanggap-tanggap na spherical aberration ay hindi mahirap. Ngunit ang naturang lens ba ay magbibigay ng kinakailangang pagbawas sa spherical aberration bilang bahagi ng optical system ng mata? Upang masagot ang tanong na ito, kinakailangan upang kalkulahin ang pagpasa ng mga light ray sa pamamagitan ng dalawang lente - ang kornea at ang lens. Ang resulta ng naturang pagkalkula ay, tulad ng dati, isang graph ng pag-asa ng mga coordinate ng punto ng intersection ng beam na may pangunahing optical axis (focus coordinates) sa distansya sa pagitan ng incident beam at axis na ito. Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng mga geometric na parameter ng lahat ng apat na repraktibo na ibabaw, maaari mong gamitin ang graph na ito upang pag-aralan ang kanilang impluwensya sa spherical aberration ng buong optical system ng mata at subukang bawasan ito. Ang isang tao, halimbawa, ay madaling ma-verify na ang aberration ng buong optical system ng isang mata na may natural na lens, sa kondisyon na ang lahat ng apat na refractive surface ay spherical, ay kapansin-pansing mas mababa kaysa sa aberration ng lens lamang, at bahagyang mas malaki kaysa sa aberration. ng kornea lamang. Sa diameter ng pupil na 5 mm, ang mga sinag na pinakamalayo mula sa axis ay nagsalubong sa axis na ito nang humigit-kumulang 8% na mas malapit kaysa sa mga paraxial ray kapag na-refracte ng lens lamang. Kapag na-refract ng kornea lamang, na may parehong diameter ng pupil, ang focus para sa malalayong ray ay humigit-kumulang 3% na mas malapit kaysa sa paraxial rays. Ang buong optical system ng mata gamit ang lens na ito at kasama ang cornea na ito ay nangongolekta ng malalayong ray na halos 4% na mas malapit kaysa sa paraxial rays. Maaari nating sabihin na ang kornea ay bahagyang nagbabayad para sa spherical aberration ng lens.
Makikita rin na ang optical system ng mata, na binubuo ng cornea at isang perpektong hyperbolic lens na may zero aberration, na naka-install bilang isang lens, ay nagbibigay ng spherical aberration na humigit-kumulang kapareho ng cornea lamang, i.e. Ang pagliit ng spherical aberration ng lens lamang ay hindi sapat upang mabawasan ang buong optical system ng mata.
Kaya, upang mabawasan ang spherical aberration ng buong optical system ng mata sa pamamagitan ng pagpili ng geometry ng lens lamang, kinakailangang pumili ng hindi isang lens na may minimal na spherical aberration, ngunit isa na nagpapaliit ng aberration sa pakikipag-ugnayan sa cornea. Kung ang mga repraktibo na ibabaw ng kornea ay itinuturing na spherical, kung gayon upang halos ganap na maalis ang spherical aberration ng buong optical system ng mata, kinakailangan na pumili ng isang lens na may hyperbolic refractive surface, na, bilang isang solong lens, ay nagbibigay ng isang kapansin-pansin. (mga 17% sa likidong daluyan ng mata at humigit-kumulang 12% sa hangin) negatibong aberration . Ang spherical aberration ng buong optical system ng mata ay hindi lalampas sa 0.2% para sa anumang diameter ng mag-aaral. Halos ang parehong neutralisasyon ng spherical aberration ng optical system ng mata (hanggang sa 0.3%) ay maaaring makamit kahit na sa tulong ng isang lens kung saan ang unang repraktibo na ibabaw ay spherical at ang pangalawa ay hyperbolic.
Kaya, ang paggamit ng isang artipisyal na lens na may aspherical, sa partikular, na may hyperbolic refractive na ibabaw ay ginagawang posible na halos ganap na maalis ang spherical aberration ng optical system ng mata at sa gayon ay makabuluhang mapabuti ang kalidad ng imahe na ginawa ng system na ito sa retina. Ito ay ipinapakita ng mga resulta ng computer simulation ng pagpasa ng mga sinag sa pamamagitan ng system sa loob ng balangkas ng isang medyo simpleng two-dimensional na modelo.
Ang impluwensya ng mga parameter ng optical system ng mata sa kalidad ng retinal na imahe ay maaari ding ipakita gamit ang isang mas kumplikadong three-dimensional na modelo ng computer na sumusubaybay sa isang napakalaking bilang ng mga sinag (mula sa ilang daang ray hanggang sa ilang daang libo. rays) na umuusbong mula sa isang source point at dumarating sa iba't ibang punto ng retina bilang resulta ng pagkakalantad sa lahat ng geometric aberrations at posibleng hindi tumpak na pagtutok ng system. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng lahat ng mga sinag sa lahat ng mga punto ng retina na dumating doon mula sa lahat ng mga punto ng pinagmulan, ang gayong modelo ay nagbibigay-daan sa isa na makakuha ng mga larawan ng mga pinahabang mapagkukunan - iba't ibang mga bagay sa pagsubok, parehong kulay at itim at puti. Mayroon kaming tulad ng isang three-dimensional na modelo ng computer sa aming pagtatapon at malinaw na nagpapakita ito ng isang makabuluhang pagpapabuti sa kalidad ng retinal na imahe kapag gumagamit ng mga intraocular lens na may aspherical refractive surface dahil sa isang makabuluhang pagbawas sa spherical aberration at sa gayon ay binabawasan ang laki ng scattering spot sa retina. Sa prinsipyo, ang spherical aberration ay maaaring maalis nang halos ganap at, ito ay tila, ang laki ng scattering spot ay maaaring mabawasan ng halos sa zero, sa gayon ay makakuha ng isang perpektong imahe.
Ngunit hindi dapat kalimutan ng isang tao ang katotohanan na imposibleng makakuha ng perpektong imahe sa anumang paraan, kahit na ipinapalagay namin na ang lahat ng mga geometric na aberration ay ganap na tinanggal. Mayroong pangunahing limitasyon sa pagbawas ng laki ng nakakalat na lugar. Ang limitasyong ito ay itinakda ng likas na alon ng liwanag. Alinsunod sa teorya ng diffraction, batay sa mga konsepto ng wave, ang minimum na diameter ng light spot sa eroplano ng imahe, dahil sa diffraction ng liwanag sa isang pabilog na butas, ay proporsyonal (na may proportionality coefficient na 2.44) sa produkto ng focal length at ang wavelength ng liwanag at inversely proportional sa diameter ng butas. Ang pagtatantya para sa optical system ng mata ay nagbibigay ng scattering spot diameter na humigit-kumulang 6.5 µm na may pupil diameter na 4 mm.
Imposibleng bawasan ang diameter ng light spot sa ibaba ng diffraction limit, kahit na ang mga batas ng geometric optics ay nagdadala ng lahat ng ray sa isang punto. Nililimitahan ng diffraction ang limitasyon ng pagpapabuti ng kalidad ng imahe na ibinibigay ng anumang refractive optical system, kahit na ang perpektong isa. Kasabay nito, ang light diffraction, na hindi mas malala kaysa sa repraksyon, ay maaaring gamitin upang makakuha ng isang imahe, na matagumpay na ginagamit sa diffractive-refractive IOLs. Pero ibang topic yun.
Bibliograpikong link
Cherednik V.I., Treushnikov V.M. SPHERICAL ABERRATION AT ASPHERIAL INTRAOCULAR LENSES // Pangunahing pananaliksik. – 2007. – Bilang 8. – P. 38-41;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3359 (petsa ng access: 03/23/2020). Dinadala namin sa iyong pansin ang mga magazine na inilathala ng publishing house na "Academy of Natural Sciences"
Fig.1 Ilustrasyon ng undercorrected spherical aberration. Ang ibabaw sa periphery ng lens ay may focal length na mas maikli kaysa sa gitna.
Karamihan sa mga photographic lens ay binubuo ng mga elemento na may spherical surface. Ang mga naturang elemento ay medyo madaling gawin, ngunit ang kanilang hugis ay hindi perpekto para sa pagbuo ng imahe.
Spherical aberration- ito ay isa sa mga depekto sa pagbuo ng imahe na nangyayari dahil sa spherical na hugis ng lens. kanin. Ang Figure 1 ay naglalarawan ng spherical aberration para sa isang positibong lens.
Ang mga sinag na dumaan sa lens nang higit pa mula sa optical axis ay nakatutok sa posisyon Sa. Ang mga sinag na dumadaan palapit sa optical axis ay nakatutok sa posisyon a, mas malapit sila sa ibabaw ng lens. Kaya, ang posisyon ng focus ay depende sa lokasyon kung saan ang mga sinag ay dumaan sa lens.
Kung ang edge focus ay mas malapit sa lens kaysa sa axial focus, gaya ng nangyayari sa positive lens Fig. 1, pagkatapos ay sinasabi nila na spherical aberration hindi naitama. Sa kabaligtaran, kung ang edge focus ay nasa likod ng axial focus, ang spherical aberration ay sinasabing binago.
Ang imahe ng isang punto na ginawa ng isang lens na may spherical aberrations ay kadalasang nakukuha ng mga puntong napapalibutan ng halo ng liwanag. Karaniwang lumilitaw ang spherical aberration sa mga litrato sa pamamagitan ng paglambot ng contrast at pag-blur ng mga pinong detalye.
Ang spherical aberration ay pare-pareho sa buong field, na nangangahulugan na ang longitudinal focus sa pagitan ng mga gilid ng lens at sa gitna ay hindi nakadepende sa pagkahilig ng mga sinag.
Mula sa Fig. 1, tila imposibleng makamit ang magandang sharpness sa isang lens na may spherical aberration. Sa anumang posisyon sa likod ng lens sa photosensitive na elemento (pelikula o sensor), sa halip na isang malinaw na punto, isang blur disk ang ipapakita.
Gayunpaman, mayroong isang geometrically "pinakamahusay" na pokus na tumutugma sa disk na hindi gaanong lumabo. Ang natatanging grupo ng mga light cone ay may kaunting cross-section, sa posisyon b.
Paglipat ng focus
Kapag ang diaphragm ay nasa likod ng lens, isang kawili-wiling kababalaghan ang nangyayari. Kung ang diaphragm ay sarado sa paraang pinuputol nito ang mga sinag sa paligid ng lens, pagkatapos ay ang focus ay lumilipat sa kanan. Sa isang napakasaradong siwang, ang pinakamagandang pokus ay makikita sa posisyon c, iyon ay, ang mga posisyon ng mga disk na may pinakamaliit na blur kapag ang siwang ay sarado at kapag ang siwang ay nakabukas ay magkakaiba.
Upang makuha ang pinakamahusay na sharpness sa isang closed aperture, ang matrix (film) ay dapat ilagay sa posisyon c. Malinaw na ipinapakita ng halimbawang ito na may posibilidad na hindi makakamit ang pinakamahusay na sharpness, dahil ang karamihan sa mga photographic system ay idinisenyo upang gumana nang may malawak na siwang.
Nakatuon ang photographer nang ganap na nakabukas ang siwang, at ipino-project ang disk na hindi bababa sa malabo sa posisyon papunta sa sensor. b, pagkatapos kapag nag-shoot, awtomatikong nagsasara ang aperture sa itinakdang halaga, at wala siyang pinaghihinalaan sa mga sumusunod sa sandaling ito shift ng focus, na pumipigil dito mula sa pagkamit ng pinakamahusay na sharpness.
Siyempre, binabawasan din ng saradong siwang ang mga spherical aberration sa punto b, ngunit hindi pa rin ito magkakaroon ng pinakamahusay na sharpness.
Maaaring isara ng mga user ng DSLR ang preview aperture para tumuon sa aktwal na aperture.
Iminungkahi ni Norman Goldberg ang awtomatikong kabayaran para sa mga shift ng focus. Ang Zeiss ay naglunsad ng isang linya ng rangefinder lens para sa mga Zeiss Ikon na camera na nagtatampok ng espesyal na idinisenyong disenyo upang mabawasan ang shift ng focus sa pagbabago ng mga halaga ng aperture. Kasabay nito, makabuluhang nabawasan ang mga spherical aberration sa mga lente para sa mga rangefinder camera. Gaano kahalaga ang shift ng focus para sa mga rangefinder camera lens, itatanong mo? Ayon sa tagagawa ng LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 lens, ang halagang ito ay halos 100 microns.
Out-of-focus blur pattern
Ang epekto ng mga spherical aberration sa isang in-focus na imahe ay mahirap matukoy, ngunit malinaw na makikita sa isang imahe na bahagyang wala sa focus. Ang spherical aberration ay nag-iiwan ng nakikitang bakas sa out-of-focus area.
Pagbabalik sa Fig. 1, mapapansin na ang pamamahagi ng intensity ng liwanag sa blur disk sa pagkakaroon ng spherical aberration ay hindi pare-pareho.
Buntis c ang isang blur disk ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang maliwanag na core na napapalibutan ng isang malabong halo. Habang nasa posisyon ang blur dial a ay may mas madilim na core na napapalibutan ng maliwanag na singsing ng liwanag. Ang gayong maanomalyang pamamahagi ng ilaw ay maaaring lumitaw sa lugar na wala sa pokus ng larawan.
kanin. 2 Mga pagbabago sa blur sa harap at likod ng focal point
Halimbawa sa Fig. Ang 2 ay nagpapakita ng isang punto sa gitna ng frame, na kinunan sa 1:1 macro mode na may 85/1.4 lens na naka-mount sa isang macro bellows lens. Kapag ang sensor ay 5mm sa likod ng pinakamahusay na focus (gitnang punto), ang blur dial ay nagpapakita ng maliwanag na ring effect ( kaliwang puwesto), ang mga katulad na blur disk ay nakuha gamit ang meniscus mirror lens.
At kapag ang sensor ay 5 mm nangunguna sa pinakamahusay na focus (i.e. mas malapit sa lens), ang likas na katangian ng blur ay nagbago patungo sa isang maliwanag na sentro na napapalibutan ng isang malabong halo. Tulad ng nakikita mo, ang lens ay may overcorrected spherical aberration, dahil ito ay kumikilos kabaligtaran sa halimbawa sa Fig. 1.
Ang sumusunod na halimbawa ay naglalarawan ng epekto ng dalawang aberasyon sa mga larawang wala sa pokus.
Sa Fig. Ang 3 ay nagpapakita ng isang krus, na nakuhanan ng larawan sa gitna ng frame gamit ang parehong 85/1.4 lens. Ang macrofur ay pinalawak ng humigit-kumulang 85 mm, na nagbibigay ng pagtaas ng humigit-kumulang 1:1. Ang camera (matrix) ay inilipat sa mga palugit na 1 mm sa parehong direksyon mula sa maximum na focus. Ang isang krus ay isang mas kumplikadong imahe kaysa sa isang tuldok, at ang mga tagapagpahiwatig ng kulay ay nagbibigay ng mga visual na paglalarawan ng pag-blur nito.
kanin. 3 Ang mga numero sa mga guhit ay nagpapahiwatig ng mga pagbabago sa distansya mula sa lens hanggang sa matrix, ito ay millimeters. gumagalaw ang camera mula -4 hanggang +4 mm sa mga dagdag na 1 mm mula sa pinakamagandang posisyon ng focus (0)
Ang spherical aberration ay responsable para sa matigas na katangian ng blur sa mga negatibong distansya at para sa paglipat sa malambot na blur sa mga positibo. Gayundin sa interes ay ang mga epekto ng kulay na nagmumula sa longitudinal chromatic aberration (axial color). Kung ang lens ay hindi maganda ang pagkaka-assemble, kung gayon ang spherical aberration at axial color ay ang tanging aberrations na lumilitaw sa gitna ng imahe.
Kadalasan, ang lakas at kung minsan ang likas na katangian ng spherical aberration ay nakasalalay sa wavelength ng liwanag. Sa kasong ito, ang pinagsamang epekto ng spherical aberration at axial color ay tinatawag na . Mula dito nagiging malinaw na ang kababalaghan na inilalarawan sa Fig. Ipinapakita ng 3 na ang lens na ito ay hindi nilayon na gamitin bilang isang macro lens. Karamihan sa mga lens ay na-optimize para sa malapit na field na pagtutok at infinity na pagtutok, ngunit hindi para sa 1:1 na macro. Sa ganitong paraan, ang mga regular na lente ay magiging mas malala kaysa sa mga macro lens, na partikular na ginagamit sa malalapit na distansya.
Gayunpaman, kahit na ang lens ay ginagamit para sa mga karaniwang application, ang spherochromatism ay maaaring lumitaw sa out-of-focus na lugar sa panahon ng normal na pagbaril at makaapekto sa kalidad.
mga konklusyon
Siyempre, ang ilustrasyon sa Fig. 1 ay isang pagmamalabis. Sa katotohanan, ang dami ng mga natitirang spherical aberration sa mga photographic lens ay maliit. Ang epektong ito ay makabuluhang nabawasan sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga elemento ng lens upang mabayaran ang kabuuan ng magkasalungat na spherical aberrations, ang paggamit ng mataas na kalidad na salamin, maingat na idinisenyong geometry ng lens at ang paggamit ng mga aspherical na elemento. Bilang karagdagan, ang mga lumulutang na elemento ay maaaring gamitin upang mabawasan ang mga spherical aberration sa isang partikular na hanay ng mga distansya sa pagtatrabaho.
Sa kaso ng mga lente na may undercorrected spherical aberration mabisang paraan Upang mapabuti ang kalidad ng larawan, isara ang aperture. Para sa undercorrected na elemento sa Fig. 1 Ang diameter ng mga blur disk ay bumababa sa proporsyon sa cube ng diameter ng aperture.
Ang pag-asa na ito ay maaaring mag-iba para sa mga natitirang spherical aberration sa mga kumplikadong disenyo ng lens, ngunit, bilang panuntunan, ang pagsasara ng aperture ng isang stop ay nagbibigay na ng kapansin-pansing pagpapabuti sa imahe.
Bilang kahalili, sa halip na labanan ang spherical aberration, maaaring sinadyang pagsamantalahan ito ng isang photographer. Ang mga filter na pampalambot ng Zeiss, sa kabila ng patag na ibabaw, ay nagdaragdag ng mga spherical aberration sa larawan. Ang mga ito ay sikat sa mga portrait photographer upang makamit ang isang malambot na epekto at isang kahanga-hangang imahe.
© Paul van Walree 2004–2015
Pagsasalin: Ivan Kosarekov
