انحرافات العدسة. علاقة الانحراف الكروي بالانحراف الكروي للمصور

تشير كلمة انحراف إلى العديد من التأثيرات البصرية المرتبطة بتشويه جسم ما أثناء المراقبة. سنتحدث في هذه المقالة عن عدة أنواع من الانحراف الأكثر صلة بالملاحظات الفلكية.

انحراف الضوءفي علم الفلك، هو الإزاحة الظاهرة لجسم سماوي بسبب سرعة الضوء المحدودة، مقترنة بحركة الجسم المرصود والراصد. ويؤدي تأثير الانحراف إلى أن الاتجاه الظاهري لجسم ما لا يتطابق مع الاتجاه الهندسي له في نفس اللحظة الزمنية.

والنتيجة هي أنه بسبب حركة الأرض حول الشمس والوقت الذي يستغرقه الضوء للانتقال، يرى الراصد النجم في مكان مختلف عن مكان تواجده. إذا كانت الأرض ثابتة، أو إذا كان الضوء ينتشر بشكل فوري، فلن يكون هناك انحراف للضوء. ولذلك، عند تحديد موضع نجم في السماء باستخدام التلسكوب، يجب ألا نقيس الزاوية التي يميل بها النجم، بل نزيدها قليلاً في اتجاه حركة الأرض.

تأثير الانحراف ليس كبيرا. وتتحقق قيمته العظمى بشرط أن تتحرك الأرض بشكل عمودي على اتجاه الحزمة. في هذه الحالة، يكون انحراف موضع النجم 20.4 ثانية فقط، لأن الأرض تقطع مسافة 30 كيلومترًا فقط في ثانية واحدة من الزمن، ويقطع شعاع الضوء مسافة 300 ألف كيلومتر.

هناك أيضًا عدة أنواع انحراف هندسي. تفاصيل التحقيق- انحراف العدسة أو الهدف، والذي يتمثل في حقيقة أن شعاع واسع من الضوء أحادي اللون المنبعث من نقطة تقع على المحور البصري الرئيسي للعدسة، عند المرور عبر العدسة، لا يتقاطع عند نقطة واحدة، بل عند عدة نقاط تقع على المحور البصري على مسافات مختلفة من العدسة مما يؤدي إلى ضبابية الصورة. ونتيجة لذلك، يمكن رؤية جسم نقطي مثل النجم على أنه كرة صغيرة، مع الأخذ في الاعتبار حجم هذه الكرة بحجم النجم.

انحناء مجال الصورة- الانحراف، ونتيجة لذلك تقع صورة الجسم المسطح المتعامد مع المحور البصري للعدسة على سطح مقعر أو محدب للعدسة. يسبب هذا الانحراف وضوحًا غير متساوٍ عبر مجال الصورة. لذلك، عندما يتم التركيز على الجزء المركزي من الصورة بشكل حاد، ستكون حوافها خارج التركيز وستكون الصورة ضبابية. إذا قمت بضبط الحدة على طول حواف الصورة، فسيكون الجزء المركزي منها غير واضح. هذا النوع من الانحراف ليس مهمًا لعلم الفلك.

فيما يلي بعض الأنواع الأخرى من الانحراف:

يحدث انحراف الحيود بسبب حيود الضوء على الحجاب الحاجز وإطار عدسة التصوير الفوتوغرافي. يحد انحراف الحيود من قوة تحليل عدسة التصوير الفوتوغرافي. وبسبب هذا الانحراف، فإن الحد الأدنى للمسافة الزاوية بين النقاط التي تم حلها بواسطة العدسة يقتصر على راديان لامدا/د، حيث لامدا هو الطول الموجي للضوء المستخدم (يتضمن النطاق البصري عادةً موجات كهرومغناطيسية يبلغ طولها من 400 نانومتر إلى 700 نانومتر) , D هو قطر العدسة . وبالنظر إلى هذه الصيغة، يصبح من الواضح مدى أهمية قطر العدسة. هذه المعلمة هي المفتاح لأكبر وأغلى التلسكوبات. ومن الواضح أيضًا أن التلسكوب القادر على الرؤية بالأشعة السينية يتفوق على التلسكوب البصري التقليدي. والحقيقة هي أن الطول الموجي للأشعة السينية أقصر 100 مرة من الطول الموجي للضوء في النطاق البصري. لذلك، بالنسبة لمثل هذه التلسكوبات، يكون الحد الأدنى للمسافة الزاوية التي يمكن تمييزها أقل بـ 100 مرة من التلسكوبات البصرية التقليدية التي لها نفس قطر العدسة.

أتاحت دراسة الانحراف تحسين الأدوات الفلكية بشكل كبير. في التلسكوبات الحديثة، يتم تقليل تأثيرات الانحراف إلى الحد الأدنى، لكن الانحراف هو الذي يحد من قدرات الأجهزة البصرية.

رسم بياني 1رسم توضيحي للانحراف الكروي المصحح. السطح الموجود في محيط العدسة له طول بؤري أقصر منه في المركز.

تتكون معظم عدسات التصوير الفوتوغرافي من عناصر ذات أسطح كروية. من السهل نسبيًا تصنيع هذه العناصر، لكن شكلها ليس مثاليًا لتكوين الصورة.

تفاصيل التحقيق- وهذا من عيوب تكوين الصورة التي تحدث بسبب الشكل الكروي للعدسة. أرز. يوضح الشكل 1 الانحراف الكروي للعدسة الإيجابية.

تتركز الأشعة التي تمر عبر العدسة بعيدًا عن المحور البصري في موضعها مع. يتم تركيز الأشعة التي تمر بالقرب من المحور البصري في موضعها أفهي أقرب إلى سطح العدسة. وبالتالي، فإن موضع التركيز يعتمد على الموقع الذي تمر فيه الأشعة عبر العدسة.

إذا كان تركيز الحافة أقرب إلى العدسة من التركيز المحوري، كما يحدث مع العدسة الموجبة (الشكل 1). 1، ثم يقولون أن انحراف كروي غير مصحح. وعلى العكس من ذلك، إذا كان تركيز الحافة خلف التركيز المحوري، فيقال إن الانحراف الكروي يكون إعادة تصحيح.

عادة ما يتم الحصول على صورة النقطة التي تصنعها العدسة ذات الانحرافات الكروية من خلال نقاط محاطة بهالة من الضوء. يظهر الانحراف الكروي عادة في الصور الفوتوغرافية عن طريق تخفيف التباين وطمس التفاصيل الدقيقة.

يكون الانحراف الكروي منتظمًا عبر المجال، مما يعني أن التركيز الطولي بين حواف العدسة والمركز لا يعتمد على ميل الأشعة.

يبدو من الشكل 1 أنه من المستحيل تحقيق دقة جيدة على عدسة ذات انحراف كروي. في أي موضع خلف العدسة على العنصر الحساس للضوء (فيلم أو مستشعر)، بدلاً من نقطة واضحة، سيتم عرض قرص التمويه.

ومع ذلك، هناك تركيز "أفضل" هندسيًا يتوافق مع القرص الأقل ضبابية. تحتوي هذه المجموعة الفريدة من المخاريط الضوئية على مقطع عرضي صغير في موضعها ب.

تحول التركيز

عندما يكون الحجاب الحاجز خلف العدسة، تحدث ظاهرة مثيرة للاهتمام. إذا تم إغلاق الحجاب الحاجز بحيث يقطع الأشعة عن محيط العدسة، فإن التركيز ينتقل إلى اليمين. مع فتحة مغلقة للغاية، سيتم ملاحظة أفضل تركيز بؤري في الموضع ج، أي أن مواضع الأقراص ذات أقل ضبابية عند إغلاق الفتحة وعندما تكون الفتحة مفتوحة ستختلف.

للحصول على أفضل وضوح عند فتحة مغلقة، يجب وضع المصفوفة (الفيلم) في موضعها ج. يوضح هذا المثال بوضوح أن هناك احتمالًا بعدم تحقيق أفضل مستوى من الوضوح، نظرًا لأن معظم أنظمة التصوير الفوتوغرافي مصممة للعمل بفتحة واسعة.

يركز المصور مع فتح العدسة بالكامل، ويعرض القرص الأقل ضبابية في الموضع على المستشعر. ب، ثم عند التصوير تغلق فتحة العدسة تلقائيًا إلى القيمة المحددة، ولا يشك في شيء مما يلي في هذه اللحظة تحول التركيزمما يمنعها من تحقيق أفضل دقة.

وبطبيعة الحال، فإن الفتحة المغلقة تقلل الانحرافات الكروية أيضًا عند هذه النقطة ب، لكنها لن تتمتع بأفضل درجة من الوضوح.

يمكن لمستخدمي DSLR إغلاق فتحة المعاينة للتركيز على الفتحة الفعلية.

اقترح نورمان غولدبرغ التعويض التلقائي لتحولات التركيز. أطلقت Zeiss مجموعة من عدسات محدد المدى لكاميرات Zeiss Ikon التي تتميز بتصميم مصمم خصيصًا لتقليل تحول التركيز البؤري مع تغيير قيم الفتحة. وفي الوقت نفسه، يتم تقليل الانحرافات الكروية في عدسات كاميرات محدد المدى بشكل كبير. ما مدى أهمية تحويل التركيز البؤري لعدسات كاميرا محدد المدى؟ وفقًا للشركة المصنعة لعدسة LEICA NOCTILUX-M مقاس 50 مم f/1، تبلغ هذه القيمة حوالي 100 ميكرون.

نمط طمس خارج نطاق التركيز

من الصعب تمييز تأثير الانحرافات الكروية على الصورة ضمن نطاق التركيز البؤري، ولكن يمكن رؤيته بوضوح في صورة خارج نطاق التركيز قليلاً. يترك الانحراف الكروي أثرًا مرئيًا في المنطقة خارج نطاق التركيز.

وبالعودة إلى الشكل 1، يمكن ملاحظة أن توزيع شدة الضوء في قرص التمويه في وجود انحراف كروي ليس منتظمًا.

حامل جيتميز القرص الضبابي بنواة مشرقة محاطة بهالة باهتة. بينما يكون قرص التمويه في موضعه أله قلب أغمق محاط بحلقة مشرقة من الضوء. قد تظهر مثل هذه التوزيعات الضوئية الشاذة في المنطقة الواقعة خارج نطاق التركيز البؤري في الصورة.

أرز. 2 تغييرات في التمويه أمام وخلف نقطة التركيز

المثال في الشكل. يُظهر الشكل 2 نقطة في وسط الإطار، تم التقاطها في وضع الماكرو 1:1 باستخدام عدسة مقاس 85/1.4 مثبتة على عدسة منفاخ للماكرو. عندما يكون المستشعر خلف أفضل تركيز بمقدار 5 مم (النقطة الوسطى)، يُظهر قرص التمويه تأثير حلقة ساطعة (النقطة اليسرى)، ويتم الحصول على أقراص تمويه مماثلة باستخدام عدسات الغضروف المفصلي المنعكسة.

وعندما يكون المستشعر متقدمًا بمقدار 5 مم عن أفضل تركيز (أي أقرب إلى العدسة)، تتغير طبيعة التمويه نحو مركز مشرق محاط بهالة باهتة. كما ترون، قامت العدسة بتصحيح الانحراف الكروي بشكل زائد، لأنها تتصرف بشكل عكسي للمثال الموجود في الشكل. 1.

يوضح المثال التالي تأثير انحرافين على الصور خارج نطاق التركيز.

في التين. يُظهر الشكل 3 صليبًا تم تصويره في وسط الإطار باستخدام نفس العدسة مقاس 85/1.4. يتم تمديد الماكروفور بنحو 85 ملم، مما يعطي زيادة قدرها حوالي 1:1. تم تحريك الكاميرا (المصفوفة) بزيادات قدرها 1 مم في كلا الاتجاهين من التركيز الأقصى. التقاطع هو صورة أكثر تعقيدًا من النقطة، وتوفر مؤشرات الألوان توضيحات مرئية لعدم وضوحها.

أرز. 3 تشير الأرقام الموجودة في الرسوم التوضيحية إلى التغييرات في المسافة من العدسة إلى المصفوفة، وهي ملليمترات. تتحرك الكاميرا من -4 إلى +4 مم بزيادات قدرها 1 مم من أفضل موضع للتركيز (0)

يعد الانحراف الكروي مسؤولاً عن الطبيعة الصلبة للضبابية عند المسافات السلبية وعن الانتقال إلى التمويه الناعم عند المسافات الإيجابية. من المثير للاهتمام أيضًا تأثيرات الألوان التي تنشأ من الانحراف اللوني الطولي (اللون المحوري). إذا تم تجميع العدسة بشكل سيء، فإن الانحراف الكروي واللون المحوري هما الانحرافات الوحيدة التي تظهر في وسط الصورة.

في أغلب الأحيان، تعتمد قوة الانحراف الكروي وأحيانًا طبيعته على الطول الموجي للضوء. في هذه الحالة، يسمى التأثير المشترك للانحراف الكروي واللون المحوري. ومن هنا يتضح أن الظاهرة الموضحة في الشكل. يوضح الشكل 3 أن هذه العدسة غير مخصصة للاستخدام كعدسة ماكرو. تم تحسين معظم العدسات للتركيز على المجال القريب والتركيز اللانهائي، ولكن ليس للتركيز الكلي 1:1. في مثل هذا النهج، سيكون سلوك العدسات العادية أسوأ من عدسات الماكرو، والتي يتم استخدامها خصيصًا على مسافات قريبة.

ومع ذلك، حتى إذا تم استخدام العدسة في التطبيقات القياسية، فقد يظهر تشوه كروي في المنطقة خارج نطاق التركيز البؤري أثناء التصوير العادي ويؤثر على الجودة.

الاستنتاجات
وبطبيعة الحال، الرسم التوضيحي في الصورة. 1 مبالغة. في الواقع، كمية الانحرافات الكروية المتبقية في عدسات التصوير الفوتوغرافي صغيرة. يتم تقليل هذا التأثير بشكل كبير من خلال الجمع بين عناصر العدسة للتعويض عن مجموع الانحرافات الكروية المتعارضة، واستخدام الزجاج عالي الجودة، وهندسة العدسات المصممة بعناية واستخدام العناصر شبه الكروية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام العناصر العائمة لتقليل الانحرافات الكروية عبر نطاق معين من مسافات العمل.

بالنسبة للعدسات ذات الانحراف الكروي غير المصحح، فإن الطريقة الفعالة لتحسين جودة الصورة هي إغلاق الفتحة. بالنسبة للعنصر الذي تم تصحيحه في الشكل. 1 يتناقص قطر أقراص التمويه بما يتناسب مع مكعب قطر الفتحة.

قد يختلف هذا الاعتماد بالنسبة للانحرافات الكروية المتبقية في تصميمات العدسات المعقدة، ولكن كقاعدة عامة، يؤدي إغلاق الفتحة بنقطة توقف واحدة إلى تحسين الصورة بشكل ملحوظ.

وبدلاً من ذلك، بدلًا من محاربة الانحراف الكروي، يمكن للمصور استغلاله عمدًا. تضيف مرشحات تنعيم زايس، على الرغم من سطحها المسطح، انحرافات كروية للصورة. تحظى بشعبية كبيرة بين مصوري الصور الشخصية لتحقيق تأثير ناعم وصورة مثيرة للإعجاب.

© بول فان والري 2004-2015
ترجمة: ايفان Kosarekov

الانحراف هو مصطلح متعدد المعاني يستخدم في مجالات المعرفة المختلفة: علم الفلك والبصريات وعلم الأحياء والتصوير الفوتوغرافي والطب وغيرها. ما هي الانحرافات وما هي أنواع الانحرافات الموجودة سيتم مناقشتها في هذه المقالة.

معنى المصطلح

كلمة "انحراف" تأتي من اللغة اللاتينية وتترجم حرفيا على أنها "انحراف، تشويه، إزالة". وبالتالي فإن الانحراف هو ظاهرة الانحراف عن قيمة معينة.

في أي المجالات العلمية يمكن ملاحظة ظاهرة الانحراف؟

الانحراف في علم الفلك

في علم الفلك، يتم استخدام مفهوم انحراف الضوء. يُفهم على أنه الإزاحة البصرية لجرم سماوي أو جسم سماوي. ويحدث ذلك بسبب سرعة انتشار الضوء بالنسبة إلى الجسم المرصود والراصد. بمعنى آخر، يرى الراصد المتحرك جسمًا في مكان مختلف عن المكان الذي كان سيلاحظه فيه لو كان في حالة سكون. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كوكبنا في حركة مستمرة، وبالتالي فإن حالة الراحة للمراقب مستحيلة فيزيائيا.

وبما أن ظاهرة الانحراف ناتجة عن حركة الأرض، فإن هناك نوعين:

• الانحراف اليومي: يحدث الانحراف بسبب الدوران اليومي للأرض حول محورها؛
• الانحراف السنوي: يحدث بسبب ثورة الكوكب حول الشمس.

تم اكتشاف هذه الظاهرة عام 1727، ومنذ ذلك الحين اهتم كثير من العلماء بانحراف الضوء: توماس يونغ، إيري، آينشتاين وغيرهم.

انحراف النظام البصري

النظام البصري عبارة عن مجموعة من العناصر البصرية التي تقوم بتحويل أشعة الضوء. وأهم نظام من هذا النوع للإنسان هو العين. تُستخدم هذه الأنظمة أيضًا لتصميم الأدوات البصرية - الكاميرات والتلسكوبات والمجاهر وأجهزة العرض وما إلى ذلك.

الانحرافات البصرية هي تشوهات مختلفة للصور في الأنظمة البصرية تؤثر على النتيجة النهائية.

عندما يتحرك جسم ما بعيدًا عن ما يسمى بالمحور البصري، يحدث تشتت للأشعة، وتكون الصورة النهائية غير واضحة، أو غير مركزة، أو ضبابية، أو لها لون مختلف عن اللون الأصلي. وهذا انحراف. عند تحديد درجة الانحراف، يمكن استخدام صيغ خاصة لحسابها.

ينقسم انحراف العدسة إلى عدة أنواع.

الانحرافات أحادية اللون

في النظام البصري المثالي، يتم أيضًا تركيز الشعاع الصادر من كل نقطة على الجسم عند نقطة واحدة عند المخرج. من الناحية العملية، من المستحيل تحقيق هذه النتيجة: الشعاع، الذي يصل إلى السطح، يتركز في نقاط مختلفة. إن ظاهرة الانحراف هذه هي التي تجعل الصورة النهائية ضبابية. هذه التشوهات موجودة في أي نظام بصري حقيقي ومن المستحيل التخلص منها.

انحراف لوني

يحدث هذا النوع من الانحراف بسبب ظاهرة التشتت - تشتت الضوء. الألوان المختلفة للطيف لها سرعات انتشار مختلفة ودرجات انكسار مختلفة. وبالتالي، فإن البعد البؤري يختلف لكل لون. يؤدي هذا إلى ظهور حدود ملونة أو مناطق ذات ألوان مختلفة في الصورة.

يمكن الحد من ظاهرة الانحراف اللوني باستخدام عدسات لونية خاصة في الأجهزة البصرية.

تفاصيل التحقيق

يسمى شعاع الضوء المثالي الذي تمر فيه جميع الأشعة عبر نقطة واحدة فقط متماثل المركز.

مع ظاهرة الانحراف الكروي، فإن أشعة الضوء التي تمر على مسافات مختلفة من المحور البصري تتوقف عن أن تكون متجانسة المركز. تحدث هذه الظاهرة حتى عندما تكون نقطة الأصل مباشرة على المحور البصري. على الرغم من أن الأشعة تنتقل بشكل متناظر، إلا أن الأشعة البعيدة تخضع لانكسار أقوى، وتكتسب نقطة النهاية إضاءة غير منتظمة.

يمكن تقليل ظاهرة الانحراف الكروي باستخدام عدسة ذات نصف قطر سطحي متزايد.

تشوه

تتجلى ظاهرة التشويه (الانحناء) في التناقض بين شكل الجسم الأصلي وصورته. ونتيجة لذلك، تظهر ملامح مشوهة للكائن في الصورة. يمكن أن يكون من نوعين: تقعر الخطوط أو تحدبها. مع ظاهرة التشويه المشترك، قد يكون للصورة نمط تشويه معقد. يحدث هذا النوع من الانحراف بسبب المسافة بين المحور البصري والمصدر.

يمكن تصحيح ظاهرة التشوه عن طريق اختيار خاص للعدسات في النظام البصري. يمكن استخدام محرري الرسومات لتصحيح الصور الفوتوغرافية.

غيبوبة

إذا مر شعاع الضوء بزاوية بالنسبة للمحور البصري، يتم ملاحظة ظاهرة الغيبوبة. صورة النقطة في هذه الحالة لها مظهر بقعة متناثرة، تذكرنا بالمذنب، وهو ما يفسر اسم هذا النوع من الانحراف. عند التصوير الفوتوغرافي، تظهر الغيبوبة غالبًا عند التصوير بفتحة عدسة مفتوحة.

ويمكن تصحيح هذه الظاهرة، كما في حالة الانحرافات أو التشوهات الكروية، عن طريق اختيار العدسات، وكذلك عن طريق الفتحة - مما يقلل المقطع العرضي لشعاع الضوء باستخدام الأغشية.

الاستجماتيزم

مع هذا النوع من الانحراف، يمكن لنقطة غير موجودة على المحور البصري أن تأخذ شكل بيضاوي أو خط في الصورة. يحدث هذا الانحراف بسبب انحناءات مختلفة للسطح البصري.

يتم تصحيح هذه الظاهرة عن طريق اختيار انحناء خاص للسطح وسمك العدسة.

هذه هي الانحرافات الرئيسية المميزة للأنظمة البصرية.

الانحرافات الكروموسومية

يتجلى هذا النوع من الانحراف من خلال حدوث طفرات وإعادة ترتيب في بنية الكروموسومات.

الكروموسوم هو هيكل في نواة الخلية مسؤول عن نقل المعلومات الوراثية.

تحدث انحرافات الكروموسوم عادة أثناء انقسام الخلايا. هم داخل الكروموسومات وبين الكروموسومات.

أنواع الانحرافات:

أسباب الانحرافات الكروموسومية هي كما يلي:

• التعرض للكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض - البكتيريا والفيروسات التي تخترق بنية الحمض النووي؛
• العوامل الفيزيائية: الإشعاع، والأشعة فوق البنفسجية، ودرجات الحرارة القصوى، والضغط، والإشعاع الكهرومغناطيسي، وما إلى ذلك؛
• المركبات الكيميائية ذات الأصل الاصطناعي: المذيبات والمبيدات الحشرية وأملاح المعادن الثقيلة وأكسيد النيتريك وغيرها.

الانحرافات الكروموسومية تؤدي إلى عواقب صحية خطيرة. والأمراض التي تسببها عادة ما تحمل أسماء المتخصصين الذين وصفوها: متلازمة داون، متلازمة شيرشيفسكي-تيرنر، متلازمة إدواردز، متلازمة كلاينفلتر، متلازمة وولف-هيرشورن وغيرها.

في أغلب الأحيان، تؤثر الأمراض الناجمة عن هذا النوع من الانحراف على النشاط العقلي، والهيكل العظمي، والقلب والأوعية الدموية، والجهاز الهضمي والجهاز العصبي، والوظيفة الإنجابية للجسم.

لا يمكن دائمًا التنبؤ باحتمالية حدوث هذه الأمراض. ومع ذلك، بالفعل في مرحلة نمو الطفل في الفترة المحيطة بالولادة، بمساعدة الدراسات الخاصة، يمكن رؤية الأمراض الموجودة.

انحراف في علم الحشرات

علم الحشرات هو فرع من فروع علم الحيوان الذي يدرس الحشرات.

وهذا النوع من الانحراف يظهر بشكل عفوي. عادة ما يتم التعبير عنه بتغيير طفيف في بنية الجسم أو لون الحشرات. في أغلب الأحيان، يتم ملاحظة الانحراف في Lepidoptera وCoeoptera.

أسباب حدوثه هي تأثير العوامل الكروموسومية أو الفيزيائية على الحشرات في المرحلة التي تسبق الإيماجو (البالغة).

وبالتالي فإن الانحراف هو ظاهرة انحراف وتشويه. ويظهر هذا المصطلح في العديد من المجالات العلمية. يتم استخدامه غالبًا فيما يتعلق بالأنظمة البصرية والطب وعلم الفلك وعلم الحيوان.

1. مقدمة في نظرية الانحرافات

عندما نتحدث عن أداء العدسة، غالبًا ما نسمع هذه الكلمة الانحرافات. "هذه عدسة ممتازة، حيث يتم تصحيح جميع الانحرافات عمليًا!" - وهي أطروحة يمكن العثور عليها غالبًا في المناقشات أو المراجعات. من الأقل شيوعًا سماع رأي معاكس تمامًا، على سبيل المثال: "هذه عدسة رائعة، ويتم التعبير عن انحرافاتها المتبقية بشكل جيد وتشكل نمطًا بلاستيكيًا وجميلًا بشكل غير عادي"...

لماذا تنشأ مثل هذه الآراء المختلفة؟ سأحاول الإجابة على هذا السؤال: ما مدى جودة/سوء هذه الظاهرة بالنسبة للعدسات وأنواع التصوير الفوتوغرافي بشكل عام. لكن أولاً، دعونا نحاول معرفة ما هي انحرافات عدسة التصوير الفوتوغرافي. سنبدأ بالنظرية وبعض التعاريف.

بشكل عام استخدم هذا المصطلح انحراف (lat. ab- "من" + lat. errare "التجول، أن تكون مخطئًا") هو انحراف عن القاعدة، خطأ، نوع من تعطيل التشغيل العادي للنظام.

انحراف العدسة- خطأ، أو خطأ في الصورة في النظام البصري. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في بيئة حقيقية يمكن أن يحدث انحراف كبير للأشعة عن الاتجاه الذي تذهب إليه في النظام البصري "المثالي" المحسوب.

ونتيجة لذلك، تتأثر الجودة المقبولة عمومًا للصورة الفوتوغرافية: عدم كفاية الحدة في المركز، وفقدان التباين، وعدم وضوح شديد عند الحواف، وتشويه الشكل الهندسي والفضاء، وهالات الألوان، وما إلى ذلك.

الانحرافات الرئيسية المميزة لعدسات التصوير الفوتوغرافي هي كما يلي:

1. انحراف كوميدي.
2. تشوه.
3. الاستجماتيزم.
4. انحناء مجال الصورة.

وقبل أن نلقي نظرة فاحصة على كل منها، دعونا نتذكر من المقال كيفية مرور الأشعة عبر العدسة في النظام البصري المثالي:

سوف. 1. مرور الأشعة في النظام البصري المثالي.

كما نرى، يتم جمع كل الأشعة عند نقطة واحدة F - التركيز الرئيسي. ولكن في الواقع، كل شيء أكثر تعقيدا بكثير. جوهر الانحرافات البصرية هو أن الأشعة التي تسقط على العدسة من نقطة مضيئة واحدة لا تتجمع في نقطة واحدة. لذلك، دعونا نرى ما هي الانحرافات التي تحدث في النظام البصري عند تعرضه لانحرافات مختلفة.

هنا تجدر الإشارة أيضًا على الفور إلى أنه في كل من العدسة البسيطة والعدسة المعقدة، تعمل جميع الانحرافات الموضحة أدناه معًا.

فعل تفاصيل التحقيقهو أن الأشعة الساقطة على حواف العدسة تتجمع بالقرب من العدسة أكثر من الأشعة الساقطة على الجزء المركزي من العدسة. ونتيجة لذلك، تظهر صورة نقطة على المستوى على شكل دائرة أو قرص ضبابي.

سوف. 2. انحراف كروي.

في الصور الفوتوغرافية، تظهر تأثيرات الانحراف الكروي كصورة مخففة. غالبًا ما يكون التأثير ملحوظًا بشكل خاص عند الفتحات المفتوحة، وتكون العدسات ذات الفتحات الأكبر أكثر عرضة لهذا الانحراف. إذا تم الحفاظ على حدة الخطوط، فقد يكون هذا التأثير الناعم مفيدًا جدًا لبعض أنواع التصوير الفوتوغرافي، على سبيل المثال، الصور الشخصية.

سوء.3. تأثير ناعم على فتحة مفتوحة بسبب تأثير الانحراف الكروي.

في العدسات المصنوعة بالكامل من عدسات كروية، يكاد يكون من المستحيل القضاء تمامًا على هذا النوع من الانحراف. في العدسات فائقة السرعة، الطريقة الفعالة الوحيدة للتعويض بشكل كبير عن ذلك هي استخدام العناصر شبه الكروية في التصميم البصري.

3. الانحراف الكوميدي أو "الغيبوبة"

هذا نوع خاص من الانحراف الكروي للأشعة الجانبية. ويكمن تأثيره في أن الأشعة الواصلة بزاوية على المحور البصري لا تتجمع عند نقطة واحدة. وفي هذه الحالة يتم الحصول على صورة النقطة المضيئة عند حواف الإطار على شكل "مذنب طائر"، وليس على شكل نقطة. يمكن أن تتسبب الغيبوبة أيضًا في تعريض مناطق الصورة الموجودة خارج نطاق التركيز للضوء بشكل مفرط.

سوف. 4. الغيبوبة.

سوف. 5. غيبوبة في صورة فوتوغرافية

إنها نتيجة مباشرة لتشتت الضوء. جوهرها هو أن شعاع الضوء الأبيض، الذي يمر عبر العدسة، يتحلل إلى الأشعة الملونة المكونة له. تنكسر أشعة الموجة القصيرة (الأزرق والبنفسجي) في العدسة بقوة أكبر وتتقارب أقرب إليها من الأشعة طويلة التركيز (البرتقالي والأحمر).

سوف. 6. انحراف لوني. و- بؤرة الأشعة البنفسجية. ك – بؤرة الأشعة الحمراء .

هنا، كما في حالة الانحراف الكروي، يتم الحصول على صورة النقطة المضيئة على المستوى على شكل دائرة/قرص غير واضح.

في الصور الفوتوغرافية، يظهر الانحراف اللوني على شكل ظلال غريبة وحدود ملونة في المواضيع. يكون تأثير الانحراف ملحوظًا بشكل خاص في المشاهد المتناقضة. حاليًا، يمكن تصحيح CA بسهولة في محولات RAW إذا تم التصوير بتنسيق RAW.

سوف. 7. مثال على مظاهر الانحراف اللوني.

5. التشويه

يتجلى التشويه في انحناء وتشويه هندسة الصورة. أولئك. يتغير حجم الصورة مع المسافة من مركز الحقل إلى الحواف، ونتيجة لذلك تنحني الخطوط المستقيمة نحو المركز أو نحو الحواف.

يميز على شكل برميلأو سلبي(الأكثر شيوعًا لزاوية واسعة) و على شكل وسادةأو إيجابيالتشويه (يُرى غالبًا بأطوال بؤرية طويلة).

سوف. 8. تشويه المدبسة والبرميل

عادة ما يكون التشويه أكثر وضوحًا في العدسات ذات الأطوال البؤرية المتغيرة (التكبير/التصغير) مقارنة بالعدسات ذات الأطوال البؤرية الثابتة (الإصلاحات). بعض العدسات المذهلة، مثل عين السمكة، لا تصحح التشوه عمدًا بل وتؤكد عليه.

سوف. 9. تشويه برميل واضح للعدسةزينيتار 16ممعين السمكة.

في العدسات الحديثة، بما في ذلك تلك ذات الأطوال البؤرية المتغيرة، يتم تصحيح التشوه بشكل فعال عن طريق إدخال عدسة شبه كروية (أو عدة عدسات) في التصميم البصري.

6. الاستجماتيزم

الاستجماتيزم(من وصمة العار اليونانية - النقطة) تتميز باستحالة الحصول على صور لنقطة مضيئة عند حواف المجال، سواء على شكل نقطة أو حتى على شكل قرص. وفي هذه الحالة تنتقل النقطة المضيئة الواقعة على المحور البصري الرئيسي كنقطة، أما إذا كانت النقطة خارج هذا المحور فإنها تنتقل كخطوط معتمة ومتقاطعة ونحو ذلك.

غالبًا ما يتم ملاحظة هذه الظاهرة عند حواف الصورة.

سوف. 10. مظهر من مظاهر الاستجماتيزم

7. انحناء مجال الصورة

انحناء مجال الصورة- وهذا انحراف ونتيجة لذلك تقع صورة الجسم المسطح المتعامد مع المحور البصري للعدسة على سطح مقعر أو محدب للعدسة. يسبب هذا الانحراف وضوحًا غير متساوٍ عبر مجال الصورة. عندما يتم التركيز على الجزء المركزي من الصورة بشكل حاد، ستكون حوافها خارج نطاق التركيز ولن تظهر حادة. إذا قمت بضبط الحدة على طول حواف الصورة، فسيكون الجزء المركزي منها غير واضح.

يمكن تتبع حدوث هذا الخطأ باستخدام تجارب يمكن الوصول إليها بسهولة. لنأخذ عدسة متقاربة بسيطة 1 (على سبيل المثال، عدسة مستوية محدبة) بقطر كبير وطول بؤري صغير قدر الإمكان. يمكن الحصول على مصدر ضوء صغير وفي نفس الوقت ساطع تمامًا عن طريق حفر ثقب في شاشة كبيرة 2 يبلغ قطرها حوالي , وتركيب قطعة من الزجاج المصنفر 3 أمامها مضاءة بواسطة مصباح قوي من مصباح قصير. مسافة. من الأفضل تركيز الضوء من مصباح يدوي قوسي على الزجاج المصنفر. يجب أن تكون هذه "النقطة المضيئة" موجودة على المحور البصري الرئيسي للعدسة (الشكل 228، أ).

أرز. 228. دراسة تجريبية للانحراف الكروي: أ) العدسة التي يسقط عليها شعاع عريض تعطي صورة ضبابية. ب) المنطقة المركزية للعدسة تعطي صورة واضحة جيدة

وبمساعدة هذه العدسة، التي تسقط عليها أشعة واسعة من الضوء، لا يمكن الحصول على صورة واضحة للمصدر. بغض النظر عن كيفية تحريك الشاشة 4، فإنها تنتج صورة ضبابية إلى حد ما. لكن إذا حدت من سقوط الحزم على العدسة بوضع قطعة من الورق المقوى 5 أمامها مع وجود ثقب صغير مقابل الجزء المركزي (الشكل 228، ب)، فإن الصورة ستتحسن بشكل ملحوظ: يمكنك العثور على مثل هذا الموضع بالنسبة للشاشة 4 فإن صورة المصدر الموجودة عليها ستكون حادة جدًا. تتوافق هذه الملاحظة تمامًا مع ما نعرفه عن الصورة التي تم الحصول عليها في العدسة باستخدام الأشعة المحورية الضيقة (راجع الفقرة 89).

أرز. 229. شاشة ذات فتحات لدراسة الانحراف الكروي

دعونا الآن نستبدل الورق المقوى بفتحة مركزية بقطعة من الورق المقوى بها فتحات صغيرة تقع على طول قطر العدسة (الشكل 229). يمكن تتبع مسار الأشعة التي تمر عبر هذه الثقوب إذا كان الهواء الموجود خلف العدسة مدخنًا قليلاً. سنجد أن الأشعة التي تمر عبر ثقوب تقع على مسافات مختلفة من مركز العدسة تتقاطع في نقاط مختلفة: كلما ابتعد الشعاع عن محور العدسة كلما انكسر أكثر وكلما اقتربت النقطة من العدسة من تقاطعه مع المحور.

وهكذا، تظهر تجاربنا أن الأشعة التي تمر عبر مناطق منفصلة من العدسة تقع على مسافات مختلفة من المحور تعطي صورا للمصدر الواقع على مسافات مختلفة من العدسة. في موضع معين من الشاشة، ستظهر عليها مناطق مختلفة من العدسة: بعضها أكثر وضوحًا، والبعض الآخر عبارة عن صور أكثر ضبابية للمصدر، والتي سيتم دمجها في دائرة ضوئية. ونتيجة لذلك، تنتج عدسة ذات قطر كبير صورة لمصدر نقطي ليس على شكل نقطة، ولكن على شكل بقعة ضوء ضبابية.

لذلك، عند استخدام أشعة الضوء الواسعة، لا نحصل على صورة نقطية حتى عندما يكون المصدر موجودًا على المحور الرئيسي. ويسمى هذا الخطأ في الأنظمة البصرية الانحراف الكروي.

أرز. 230. ظهور الزيغ الكروي. الأشعة الخارجة من العدسة على ارتفاعات مختلفة فوق المحور تعطي صورًا لنقطة في نقاط مختلفة

بالنسبة للعدسات السلبية البسيطة، وبسبب الانحراف الكروي، سيكون البعد البؤري للأشعة التي تمر عبر المنطقة المركزية للعدسة أكبر أيضًا من الأشعة التي تمر عبر المنطقة الطرفية. بمعنى آخر، الشعاع الموازي الذي يمر عبر المنطقة المركزية للعدسة المتباعدة يصبح أقل تباعدًا من الشعاع الذي يمر عبر المناطق الخارجية. من خلال إجبار الضوء بعد عدسة متقاربة على المرور عبر عدسة متباعدة، فإننا نزيد البعد البؤري. ومع ذلك، ستكون هذه الزيادة أقل أهمية بالنسبة للأشعة المركزية منها بالنسبة للأشعة المحيطية (الشكل 231).

أرز. 231. الانحراف الكروي: أ) في عدسة تجميع؛ ب) في عدسة متباعدة

وبالتالي، فإن الطول البؤري الأطول للعدسة المجمعة المقابلة للأشعة المركزية سيزيد بشكل أقل من البعد البؤري الأقصر للأشعة المحيطية. وبالتالي فإن العدسة المتباعدة، بسبب انحرافها الكروي، تعادل الفرق في الأطوال البؤرية للأشعة المركزية والمحيطية، الناتج عن الانحراف الكروي للعدسة المجمعة. من خلال الحساب الصحيح لمجموعة العدسات المتقاربة والمتباعدة، يمكننا تنفيذ هذه المحاذاة بشكل كامل بحيث يتم تقليل الانحراف الكروي لنظام مكون من عدستين عمليًا إلى الصفر (الشكل 232). عادةً ما يتم لصق العدستين البسيطتين معًا (الشكل 233).

أرز. 232. تصحيح الانحراف الكروي من خلال الجمع بين العدسة المتقاربة والمتباعدة

أرز. 233. عدسة فلكية لاصقة، مصححة للانحراف الكروي

يتضح مما سبق أن تدمير الانحراف الكروي يتم من خلال مزيج من جزأين من النظام، حيث تعوض الانحرافات الكروية بعضها البعض. نحن نفعل الشيء نفسه عند تصحيح أوجه القصور الأخرى في النظام.

مثال على نظام بصري مع إزالة الانحراف الكروي هو العدسات الفلكية. إذا كان النجم موجودا على محور العدسة، فإن صورته غير مشوهة عمليا عن طريق الانحراف، على الرغم من أن قطر العدسة يمكن أن يصل إلى عدة عشرات من السنتيمترات.