Grundforskning. Sfærisk aberration i linser Billedet af et punkt med sfærisk aberration har formen

Sfærisk aberration ()

Hvis alle koefficienter, undtagen B, er lig med nul, tager (8) formen

Aberrationskurver i dette tilfælde har form af koncentriske cirkler, hvis centre er placeret ved punktet af det paraaksiale billede, og radierne er proportionale med den tredje potens af zoneradius, men afhænger ikke af positionen () af objektet i synsfeltet. Denne billedfejl kaldes sfærisk aberration.

Sfærisk aberration, der er uafhængig af, forvrænger både aksiale og off-akse punkter af billedet. De stråler, der kommer ud fra objektets aksiale punkt og laver betydelige vinkler med aksen, vil skære den på punkter, der ligger foran eller bagved det paraaksiale fokus (fig. 5.4). Det punkt, hvor strålerne fra kanten af diafragma skærer aksen, blev kaldt kantfokus. Hvis skærmen i billedområdet er placeret vinkelret på aksen, så er der en sådan position af skærmen, hvor den runde plet af billedet på den er minimal; dette minimale "billede" kaldes den mindste spredningscirkel.

Koma()

En aberration karakteriseret ved en ikke-nul koefficient F kaldes koma. Stråleaberrationskomponenterne i dette tilfælde har ifølge (8). udsigt

Som vi kan se, ved fast og radius af zonen, beskriver punktet (se fig. 2.1) ved ændring fra 0 til to gange en cirkel i billedplanet. Cirklens radius er ens, og dens centrum er i en afstand fra det paraaksiale fokus mod negative værdier på. Derfor er denne cirkel tangent til to lige linjer, der passerer gennem det paraaksiale billede, og komponenter med aksen på vinkler på 30°. Hvis alle mulige værdier bruges, danner sættet af lignende cirkler et område afgrænset af segmenter af disse lige linjer og buen af den største aberrationscirkel (fig. 3.3). Dimensionerne af det resulterende område øges lineært med stigende afstand af objektpunktet fra systemets akse. Når betingelsen om Abbes sinus er opfyldt, giver systemet et skarpt billede af et element i objektets plan, der er placeret i umiddelbar nærhed af aksen. Derfor kan udvidelsen af aberrationsfunktionen i dette tilfælde ikke indeholde udtryk, der afhænger lineært af. Det følger heraf, at hvis tilstanden af sines er opfyldt, er der ingen primær koma.

Astigmatisme () og feltkrumning ()

Aberrationer karakteriseret ved koefficienterne C og D er mere bekvemme at overveje sammen. Hvis alle andre koefficienter i (8) er lig med nul, så

For at demonstrere vigtigheden af sådanne aberrationer, lad os først antage, at billedstrålen er meget smal. Ifølge § 4.6 skærer strålerne fra en sådan stråle to korte segmenter af kurver, hvoraf den ene (tangential brændlinje) er ortogonal på meridionalplanet, og den anden (sagittal brændlinje) ligger i dette plan. Overvej nu lyset, der udgår fra alle punkter i objektplanets endelige område. Brændlinjer i billedrummet vil gå over til de tangentielle og sagittale brændflader. I den første tilnærmelse kan disse overflader betragtes som kugler. Lad og være deres radier, som anses for positive, hvis de tilsvarende krumningscentre er placeret på den anden side af billedplanet, hvorfra lyset udbreder sig (i tilfældet vist i fig. 3.4. i).

Krumningsradierne kan udtrykkes som koefficienter FRA og D. For at gøre dette, når man beregner stråleafvigelser med hensyn til krumning, er det mere bekvemt at bruge almindelige koordinater i stedet for Seidel-variable. Vi har (fig. 3.5)

hvor u- lille afstand mellem den sagittale brændlinje og billedplanet. Hvis en v er afstanden fra denne brændvidde til aksen

hvis vi forsømmer og sammenlignet med, så fra (12) finder vi

Tilsvarende

Lad os nu skrive disse relationer ud fra Seidel-variablerne. Ved at erstatte (2.6) og (2.8) i dem får vi

og ligeledes

I de sidste to relationer kan vi erstatte med og så får vi ved hjælp af (11) og (6).

værdien 2C + D almindeligvis kaldet tangentiel feltkrumning, værdi D -- sagittal krumning af feltet, og deres halve sum

som er proportional med deres aritmetiske middelværdi, bare feltkrumning.

Det følger af (13) og (18), at i en højde fra aksen er afstanden mellem de to fokale overflader (dvs. den astigmatiske forskel på billedstrålen)

halv forskel

hedder astigmatisme. I fravær af astigmatisme (C = 0) har vi. Radius R den fælles, sammenfaldende, fokale overflade kan i dette tilfælde beregnes ved hjælp af en simpel formel, som inkluderer krumningsradierne af systemets individuelle overflader og brydningsindekserne for alle medier.

Forvrængning()

Hvis i relationer (8) kun koefficienten E, derefter

Da koordinaterne og ikke er medtaget her, vil kortlægningen være stigmatisk og vil ikke afhænge af radius af udgangspupillen; billedpunkternes afstande til aksen vil dog ikke være proportionale med de tilsvarende afstande for motivpunkterne. Denne aberration kaldes forvrængning.

I nærvær af en sådan aberration vil billedet af en hvilken som helst linje i objektets plan, der passerer gennem aksen, være en lige linje, men billedet af enhver anden linje vil være buet. På fig. 3.6, men et objekt er vist i form af et gitter af rette linjer parallelt med akserne x og på og placeret i samme afstand fra hinanden. Ris. 3.6. b illustrerer den såkaldte tøndeforvrængning (E>0), og fig. 3.6. i - nålepudeforvrængning (E<0 ).

Ris. 3.6.

Det er tidligere blevet påpeget, at af de fem Seidel-aberrationer forstyrrer tre (sfærisk, koma og astigmatisme) billedets skarphed. De to andre (feltkrumning og forvrængning) ændrer sin position og form. I det generelle tilfælde er det umuligt at konstruere et system, der er fri for både alle primære aberrationer og fra aberrationer af højere orden; derfor skal man altid lede efter en passende kompromisløsning under hensyntagen til deres relative størrelser. I nogle tilfælde kan Seidel-aberrationer reduceres betydeligt ved højere ordens aberrationer. I andre tilfælde er det nødvendigt helt at eliminere nogle afvigelser, på trods af at andre typer afvigelser forekommer i dette tilfælde. For eksempel skal koma fuldstændig elimineres i teleskoper, for hvis det er til stede, vil billedet være asymmetrisk, og alle præcise astronomiske positionsmålinger vil miste deres betydning. . På den anden side, tilstedeværelsen af en vis feltkrumning og forvrængninger er relativt harmløse, da de kan elimineres ved hjælp af passende beregninger.

optisk aberration kromatisk astigmatisme forvrængning

Forekomsten af denne fejl kan spores ved hjælp af let tilgængelige eksperimenter. Lad os tage en simpel konvergerende linse 1 (for eksempel en plan-konveks linse) med en så stor diameter som muligt og en lille brændvidde. En lille og samtidig tilstrækkelig lys kilde kan opnås ved at bore et hul i en stor skærm 2 med en diameter på ca. kort afstand. Det er endnu bedre at koncentrere lyset fra lysbuelampen på det matte glas. Dette "lysende punkt" skal være placeret på linsens optiske hovedakse (fig. 228, a).

Ris. 228. Eksperimentel undersøgelse af sfærisk aberration: a) en linse, hvorpå en bred stråle falder, giver et sløret billede; b) linsens centrale zone giver et godt skarpt billede

Ved hjælp af den specificerede linse, hvorpå brede lysstråler falder, er det ikke muligt at opnå et skarpt billede af kilden. Uanset hvordan vi flytter skærm 4, er billedet ret sløret. Men hvis strålerne, der falder ind på linsen, begrænses ved at placere et stykke pap 5 foran det med et lille hul modsat den centrale del (fig. 228, b), så vil billedet forbedres betydeligt: det er muligt at finde sådanne en position af skærmen 4, at billedet af kilden på den vil være skarpt nok. Denne observation stemmer godt overens med, hvad vi ved om billedet opnået i en linse med smalle paraksiale stråler (jf. §89).

Ris. 229. Skærm med huller til undersøgelse af sfærisk aberration

Lad os nu erstatte pappet med et centralt hul med et stykke pap med små huller placeret langs linsens diameter (fig. 229). Forløbet af strålerne, der passerer gennem disse huller, kan spores, hvis luften bag linsen er let røget. Vi vil opdage, at stråler, der passerer gennem huller i forskellige afstande fra linsens centrum, skærer hinanden på forskellige punkter: Jo længere fra linsens akse strålen går, jo mere brydes den, og jo tættere på linsen er punktet. af dens skæring med aksen.

Vores eksperimenter viser således, at stråler, der passerer gennem individuelle zoner af linsen placeret i forskellige afstande fra aksen, giver billeder af kilden, der ligger i forskellige afstande fra linsen. Ved en given position af skærmen vil forskellige zoner af linsen give på den: nogle er skarpere, andre er mere slørede billeder af kilden, som vil smelte sammen til en lys cirkel. Som et resultat producerer en linse med stor diameter et billede af en punktkilde, ikke som en prik, men som en sløret lysplet.

Så når vi bruger brede lysstråler, får vi ikke et prikbillede, selv når kilden er placeret på hovedaksen. Denne fejl i optiske systemer kaldes sfærisk aberration.

Ris. 230. Forekomst af sfærisk aberration. Stråler, der forlader linsen i forskellige højder over aksen, giver billeder af et punkt på forskellige punkter

For simple negative linser, på grund af sfærisk aberration, vil brændvidden af stråler, der passerer gennem linsens centrale zone, også være større end for stråler, der passerer gennem den perifere zone. Med andre ord bliver en parallel stråle, der passerer gennem den centrale zone af en divergerende linse, mindre divergerende end en stråle, der passerer gennem de ydre zoner. Ved at tvinge lyset efter den konvergerende linse til at passere gennem den divergerende linse, øger vi brændvidden. Denne stigning vil dog være mindre væsentlig for de centrale stråler end for de perifere stråler (Fig. 231).

Ris. 231. Sfærisk aberration: a) i en konvergerende linse; b) i en divergerende linse

Den længere brændvidde af den konvergerende linse svarende til de centrale stråler vil således øges i mindre grad end den kortere brændvidde af de perifere stråler. Derfor udligner den divergerende linse, på grund af sin sfæriske aberration, forskellen i brændvidder af de centrale og perifere stråler på grund af den sfæriske aberration af den konvergerende linse. Ved korrekt at beregne kombinationen af konvergerende og divergerende linser kan vi opnå denne justering så fuldstændigt, at den sfæriske aberration af systemet af to linser praktisk talt vil blive reduceret til nul (fig. 232). Normalt limes begge simple linser sammen (fig. 233).

Ris. 232 Korrigering af sfærisk aberration ved at kombinere konvergerende og diffuserende linser

Ris. 233. Bonded astronomisk linse korrigeret for sfærisk aberration

Det kan ses af det nævnte, at elimineringen af sfærisk aberration udføres ved en kombination af to dele af systemet, hvis sfæriske aberrationer gensidigt kompenserer for hinanden. Det samme gør vi, når vi udbedrer andre mangler ved systemet.

Astronomiske linser kan tjene som et eksempel på et optisk system med sfærisk aberration elimineret. Hvis stjernen er placeret på linsens akse, er dens billede praktisk talt ikke forvrænget af aberration, selvom linsens diameter kan nå flere titusinder af centimeter.

Det er sædvanligt at overveje en stråle af stråler, der kommer ud fra et punkt på et objekt, der er placeret på den optiske akse. Imidlertid forekommer sfærisk aberration også for andre stråler af stråler, der kommer fra punkter på objektet fjernt fra den optiske akse, men i sådanne tilfælde betragtes det som en integreret del af aberrationerne i hele den skrå strålestråle. Desuden, selvom denne aberration kaldes sfærisk, det er karakteristisk ikke kun for sfæriske overflader.

Som et resultat af sfærisk aberration antager en cylindrisk stråle af stråler, efter at være blevet brudt af en linse (i billedrummet), ikke form af en kegle, men af en tragtformet figur, hvis ydre overflade nær flaskehalsen , kaldes den kaustiske overflade. I dette tilfælde har billedet af et punkt form af en skive med en uensartet fordeling af belysning, og formen af den kaustiske kurve gør det muligt at bedømme arten af fordelingen af belysning. I det generelle tilfælde er spredningsfiguren, i nærvær af sfærisk aberration, et system af koncentriske cirkler med radier, der er proportionale med koordinaternes tredje potens ved indgangs- (eller udgangs-) eleven.

Design værdier

Afstand δs" langs den optiske akse mellem forsvindingspunkterne for nul og ekstreme stråler kaldes langsgående sfærisk aberration.

Diameter δ" spredningscirklen (skiven) bestemmes af formlen

2h 1 - systemhulsdiameter;
en"- afstand fra systemet til billedpunktet;
δs"- langsgående aberration.

Til genstande placeret ved uendelig

Ved at kombinere sådanne simple linser kan sfærisk aberration korrigeres væsentligt.

Nedskæring og fiksering

I nogle tilfælde kan en lille mængde sfærisk aberration af tredje orden korrigeres ved at defokusere objektivet en smule. I dette tilfælde skifter billedplanet til det såkaldte "den bedste installations fly", placeret som regel i midten mellem skæringspunktet mellem de aksiale og ekstreme stråler og ikke sammenfaldende med det smalleste skæringspunkt for alle strålerne i en bred stråle (skiven med mindst spredning). Denne uoverensstemmelse forklares ved fordelingen af lysenergi i skiven med mindst spredning, som danner belysningsmaksima ikke kun i midten, men også på kanten. Det vil sige, vi kan sige, at "disken" er en lys ring med en central prik. Derfor vil opløsningen af det optiske system, i det plan, der falder sammen med skiven med mindst spredning, være lavere på trods af den mindre mængde tværgående sfærisk aberration. Egnetheden af denne metode afhænger af størrelsen af den sfæriske aberration og arten af belysningsfordelingen i spredningsskiven.

Strengt taget kan sfærisk aberration kun korrigeres fuldstændigt for nogle par af smalle zoner, og desuden kun for visse to konjugerede punkter. I praksis kan korrektionen dog være ganske tilfredsstillende selv for to-linsesystemer.

Normalt elimineres sfærisk aberration for én højdeværdi h 0 svarende til kanten af systemets pupil. I dette tilfælde forventes den højeste værdi af den resterende sfæriske aberration i en højde h e bestemt af en simpel formel

Resterende sfærisk aberration fører til, at billedet af et punkt aldrig bliver et punkt. Det vil forblive en disk, selvom det er meget mindre end i tilfælde af ukorrigeret sfærisk aberration.

For at reducere den resterende sfæriske aberration tyer man ofte til en beregnet "genkorrektion" ved kanten af systemets pupil, hvilket giver den sfæriske aberration i kantzonen en positiv værdi ( δs"> 0). I dette tilfælde krydser strålerne pupillen i en højde h e, krydser endnu tættere på fokuspunktet, og kantstrålerne, selvom de konvergerer bag fokuspunktet, går ikke ud over grænserne for spredningsskiven. Størrelsen af spredningsskiven falder således, og dens lysstyrke øges. Det vil sige, at både detaljen og kontrasten i billedet er forbedret. Men på grund af arten af fordelingen af belysning i spredningsskiven har linser med "genkorrigeret" sfærisk aberration ofte en "fordobling" ude af fokus sløring.

I nogle tilfælde er væsentlig "genkorrektion" tilladt. Så for eksempel havde de tidlige "Planars" af Carl Zeiss Jena en positiv værdi af sfærisk aberration ( δs"> 0), både for pupillens rand- og midterzone. Denne løsning reducerer kontrasten noget ved fuld blænde, men øger opløsningen mærkbart ved små blænderåbninger.

Noter

Litteratur

Begunov B. N. Geometrisk optik, Moscow State University, 1966.
Volosov D.S., Fotografisk optik. M., "Kunst", 1971.
Zakaznov N. P. et al., Theory of optical systems, M., "Engineering", 1992.
Landsberg G.S. Optik. M., FIZMATLIT, 2003.
Churilovsky V. N. Teori om optiske enheder, L., "Engineering", 1966.
Smith, Warren J. Modern optisk teknik, McGraw-Hill, 2000.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Fysisk encyklopædi

En af typerne af aberrationer i optiske systemer (Se aberrationer i optiske systemer); manifesterer sig i uoverensstemmelsen mellem fokus for lysstråler, der passerer gennem et aksesymmetrisk optisk system (linse (se linse), objektiv) i forskellige afstande fra ... Stor sovjetisk encyklopædi

Billedforvrængning i optiske systemer på grund af, at lysstråler fra en punktkilde placeret på den optiske akse ikke opsamles på et punkt med de stråler, der har passeret gennem dele af systemet fjernt fra aksen. * * * Sfærisk … … encyklopædisk ordbog

sfærisk aberration- sferinė aberacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sfærisk aberration vok. spärische Aberration, f rus. sfærisk aberration, fpranc. aberration de sphéricité, f; aberration sphérique, f … Fizikos terminų žodynas

SFERISK ABERRATION- Se aberration, sfærisk... Forklarende ordbog for psykologi

sfærisk aberration- på grund af misforholdet mellem foci af lysstråler, der passerer i forskellige afstande fra systemets optiske akse, fører det til billedet af et punkt i form af en cirkel med forskellig belysning. Se også: aberration kromatisk aberration... Encyklopædisk ordbog for metallurgi

En af afvigelserne i optiske systemer på grund af uoverensstemmelsen mellem foci for lysstråler, der passerer gennem et aksesymmetrisk optisk system. system (linse, objektiv) i forskellige afstande fra dette systems optiske akse. Det ser ud til, at billedet ...... Stor encyklopædisk polyteknisk ordbog

Billedforvrængning i optisk systemer på grund af, at lyset stråler fra en punktkilde placeret på optikeren. akser opsamles ikke på et punkt med de stråler, der har passeret gennem dele af systemet fjernt fra aksen ... Naturvidenskab. encyklopædisk ordbog

Fig.1 Illustration af ukorrigeret sfærisk aberration. Overfladen ved linsens periferi har en kortere brændvidde end i midten.

De fleste fotografiske linser er opbygget af elementer med sfæriske overflader. Sådanne elementer er relativt nemme at fremstille, men deres form er ikke ideel til billeddannelse.

Sfærisk aberration er en af de fejl i billeddannelsen, der opstår på grund af linsens sfæriske form. Ris. 1 illustrerer sfærisk aberration for en positiv linse.

Stråler, der passerer gennem linsen længere fra den optiske akse, fokuseres i position Med. Stråler, der passerer tættere på den optiske akse, fokuseres i position -en, er de tættere på linsens overflade. Placeringen af fokus afhænger således af det sted, hvor strålerne passerer gennem linsen.

Hvis kantfokus er tættere på linsen end det aksiale fokus, som det sker med en positiv linse Fig. 1, så sig sfærisk aberration underkorrigeret. Omvendt, hvis kantfokus er bag det aksiale fokus, så siges den sfæriske aberration at være rettet om.

Billedet af en prik lavet af en linse med sfæriske aberrationer er normalt opnået af prikker omgivet af en glorie af lys. Sfærisk aberration viser sig normalt i fotografier ved at blødgøre kontrasten og sløre fine detaljer.

Sfærisk aberration er ensartet på tværs af feltet, hvilket betyder, at det langsgående fokus mellem linsens kanter og midten ikke afhænger af strålernes hældning.

Af fig. 1 ser det ud til, at det er umuligt at opnå god skarphed på et objektiv med sfærisk aberration. I enhver position bag linsen på det lysfølsomme element (film eller matrix) vil der blive projiceret en sløringsskive i stedet for et klart punkt.

Der er dog et geometrisk "bedst" fokus, der svarer til den mindst slørede disk. Dette ejendommelige ensemble af lyskegler har en minimumssektion i positionen b.

Fokusskift

Når blænden er bag objektivet, observeres et interessant fænomen. Hvis blænden er dækket på en sådan måde, at den afskærer strålerne i periferien af linsen, så flyttes fokus til højre. Med en stærkt dækket blænde, vil det bedste fokus blive observeret i positionen c, det vil sige, at positionerne af de mindst slørede skiver med en tildækket åbning og med en åben åbning vil være forskellige.

For at få den bedste skarphed på en tildækket blænde bør matrixen (filmen) placeres i positionen c. Dette eksempel viser tydeligt, at der er mulighed for, at den bedste skarphed ikke opnås, da de fleste fotografiske systemer er designet til at arbejde med en åben blænde.

Fotografen fokuserer ved fuld blænde og projicerer disken med mindst sløring i position b, så når der optages, lukker blænden automatisk til den indstillede værdi, og han har ikke mistanke om noget om den efterfølgende i dette øjeblik fokus skift, hvilket ikke tillader ham at opnå den bedste skarphed.

Selvfølgelig reducerer en overdækket blænde sfæriske aberrationer også på et punkt b, men stadig vil den ikke have den bedste skarphed.

SLR-brugere kan lukke forhåndsvisningsblænden for at fokusere på den faktiske blænde.

Automatisk fokusskiftkompensation blev foreslået af Norman Goldberg. Zeiss har lanceret en række afstandsmålerobjektiver til Zeiss Ikon-kameraerne, som har et specielt designet kredsløb til at minimere fokusskift med blændeændringer. Samtidig reduceres sfæriske aberrationer i objektiver til afstandsmålerkameraer betydeligt. Hvor vigtigt er fokusskift for afstandsmålerobjektiver, spørger du? Ifølge producenten af LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1-objektivet er denne værdi omkring 100 µm.

Sløringens natur ude af fokus

Effekten af sfæriske aberrationer på et billede i fokus er svær at gennemskue, men kan tydeligt ses på et billede, der er lidt ude af fokus. Sfærisk aberration efterlader et synligt spor i sløringszonen.

Idet der vendes tilbage til fig. 1, kan det bemærkes, at fordelingen af lysintensiteten i sløringsskiven i nærvær af sfærisk aberration ikke er ensartet.

Gravid c Sløringsskiven er karakteriseret ved en lys kerne omgivet af en svag glorie. Mens sløringsskiven er i position -en har en mørkere kerne omgivet af en lys ring af lys. Sådanne unormale fordelinger af lys kan forekomme i det slørede område af billedet.

Ris. 2 Sløringsændringer før og efter fokuspunktet

Eksempel i fig. 2 viser en prik i midten af billedet taget i 1:1 makrotilstand med et 85/1,4 objektiv monteret på en makrobælg. Når sensoren er 5 mm bag det bedste fokus (midtpunkt), viser sløringsskiven en lys ringeffekt (venstre plet), lignende sløringsskiver opnås med meniskreflekslinser.

Og når sensoren er 5 mm foran det bedste fokus (dvs. tættere på objektivet), har sløringens karakter ændret sig mod et lyst center omgivet af en svag glorie. Som du kan se, er linsen blevet korrigeret for sfærisk aberration, fordi den opfører sig på den modsatte måde af eksemplet i fig. en.

Følgende eksempel illustrerer effekten af to aberrationer på billeder, der ikke er i fokus.

På Fig. 3 viser et kryds, som blev fotograferet i midten af rammen med samme 85/1.4-objektiv. Makropelsen forlænges med ca. 85 mm, hvilket giver en stigning på ca. 1:1. Kameraet (matrix) blev flyttet i trin på 1 mm i begge retninger fra det maksimale fokus. Korset er et mere komplekst billede end prikken, og farveindikatorerne giver visuelle illustrationer af dets sløring.

Ris. 3 Tallene på illustrationerne angiver ændringer i afstanden fra linsen til matrixen, disse er millimeter. Kameraet bevæger sig fra -4 til +4 mm i intervaller på 1 mm fra den bedste fokusposition (0)

Sfærisk aberration er ansvarlig for sløringens barske karakter ved negative afstande og overgangen til blød sløring ved positive afstande. Også af interesse er farveeffekter, der opstår på grund af langsgående kromatisk aberration (aksial farve). Hvis objektivet er dårligt samlet, så er sfærisk aberration og aksial farve de eneste aberrationer, der vises i midten af billedet.

Oftest afhænger styrken og nogle gange arten af sfærisk aberration af lysets bølgelængde. I dette tilfælde kaldes den kombinerede effekt af sfærisk aberration og aksial farve . Heraf bliver det klart, at fænomenet illustreret i fig. 3 angiver, at dette objektiv ikke er beregnet til brug som et makroobjektiv. De fleste objektiver er optimeret til nærfeltsfokusering og uendelig fokusering, men ikke til 1:1 makro. Ved denne zoom vil konventionelle objektiver opføre sig dårligere end makroobjektiver, som bruges specifikt på nært hold.

Men selvom objektivet bruges til standardapplikationer, kan sfærokromatisme dukke op i området uden for fokus ved normal optagelse og påvirke kvaliteten.

konklusioner
Selvfølgelig er illustrationen i fig. 1 er en overdrivelse. I virkeligheden er mængden af resterende sfæriske aberrationer i fotografiske linser lille. Denne effekt reduceres kraftigt ved at kombinere linseelementer for at kompensere for summen af modsatrettede sfæriske aberrationer, brugen af højkvalitetsglas, omhyggeligt designet linsegeometri og brugen af asfæriske elementer. Derudover kan flydende elementer bruges til at reducere sfæriske aberrationer over et bestemt driftsafstandsområde.

I tilfælde af objektiver med underkorrigeret sfærisk aberration er en effektiv måde at forbedre billedkvaliteten på at stoppe blænden. For det underkorrigerede element i fig. 1, aftager diameteren af sløringsskiverne i forhold til terningen af åbningsdiameteren.

Denne afhængighed kan variere for resterende sfæriske aberrationer i komplekse linseskemaer, men som regel giver lukning af blænden med et stop allerede en mærkbar forbedring af billedet.

Alternativt, i stedet for at bekæmpe sfærisk aberration, kan fotografen med vilje udnytte det. Zeiss blødgørende filtre, på trods af den flade overflade, tilføjer sfæriske aberrationer til billedet. De er populære blandt portrætfotografer for deres bløde effekt og imponerende karakter.

Der er ingen ideelle ting... Der er heller ingen ideel linse - en linse, der er i stand til at bygge et billede af et uendeligt lille punkt i form af et uendeligt lille punkt. Grunden til dette - sfærisk aberration.

Sfærisk aberration- forvrængning som følge af forskellen i brændpunkter for stråler, der passerer i forskellige afstande fra den optiske akse. I modsætning til koma og astigmatisme beskrevet tidligere, er denne forvrængning ikke asymmetrisk og resulterer i en ensartet divergens af stråler fra en punktlyskilde.

Sfærisk aberration er iboende i varierende grad i alle objektiver, med nogle få undtagelser (den jeg kender er Era-12, dens skarphed er mere begrænset af kromatisme), det er denne forvrængning, der begrænser objektivets skarphed ved åben blænde.

Skema 1 (Wikipedia). Udseendet af sfærisk aberration

Sfærisk aberration har mange ansigter - nogle gange kaldes det ædel "software", nogle gange lavkvalitets "sæbe", den danner i højere grad linsens bokeh. Takket være hende er Trioplan 100/2.8 en boblegenerator, og New Petzval fra Lomografisk Selskab har kontrol over sløring... Men først ting først.

Hvordan optræder sfærisk aberration i et billede?

Den mest oplagte manifestation er sløring af objektets konturer i skarphedszonen ("konturernes glød", "blød effekt"), skjulningen af små detaljer, følelsen af ufokusering ("sæbe" - i alvorlige tilfælde) ;

Et eksempel på sfærisk aberration (software) i et billede taget med Industar-26M fra FED, F/2.8

Meget mindre indlysende er manifestationen af sfærisk aberration i linsens bokeh. Afhængigt af tegnet, korrektionsgraden osv. kan sfærisk aberration danne forskellige cirkler af forvirring.

Prøvebillede på Triplet 78 / 2.8 (F / 2.8) - slørede cirkler har en lys kant og et lyst center - objektivet har en stor mængde sfærisk aberration

Et eksempel på et aplanat KO-120M 120 / 1,8 (F / 1,8) billede - cirklen af forvirring har en let udtalt kant, men den eksisterer stadig. Linsen, at dømme efter testene (publiceret af mig tidligere i en anden artikel) - den sfæriske aberration er lille

Og som et eksempel på et objektiv, hvis sfæriske aberration er usigeligt lille - et skud på Era-12 125/4 (F / 4). Cirklen er generelt blottet for en kant, fordelingen af lysstyrke er meget jævn. Dette taler om fremragende linsekorrektion (hvilket faktisk er sandt).

Eliminering af sfærisk aberration

Hovedmetoden er blænde. Afskæring af "ekstra" stråler giver dig mulighed for at forbedre skarpheden godt.

Skema 2 (Wikipedia) - reduktion af sfærisk aberration ved hjælp af en diaphram (1 fig.) og ved hjælp af defokusering (2 fig.). Defokusmetoden er normalt ikke egnet til fotografering.

Eksempler på fotografier af verden (midten er skåret ud) ved forskellige blændeåbninger - 2,8, 4, 5,6 og 8, lavet med Industar-61-objektivet (tidlig, FED).

F / 2.8 - ret stærk software er sammenfiltret

F / 4 - softwaren er faldet, billedets detaljer er forbedret

F/5.6 - næsten ingen software

F / 8 - ingen software, små detaljer er tydeligt synlige

I grafiske editorer kan du bruge skærpe- og sløringsfunktionerne, som kan reducere den negative effekt af sfærisk aberration en smule.

Nogle gange opstår sfærisk aberration på grund af linsefejl. Normalt - krænkelser af hullerne mellem linserne. Hjælper med justering.

For eksempel er der en mistanke om, at noget gik galt ved genberegning af Jupiter-9 for LZOS: Sammenlignet med Jupiter-9 produceret af KMZ er skarpheden af LZOS simpelthen fraværende på grund af enorm sfærisk aberration. De facto - linser adskiller sig i absolut alt, bortset fra tallene 85/2. Hvid kan konkurrere med Canon 85/1.8 USM, og sort kan kun konkurrere med Triplet 78/2.8 og bløde objektiver.

Optaget på en sort Jupiter-9 fra 80'erne, LZOS (F / 2)

Optaget på en hvid Jupiter-9 1959, KMZ (F / 2)

Relation til fotografens sfæriske aberration

Sfærisk aberration reducerer billedets skarphed og er nogle gange ubehageligt - det ser ud til, at objektet er ude af fokus. Optik med øget sfærisk aberration bør ikke anvendes ved normal optagelse.

Imidlertid er sfærisk aberration en integreret del af linsemønsteret. Uden den ville der ikke være nogen smukke bløde portrætter på Tair-11, skøre fabelagtige monokellandskaber, boblebokeh af den berømte Meyer Trioplan, "ærter" af Industar-26M og "voluminøse" cirkler i form af et katteøje på Zeiss Planar 50 / 1,7. Det er ikke værd at prøve at slippe af med sfærisk aberration i linser - det er værd at prøve at finde en brug for det. Selvom, selvfølgelig, overdreven sfærisk aberration i de fleste tilfælde ikke bringer noget godt.

konklusioner

I artiklen analyserede vi i detaljer effekten af sfærisk aberration på fotografering: på skarphed, bokeh, æstetik osv.