Objektiivi aberratsioonid. Sfääriline aberratsioon Seos fotograafi sfäärilise aberratsiooniga

Sõna aberratsioon viitab paljudele optilistele efektidele, mis on seotud objekti moonutamisega vaatluse ajal. Selles artiklis räägime mitmest aberratsiooni tüübist, mis on astronoomiliste vaatluste jaoks kõige olulisemad.

Valguse aberratsioon astronoomias on see valguse lõplikust kiirusest tingitud taevaobjekti näiv nihkumine koos vaadeldava objekti ja vaatleja liikumisega. Aberratsiooni mõju toob kaasa asjaolu, et näiv suund objektile ei lange kokku selle geomeetrilise suunaga samal ajahetkel.

Mõju seisneb selles, et tänu Maa liikumisele ümber Päikese ja valguse liikumiseks kuluva aja tõttu näeb vaatleja tähte teises kohas, kui see on. Kui Maa oleks paigal või kui valgus leviks silmapilkselt, siis valguse aberratsiooni ei esineks. Seetõttu ei tohi tähe asukoha määramisel taevas teleskoobi abil mõõta tähe kaldenurka, vaid seda Maa liikumissuunas veidi suurendada.

Aberratsiooniefekt ei ole suur. Selle suurim väärtus saavutatakse tingimusel, et maa liigub kiirte suunaga risti. Sel juhul on tähe asukoha kõrvalekalle vaid 20,4 sekundit, sest Maa läbib 1 sekundiga vaid 30 km ja valguskiir 300 000 km.

Samuti on mitut tüüpi geomeetriline aberratsioon. Sfääriline aberratsioon- läätse või objektiivi aberratsioon, mis seisneb selles, et läätse optilisel põhiteljel asuvast punktist lähtuv lai monokromaatiline valgusvihk lõikub läätse läbimisel mitte ühes, vaid mitmes punktis. asub optilisel teljel objektiivist erinevatel kaugustel, mistõttu pilt on udune. Selle tulemusena võib punktobjekti, näiteks tähte, vaadelda väikese pallina, võttes selle palli suuruse tähe suuruseks.

Pildivälja kõverus- aberratsioon, mille tagajärjel lameda objekti kujutis, mis on risti läätse optilise teljega, asetseb läätse suhtes nõgusal või kumeral pinnal. See aberratsioon põhjustab kogu pildivälja ebaühtlase teravuse. Seega, kui pildi keskosa on teravalt teravustatud, jäävad selle servad fookusest välja ja pilt on udune. Kui reguleerite teravust piki pildi servi, on selle keskosa hägune. Seda tüüpi aberratsioon ei ole astronoomia jaoks oluline.

Siin on veel mõned aberratsiooni tüübid:

Difraktsiooniaberratsioon tekib valguse difraktsiooni tõttu fotoobjektiivi diafragmal ja raamil. Difraktsiooniaberratsioon piirab fotoobjektiivi lahutusvõimet. Selle aberratsiooni tõttu on läätse poolt lahendatud punktide vaheline minimaalne nurkkaugus piiratud lambda/D radiaaniga, kus lambda on kasutatud valguse lainepikkus (optiline vahemik hõlmab tavaliselt elektromagnetlaineid pikkusega 400 nm kuni 700 nm) , D on objektiivi läbimõõt. Seda valemit vaadates saab selgeks, kui oluline on objektiivi läbimõõt. See parameeter on kõige suuremate ja kallimate teleskoopide jaoks võtmetähtsusega. Samuti on selge, et röntgenikiirgust nägev teleskoop on võrreldes tavapärase optilise teleskoobiga soodne. Fakt on see, et röntgenikiirguse lainepikkus on 100 korda lühem kui valguse lainepikkus optilises vahemikus. Seetõttu on selliste teleskoopide puhul minimaalne märgatav nurkkaugus 100 korda väiksem kui sama läätse läbimõõduga tavaliste optiliste teleskoopide puhul.

Aberratsiooni uurimine on võimaldanud astronoomilisi instrumente oluliselt täiustada. Kaasaegsetes teleskoopides on aberratsiooni mõju minimaalne, kuid just aberratsioon piirab optiliste instrumentide võimalusi.

Joonis 1 Illustratsioon alakorrigeeritud sfäärilisest aberratsioonist. Objektiivi perifeeria pinna fookuskaugus on lühem kui keskel.

Enamik fotoobjektiividest koosneb sfääriliste pindadega elementidest. Selliseid elemente on suhteliselt lihtne valmistada, kuid nende kuju pole kuvandi kujundamiseks ideaalne.

Sfääriline aberratsioon- see on üks defektidest pildi moodustamisel, mis tekib objektiivi sfäärilise kuju tõttu. Riis. Joonis 1 illustreerib positiivse läätse sfäärilist aberratsiooni.

Kiired, mis läbivad objektiivi optilisest teljest kaugemal, fokuseeritakse positsioonile Koos. Kiired, mis liiguvad optilisele teljele lähemale, fokusseeritakse positsioonile a, on need objektiivi pinnale lähemal. Seega sõltub fookuse asend asukohast, kus kiired läätse läbivad.

Kui servafookus on objektiivile lähemal kui teljesuunaline fookus, nagu juhtub positiivse läätse puhul. 1, siis öeldakse, et sfääriline aberratsioon parandamata. Ja vastupidi, kui servafookus on aksiaalse fookuse taga, siis öeldakse, et sfääriline aberratsioon on uuesti parandatud.

Sfääriliste aberratsioonidega objektiivi tehtud punkti kujutis saadakse tavaliselt valgushaloga ümbritsetud punktide abil. Sfääriline aberratsioon ilmneb fotodel tavaliselt kontrasti pehmendamise ja peente detailide hägustamise teel.

Sfääriline aberratsioon on kogu välja ulatuses ühtlane, mis tähendab, et pikifookus objektiivi servade ja keskpunkti vahel ei sõltu kiirte kaldest.

Jooniselt 1 näib, et sfäärilise aberratsiooniga objektiivil on võimatu saavutada head teravust. Igas asendis valgustundliku elemendi (kile või anduri) läätse taga projitseeritakse selge punkti asemel hägune ketas.

Siiski on olemas geomeetriliselt "parim" fookus, mis vastab vähima hägususe kettale. Sellel ainulaadsel heledate koonuste ansamblil on minimaalne ristlõige b.

Fookuse nihe

Kui diafragma on objektiivi taga, tekib huvitav nähtus. Kui diafragma on suletud nii, et see lõikab ära läätse perifeerias olevad kiired, nihkub fookus paremale. Väga suletud ava korral on parim fookus asendis c, see tähendab, et suletud ava ja avatud ava korral kõige vähem hägusate ketaste asukohad erinevad.

Parima teravuse saavutamiseks suletud ava juures tuleks maatriks (kile) asetada oma kohale c. See näide näitab selgelt, et on olemas võimalus, et parimat teravust ei saavutata, kuna enamik fotosüsteeme on loodud töötama laia avaga.

Fotograaf teravustab täielikult avatud avaga ja projitseerib sensorile väikseima hägususe ketta. b, siis pildistades sulgub ava automaatselt seatud väärtusele ja ta ei kahtlusta midagi sellest, mis sel hetkel järgneb fookuse nihe, mis ei lase tal saavutada parimat teravust.

Muidugi vähendab suletud ava sfäärilisi aberratsioone ka punktis b, kuid ometi pole see kõige parema teravusega.

DSLR-i kasutajad saavad eelvaate ava sulgeda, et teravustada tegelikule avale.

Norman Goldberg pakkus välja fookuse nihke automaatse kompenseerimise. Zeiss on turule toonud Zeiss Ikon kaamerate jaoks mõeldud kaugusmõõtja objektiivide sarja, millel on spetsiaalselt disainitud disain, et minimeerida fookuse nihkumist muutuvate ava väärtustega. Samal ajal vähenevad oluliselt kaugusmõõtjakaamerate objektiivide sfäärilised aberratsioonid. Kui oluline on kaugusmõõtja kaamera objektiivide fookuse nihe, küsite? LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 objektiivi tootja sõnul on see väärtus umbes 100 mikronit.

Fookusest väljas hägususmuster

Sfääriliste aberratsioonide mõju fookuses olevale pildile on raske märgata, kuid see on selgelt nähtav pildil, mis on veidi fookusest väljas. Sfääriline aberratsioon jätab fookusest väljas olevale alale nähtava jälje.

Tulles tagasi joonise 1 juurde, võime märkida, et valguse intensiivsuse jaotus udukettal ei ole sfäärilise aberratsiooni korral ühtlane.

rase c häguketast iseloomustab hele tuum, mida ümbritseb nõrk halo. Kui hägususe ketas on asendis a on tumedama südamikuga, mida ümbritseb ere valgusrõngas. Sellised anomaalsed valgusjaotused võivad ilmneda pildi fookusest väljas.

Riis. 2 Muutused udususes fookuspunkti ees ja taga

Näide joonisel fig. Joonisel 2 on kujutatud punkt kaadri keskel, jäädvustatud 1:1 makrorežiimis 85/1,4 objektiiviga, mis on paigaldatud makrolõõtsobjektiivile. Kui andur on parimast fookusest (keskpunktist) 5 mm tagapool, näitab hägususketas ereda rõnga (vasak koht) efekti, sarnased hägususkettad saadakse meniski refleksläätsedega.

Ja kui andur on parimast fookusest 5 mm ees (st objektiivile lähemal), on hägususe olemus muutunud heleda keskpunkti suunas, mida ümbritseb nõrk halo. Nagu näete, on objektiivil ülekorrigeeritud sfääriline aberratsioon, kuna see käitub vastupidiselt joonisel fig. 1.

Järgmine näide illustreerib kahe aberratsiooni mõju fookusest väljas olevatele piltidele.

Joonisel fig. 3 on kujutatud rist, mis on pildistatud kaadri keskel, kasutades sama 85/1,4 objektiivi. Makrofuur pikeneb ligikaudu 85 mm võrra, mis annab tõusu ligikaudu 1:1. Kaamerat (maatriksit) liigutati maksimaalsest fookusest mõlemas suunas 1 mm sammuga. Rist on keerulisem pilt kui täpp ja värviindikaatorid näitavad selle hägusust visuaalselt.

Riis. 3 Illustratsioonidel olevad numbrid näitavad muutusi objektiivi ja maatriksi vahelises kauguses, need on millimeetrid. kaamera liigub parimast fookusasendist 1 mm sammuga vahemikus -4 kuni +4 mm (0)

Sfääriline aberratsioon vastutab hägususe kõvaduse eest negatiivsete kauguste korral ja ülemineku pehmele hägususele positiivsete kauguste korral. Samuti pakuvad huvi värviefektid, mis tulenevad pikisuunalisest kromaatilisest aberratsioonist (aksiaalne värv). Kui objektiiv on halvasti kokku pandud, on sfääriline aberratsioon ja aksiaalne värvus ainsad aberratsioonid, mis pildi keskel ilmnevad.

Kõige sagedamini sõltub sfäärilise aberratsiooni tugevus ja mõnikord ka iseloom valguse lainepikkusest. Sel juhul nimetatakse sfäärilise aberratsiooni ja aksiaalse värvuse koosmõju. Sellest selgub, et joonisel fig. 3 näitab, et see objektiiv ei ole mõeldud kasutamiseks makroobjektiivina. Enamik objektiive on optimeeritud lähivälja ja lõpmatu teravustamise jaoks, kuid mitte 1:1 makro jaoks. Sellise lähenemise korral käituvad tavalised objektiivid halvemini kui makroobjektiivid, mida kasutatakse spetsiaalselt lähikaugustel.

Kuid isegi kui objektiivi kasutatakse tavalistes rakendustes, võib tavalise pildistamise ajal fookusest väljas olevale alale ilmuda sferokromatism ja mõjutada kvaliteeti.

järeldused
Loomulikult on joonisel fig. 1 on liialdus. Tegelikkuses on fotoobjektiivide jääkfääriliste aberratsioonide hulk väike. Seda efekti vähendab oluliselt objektiivielementide kombineerimine, et kompenseerida vastandlike sfääriliste aberratsioonide summa, kvaliteetse klaasi kasutamine, hoolikalt kavandatud objektiivi geomeetria ja asfääriliste elementide kasutamine. Lisaks saab ujuvaid elemente kasutada sfääriliste aberratsioonide vähendamiseks teatud töökauguste vahemikus.

Alakorrigeeritud sfäärilise aberratsiooniga objektiivide puhul on tõhus viis pildikvaliteedi parandamiseks ava sulgemine. Alakorrigeeritud elemendi puhul joonisel fig. 1 Hägususketaste läbimõõt väheneb proportsionaalselt ava läbimõõdu kuubikuga.

See sõltuvus võib keeruliste objektiivide disainilahenduste korral erineda jääkfääriliste aberratsioonide puhul, kuid reeglina annab ava ühe peatuse võrra sulgemine juba pildi märgatava paranemise.

Teise võimalusena võib fotograaf sfäärilise aberratsiooni vastu võitlemise asemel seda tahtlikult ära kasutada. Zeissi pehmendusfiltrid lisavad oma tasasele pinnale vaatamata pildile sfäärilisi aberratsioone. Need on portreefotograafide seas populaarsed, et saavutada pehme efekt ja muljetavaldav pilt.

© Paul van Walree 2004–2015
Tõlge: Ivan Kosarekov

Aberratsioon on polüsemantiline termin, mida kasutatakse erinevates teadmiste valdkondades: astronoomia, optika, bioloogia, fotograafia, meditsiin jm. Mis on aberratsioonid ja mis tüüpi aberratsioone esineb, arutatakse selles artiklis.

Mõiste tähendus

Sõna "aberratsioon" pärineb ladina keelest ja tähendab sõna-sõnalt "hälvet, moonutust, eemaldamist". Seega on aberratsioon teatud väärtusest kõrvalekaldumise nähtus.

Millistes teadusvaldkondades võib aberratsiooni nähtust täheldada?

Aberratsioon astronoomias

Astronoomias kasutatakse valguse aberratsiooni mõistet. Seda mõistetakse kui taevakeha või objekti visuaalset nihkumist. Seda põhjustab valguse levimise kiirus vaadeldava objekti ja vaatleja suhtes. Teisisõnu, liikuv vaatleja näeb objekti teises kohas, kui ta seda puhkeasendis vaatleks. Selle põhjuseks on asjaolu, et meie planeet on pidevas liikumises, mistõttu on vaatleja puhkeseisund füüsiliselt võimatu.

Kuna aberratsiooni nähtus on põhjustatud Maa liikumisest, on seda kahte tüüpi:

• päevane aberratsioon: kõrvalekalle on põhjustatud Maa igapäevasest pöörlemisest ümber oma telje;
• aastane aberratsioon: põhjustatud planeedi pöördest ümber Päikese.

See nähtus avastati 1727. aastal ja sellest ajast on valguse aberratsioonile tähelepanu pööranud paljud teadlased: Thomas Young, Airy, Einstein jt.

Optilise süsteemi aberratsioon

Optiline süsteem on optiliste elementide kogum, mis muundab valguskiire. Inimeste jaoks on kõige olulisem seda tüüpi süsteem silm. Selliseid süsteeme kasutatakse ka optiliste instrumentide – kaamerate, teleskoopide, mikroskoopide, projektorite jne projekteerimiseks.

Optilised aberratsioonid on erinevad kujutiste moonutused optilistes süsteemides, mis mõjutavad lõpptulemust.

Kui objekt liigub nn optilisest teljest eemale, tekib kiirte hajumine, lõpppilt on ebaselge, fokuseerimata, udune või algsest erinevat värvi. See on aberratsioon. Aberratsiooni astme määramisel saab selle arvutamiseks kasutada spetsiaalseid valemeid.

Objektiivi aberratsioon jaguneb mitmeks tüübiks.

Monokromaatilised aberratsioonid

Täiuslikus optilises süsteemis on objekti igast punktist lähtuv kiir koondunud väljundis ühte punkti. Praktikas on seda tulemust võimatu saavutada: pinnale ulatuv kiir on koondunud erinevatesse punktidesse. Just see aberratsiooninähtus muudab lõpliku pildi uduseks. Need moonutused esinevad igas reaalses optilises süsteemis ja neist on võimatu vabaneda.

Kromaatiline aberratsioon

Seda tüüpi aberratsiooni põhjustab dispersiooni nähtus – valguse hajumine. Spektri erinevatel värvidel on erinev levimiskiirus ja murdumisaste. Seega osutub fookuskaugus iga värvi puhul erinevaks. See toob kaasa värviliste piirjoonte või erinevat värvi alade ilmumise pildile.

Kromaatilise aberratsiooni nähtust saab vähendada, kasutades optilistes instrumentides spetsiaalseid akromaatseid läätsi.

Sfääriline aberratsioon

Ideaalset valguskiirt, milles kõik kiired läbivad ainult ühte punkti, nimetatakse homotsentriliseks.

Sfäärilise aberratsiooni nähtusega lakkavad optilisest teljest erinevatel kaugustel läbivad valguskiired olemast homotsentrilised. See nähtus esineb isegi siis, kui lähtepunkt asub otse optilisel teljel. Vaatamata sellele, et kiired liiguvad sümmeetriliselt, murduvad kaugemad kiired tugevamini ja lõpp-punkt omandab ebaühtlase valgustuse.

Sfäärilise aberratsiooni nähtust saab vähendada, kasutades suurendatud pinnaraadiusega objektiivi.

Moonutused

Moonutuse (kõveruse) nähtus avaldub algobjekti kuju ja selle kujutise lahknevuses. Selle tulemusena ilmuvad pildile objekti moonutatud kontuurid. võib olla kahte tüüpi: kontuuride nõgusus või nende kumerus. Kombineeritud moonutuse nähtuse korral võib kujutisel olla keeruline moonutusmuster. Seda tüüpi aberratsiooni põhjustab optilise telje ja allika vaheline kaugus.

Moonutuse nähtust saab korrigeerida optilise süsteemi objektiivide spetsiaalse valikuga. Fotode parandamiseks saab kasutada graafikaredaktoreid.

kooma

Kui valguskiir läbib optilise telje suhtes nurga all, siis täheldatakse kooma nähtust. Punkti kujutis on antud juhul hajutatud laiguna, mis meenutab komeeti, mis seletab seda tüüpi aberratsiooni nimetust. Pildistamisel tekib lahtise avaga pildistamisel sageli kooma.

Seda nähtust saab korrigeerida, nagu sfääriliste aberratsioonide või moonutuste puhul, nii läätsede valimise kui ka ava abil – valgusvihu ristlõiget vähendades diafragmide abil.

Astigmatism

Seda tüüpi aberratsiooni korral võib punkt, mis ei asu optilisel teljel, saada pildil ovaali või joonena. Selle aberratsiooni põhjustavad optilise pinna erinevad kumerused.

Seda nähtust korrigeeritakse, valides spetsiaalse pinnakõveruse ja läätse paksuse.

Need on optiliste süsteemide peamised aberratsioonid.

Kromosoomi aberratsioonid

Seda tüüpi aberratsioon väljendub kromosoomide struktuuri mutatsioonides ja ümberkorraldustes.

Kromosoom on raku tuuma struktuur, mis vastutab päriliku teabe edastamise eest.

Kromosoomi aberratsioonid tekivad tavaliselt rakkude jagunemise ajal. Need on kromosomaalsed ja kromosomaalsed.

Aberratsioonide tüübid:

Kromosomaalsete aberratsioonide põhjused on järgmised:

• kokkupuude patogeensete mikroorganismidega - bakterid ja viirused, mis tungivad läbi DNA struktuuri;
• füüsikalised tegurid: kiirgus, ultraviolettkiirgus, äärmuslikud temperatuurid, rõhk, elektromagnetkiirgus jne;
• kunstliku päritoluga keemilised ühendid: lahustid, pestitsiidid, raskmetallide soolad, lämmastikoksiid jne.

Kromosomaalsed aberratsioonid põhjustavad tõsiseid tagajärgi tervisele. Nende põhjustatud haigused kannavad tavaliselt neid kirjeldanud spetsialistide nimesid: Downi sündroom, Shershevsky-Turneri sündroom, Edwardsi sündroom, Klinefelteri sündroom, Wolf-Hirschhorni sündroom jt.

Kõige sagedamini mõjutavad seda tüüpi aberratsiooni põhjustatud haigused vaimset aktiivsust, luustiku struktuuri, südame-veresoonkonna, seede- ja närvisüsteemi ning keha reproduktiivset funktsiooni.

Nende haiguste esinemise tõenäosust ei saa alati ennustada. Kuid juba lapse perinataalse arengu staadiumis on spetsiaalsete uuringute abil näha olemasolevaid patoloogiaid.

Aberratsioon entomoloogias

Entomoloogia on zooloogia haru, mis uurib putukaid.

Seda tüüpi aberratsioon ilmneb spontaanselt. Tavaliselt väljendub see putukate keha struktuuri või värvuse kerges muutuses. Kõige sagedamini täheldatakse aberratsiooni Lepidoptera ja Coleoptera puhul.

Selle esinemise põhjused on kromosomaalsete või füüsiliste tegurite mõju putukatele imago (täiskasvanud) staadiumis.

Seega on aberratsioon hälbe, moonutuse nähtus. Seda terminit kasutatakse paljudes teadusvaldkondades. Seda kasutatakse kõige sagedamini seoses optiliste süsteemide, meditsiini, astronoomia ja zooloogiaga.

1. Sissejuhatus aberratsioonide teooriasse

Objektiivi jõudlusest rääkides kuuleb sageli seda sõna kõrvalekalded. "See on suurepärane objektiiv, kõik aberratsioonid on selles praktiliselt parandatud!" - väitekiri, mida võib sageli leida aruteludest või arvustustest. Hoopis harvemini kuuleb diametraalselt vastupidist arvamust, näiteks: “See on imeline objektiiv, selle jääkaberratsioonid on hästi väljendunud ning moodustavad ebatavaliselt plastilise ja kauni mustri”...

Miks sellised erinevad arvamused tekivad? Püüan vastata sellele küsimusele: kui hea/halb see nähtus objektiivide ja üldse fotožanrite puhul on. Kuid kõigepealt proovime välja mõelda, mis on fotoobjektiivi aberratsioonid. Alustame teooria ja mõne definitsiooniga.

Üldiselt kasutage seda terminit Aberratsioon (lat. ab- “alates” + lat. errare “eksima, eksima”) on kõrvalekalle normist, viga, mingisugune süsteemi normaalse töö häire.

Objektiivi aberratsioon- viga või pildiviga optilises süsteemis. Selle põhjuseks on asjaolu, et reaalses keskkonnas võib arvutatud "ideaalses" optilises süsteemis tekkida kiirte oluline kõrvalekalle suunast, kuhu nad lähevad.

Selle tulemusena kannatab fotograafilise pildi üldtunnustatud kvaliteet: ebapiisav teravus keskel, kontrasti kadu, servade tugev hägustumine, geomeetria ja ruumi moonutamine, värvihalod jne.

Peamised fotoobjektiividele iseloomulikud aberratsioonid on järgmised:

1. Koomiline aberratsioon.
2. Moonutused.
3. Astigmatism.
4. Pildivälja kumerus.

Enne kui hakkame neid kõiki lähemalt uurima, tuletagem artiklist meelde, kuidas kiired ideaalses optilises süsteemis läätse läbivad:

Ill. 1. Kiirte läbimine ideaalses optilises süsteemis.

Nagu näeme, kogutakse kõik kiired ühte punkti F - põhifookusesse. Kuid tegelikult on kõik palju keerulisem. Optiliste aberratsioonide olemus seisneb selles, et ühest valguspunktist objektiivile langevaid kiiri ei koguta ühte punkti. Niisiis, vaatame, millised kõrvalekalded tekivad optilises süsteemis, kui see puutub kokku erinevate aberratsioonidega.

Siinkohal tuleb ka kohe märkida, et nii lihtsas kui ka keerukas objektiivis toimivad kõik allpool kirjeldatud aberratsioonid koos.

Tegevus sfääriline aberratsioon on see, et läätse servadele langevad kiired kogutakse läätsele lähemale kui läätse keskosale langevad kiired. Selle tulemusel ilmub tasapinna punkti kujutis ähmane ringi või ketta kujul.

Ill. 2. Sfääriline aberratsioon.

Fotodel ilmnevad sfäärilise aberratsiooni mõjud pehmendatud kujutisena. Mõju on eriti märgatav avatud avade puhul ning suuremate avadega objektiivid on sellele aberratsioonile vastuvõtlikumad. Kui kontuuride teravus säilib, võib selline pehme efekt olla väga kasulik teatud tüüpi fotograafia puhul, näiteks portreepildis.

Ill.3. Sfäärilise aberratsiooni toime tõttu pehme efekt avatud avale.

Täielikult sfäärilistest läätsedest valmistatud objektiivide puhul on seda tüüpi aberratsiooni peaaegu võimatu täielikult kõrvaldada. Ülikiirete objektiivide puhul on ainus tõhus viis seda oluliselt kompenseerida asfääriliste elementide kasutamine optilises disainis.

3. Koomiline aberratsioon ehk "kooma"

See on külgkiirte eritüüpi sfääriline aberratsioon. Selle mõju seisneb selles, et optilise telje suhtes nurga all saabuvaid kiiri ei koguta ühte punkti. Sel juhul saadakse helendava punkti kujutis kaadri servades “lendava komeedi”, mitte punkti kujul. Kooma võib põhjustada ka fookusest väljas olevate pildi alade ülevalgustamist.

Ill. 4. Kooma.

Ill. 5. Kooma fotopildil

See on valguse hajumise otsene tagajärg. Selle olemus seisneb selles, et läätse läbiv valge valguskiir laguneb selle koostisosadeks värvilisteks kiirteks. Lühilainelised kiired (sinine, violetne) murduvad objektiivis tugevamini ja koonduvad sellele lähemale kui pika fookusega kiired (oranž, punane).

Ill. 6. Kromaatiline aberratsioon. F - violetsete kiirte fookus. K - punaste kiirte fookus.

Siin, nagu sfäärilise aberratsiooni puhul, saadakse tasapinnal helendava punkti kujutis ähmase ringi/ketta kujul.

Fotodel ilmneb kromaatiline aberratsioon objektide kõrvaliste varjundite ja värviliste piirjoonte kujul. Aberratsiooni mõju on eriti märgatav kontrastsetes stseenides. Praegu saab CA-d hõlpsasti RAW-muundurites parandada, kui pildistamine viidi läbi RAW-vormingus.

Ill. 7. Näide kromaatilise aberratsiooni avaldumisest.

5. Moonutused

Moonutused avalduvad foto kumeruses ja geomeetria moonutuses. Need. pildi skaala muutub koos kaugusega välja keskpunktist servadeni, mille tulemusena sirged painduvad keskpunkti või äärte suunas.

Eristama tünnikujuline või negatiivne(kõige tüüpilisem lainurk) ja padjakujuline või positiivne moonutus (sagedamini näha pikkadel fookuskaugustel).

Ill. 8. Nõelapadja ja tünni moonutus

Moonutused on tavaliselt muutuva fookuskaugusega objektiividel (suumid) palju tugevamad kui fikseeritud fookuskaugusega (fixed) objektiividel. Mõned suurejoonelised läätsed, näiteks Fish Eye, ei paranda meelega moonutusi ja isegi rõhutavad seda.

Ill. 9. Objektiivi väljendunud silindrimoonutusZenitar 16mmKalasilm.

Kaasaegsetes objektiivides, sealhulgas muudetava fookuskaugusega objektiivides, korrigeeritakse moonutusi üsna tõhusalt asfäärilise läätse (või mitme objektiivi) lisamisega optilisse disaini.

6. Astigmatism

Astigmatism(kreekakeelsest stigmast - punkt) iseloomustab võimatus saada välja servades helendavast punktist pilte nii punkti kui isegi ketta kujul. Sellisel juhul edastatakse punktina optilisel peateljel asuv helendav punkt, aga kui punkt jääb sellest teljest väljapoole, siis tumeneva, ristuva joonena vms.

Seda nähtust täheldatakse kõige sagedamini pildi servades.

Ill. 10. Astigmatismi ilming

7. Pildivälja kõverus

Pildivälja kõverus- see on aberratsioon, mille tagajärjel asetseb läätse optilise teljega risti oleva lameda objekti kujutis läätse suhtes nõgusal või kumeral pinnal. See aberratsioon põhjustab kogu pildivälja ebaühtlase teravuse. Kui pildi keskosa on teravalt teravustatud, on selle servad fookusest väljas ega tundu teravad. Kui reguleerite teravust piki pildi servi, on selle keskosa hägune.

Selle vea esinemist saab jälgida hõlpsasti juurdepääsetavate katsete abil. Võtame lihtsa koonduva läätse 1 (näiteks tasapinnalise kumer lääts), millel on võimalikult suur diameeter ja väike fookuskaugus. Väikese ja samas üsna ereda valgusallika saab, kui puurida suurele ekraanile 2, mille läbimõõt on umbes , auk ja kinnitades selle ette mattklaasitüki 3, mida valgustab tugev lamp lühikesest. vahemaa. Veelgi parem on kaartaskulambi valgust mattklaasile koondada. See "valguspunkt" peaks asuma objektiivi optilisel peateljel (joonis 228, a).

Riis. 228. Sfäärilise aberratsiooni eksperimentaalne uurimine: a) lääts, millele langeb lai kiir, annab uduse pildi; b) objektiivi kesktsoon annab hea terava pildi

Selle objektiivi abil, millele langevad laiad valgusvihud, ei ole võimalik allikast teravat pilti saada. Ükskõik, kuidas me 4. ekraani liigutame, tekitab see üsna uduse pildi. Aga kui piirate objektiivile langevaid kiiri, asetades selle ette papitüki 5, mille keskosa vastas on väike auk (joonis 228, b), siis paraneb pilt oluliselt: leiate sellise asendi. ekraani 4 jaoks, et allika pilt sellel oleks üsna terav. See tähelepanek on üsna kooskõlas sellega, mida teame kitsaste paraksiaalsete kiirte abil objektiivis saadud kujutise kohta (vt §89).

Riis. 229. Aukudega ekraan sfäärilise aberratsiooni uurimiseks

Asendagem nüüd keskse auguga papp väikese auguga papitükiga, mis paiknevad piki läätse läbimõõtu (joonis 229). Neid auke läbivate kiirte teekonda saab jälgida, kui objektiivi taga olev õhk on kergelt suitsune. Leiame, et läätse keskpunktist erineval kaugusel asuvaid auke läbivad kiired lõikuvad erinevates punktides: mida kaugemal kiir läätse teljest väljub, seda rohkem see murdub ja mida lähemal on punkt läätsele. selle lõikumispunktist teljega.

Seega näitavad meie katsed, et läätse eri tsoone, mis asuvad teljest erineval kaugusel, läbivad kiired annavad kujutisi läätsest erinevatel kaugustel asuvast allikast. Ekraani teatud asendis annavad sellele objektiivi erinevad tsoonid: mõned on teravamad, teised on allikast udasemad kujutised, mis sulanduvad heledaks ringiks. Selle tulemusena loob suure läbimõõduga lääts punktallika kujutise mitte punkti, vaid uduse valgustäpi kujul.

Seega laiade valgusvihkude kasutamisel ei saa me punktpilti isegi siis, kui allikas asub peateljel. Seda viga optilistes süsteemides nimetatakse sfääriliseks aberratsiooniks.

Riis. 230. Sfäärilise aberratsiooni tekkimine. Objektiivist eri kõrgustel telje kohal väljuvad kiired annavad kujutisi punktist erinevates punktides

Lihtsate negatiivsete läätsede puhul on sfäärilise aberratsiooni tõttu ka läätse kesktsooni läbivate kiirte fookuskaugus suurem kui perifeerset tsooni läbivatel kiirtel. Teisisõnu, lahkneva läätse kesktsooni läbiv paralleelne kiir muutub vähem lahknevaks kui välimisi tsoone läbiv kiir. Sundides valgust pärast koonduvat läätse läbima lahknevat läätse, suurendame fookuskaugust. See suurenemine on aga kesksete kiirte puhul vähem oluline kui perifeersete kiirte puhul (joonis 231).

Riis. 231. Sfääriline aberratsioon: a) kogumisläätses; b) lahknevas läätses

Seega suureneb tsentraalsetele kiirtele vastava koonduva läätse pikem fookuskaugus vähem kui perifeersete kiirte lühem fookuskaugus. Järelikult võrdsustab lahknev lääts oma sfäärilise aberratsiooni tõttu kesk- ja perifeersete kiirte fookuskauguste erinevust, mis on põhjustatud koguva läätse sfäärilisest aberratsioonist. Konvergeerivate ja lahknevate läätsede kombinatsiooni õigesti arvutades saame selle joonduse teostada nii täielikult, et kahest läätsest koosneva süsteemi sfääriline aberratsioon väheneb praktiliselt nullini (joonis 232). Tavaliselt liimitakse mõlemad lihtläätsed kokku (joon. 233).

Riis. 232. Sfäärilise aberratsiooni korrigeerimine koonduva ja lahkneva läätse kombineerimisega

Riis. 233. Liimitud astronoomiline lääts, korrigeeritud sfäärilise aberratsiooni suhtes

Eelnevast on selge, et sfäärilise aberratsiooni hävitamine toimub kahe süsteemi osa kombinatsiooniga, mille sfäärilised aberratsioonid üksteist vastastikku kompenseerivad. Sama teeme ka muude süsteemipuuduste parandamisel.

Välistatud sfäärilise aberratsiooniga optilise süsteemi näide on astronoomilised läätsed. Kui täht asub objektiivi teljel, siis selle kujutist aberratsioon praktiliselt ei moonuta, kuigi objektiivi läbimõõt võib ulatuda mitmekümne sentimeetrini.