Põhiuuringud. Sfääriline aberratsioon läätsedes Sfäärilise aberratsiooniga punkti kujutisel on vorm

Sfääriline aberratsioon ()

Kui kõik koefitsiendid, välja arvatud B, on võrdsed nulliga, saab (8) kuju

Aberratsioonikõverad on sel juhul kontsentriliste ringidena, mille keskpunktid asuvad paraksiaalkujutise punktis ja raadiused on võrdelised tsooni raadiuse kolmanda astmega, kuid ei sõltu pildi asukohast (). visuaalses tsoonis olev objekt. Seda kujutise defekti nimetatakse sfääriliseks aberratsiooniks.

Sfääriline aberratsioon, mis on sõltumatu, moonutab nii pildi telje- kui ka teljeväliseid punkte. Objekti aksiaalpunktist väljuvad kiired, mis moodustavad teljega olulisi nurki, lõikuvad seda punktides, mis asuvad paraksiaalfookuse ees või taga (joonis 5.4). Punkti, kus diafragma servast lähtuvad kiired lõikuvad teljega, nimetati servafookuseks. Kui pildialal olev ekraan on asetatud telje suhtes täisnurga all, siis on ekraanil selline asend, mille korral pildi ümar koht sellel on minimaalne; seda minimaalset “pilti” nimetatakse väikseimaks hajumise ringiks.

kooma ()

Aberratsiooni, mida iseloomustab nullist erinev F koefitsient, nimetatakse koomaks. Kiirgusaberratsiooni komponendid on antud juhul vastavalt punktile (8). vaade

Nagu näeme, kirjeldab punkt (vt joonis 2.1) fikseeritud tsooni raadiusega nullist kahekordseks muutmisel pilditasandil ringi. Ringi raadius on võrdne ja selle kese on paraksiaalsest fookusest negatiivsete väärtuste suunas juures. Järelikult puudutab see ring kahte paraksiaalset kujutist ja komponente läbivat sirget teljega juures nurgad 30°. Kui kasutada kõiki võimalikke väärtusi, moodustab sarnaste ringide kogum ala, mida piiravad nende sirgjoonte segmendid ja suurima aberratsiooniringi kaar (joonis 3.3). Saadud ala mõõtmed suurenevad lineaarselt objekti punkti kauguse suurenedes süsteemi teljest. Kui Abbe siinuse tingimus on täidetud, annab süsteem terava pildi objekti tasapinna elemendist, mis asub telje vahetus läheduses. Järelikult ei saa aberratsioonifunktsiooni laiend sel juhul sisaldada termineid, millest lineaarselt sõltuvad. Sellest järeldub, et kui siinuse seisund on täidetud, ei esine primaarset koomat.

Astigmatism () ja välja kõverus ()

Mugavam on vaadelda aberratsioone, mida iseloomustavad koefitsiendid C ja D koos. Kui kõik muud koefitsiendid punktis (8) on võrdsed nulliga, siis

Et näidata selliste kõrvalekallete tähtsust, oletame esmalt, et pildikiir on väga kitsas. Paragrahvi 4.6 kohaselt lõikuvad sellise kiire kiired kaks lühikest kõvera lõiku, millest üks (tangentsiaalne fookusjoon) on meridionaaltasandiga risti ja teine (sagitaalne fookusjoon) asub sellel tasapinnal. Vaatleme nüüd valgust, mis kiirgub objekti tasandi lõpliku piirkonna kõigist punktidest. Fookusjooned pildiruumis muutuvad tangentsiaalseteks ja sagitaalseteks fookuspindadeks. Esimesel hinnangul võib neid pindu pidada sfäärideks. Olgu ja nende raadiused, mida loetakse positiivseks, kui vastavad kõveruskeskmed asuvad teisel pool kujutise tasapinda, kust valgus levib (joonisel 3.4. i näidatud juhul).

Kumerusraadiusi saab väljendada koefitsientide kaudu KOOS Ja D. Selleks on kõverust arvesse võttes kiirte aberratsioonide arvutamisel mugavam kasutada tavalisi koordinaate, mitte Seideli muutujaid. Meil on (joonis 3.5)

Kus u- väike vahemaa sagitaalse fookusjoone ja kujutise tasapinna vahel. Kui v on kaugus sellest fookusjoonest teljeni, siis

kui ikka tähelepanuta jäetakse Ja võrreldes, siis (12)-st leiame

Samamoodi

Kirjutame need seosed nüüd Seideli muutujate kaudu. Asendades nendega (2.6) ja (2.8), saame

ja sarnaselt

Kahes viimases seoses saame asendada ja seejärel (11) ja (6) abil saame

Suurus 2C + D tavaliselt kutsutakse tangentsiaalne välja kõverus, suurusjärk D -- sagitaalvälja kõverus, ja nende poolsumma

mis on võrdeline nende aritmeetilise keskmisega, - lihtsalt välja kõverus.

(13) ja (18) järeldub, et kõrgusel teljest on kahe fookuspinna vaheline kaugus (st kujutist moodustava kiire astigmaatiline erinevus) võrdne

Poole vahe

helistas astigmatism. Astigmatismi puudumisel (C = 0) on meil. Raadius R Kogu, kokkulangev, fookuspinda saab sel juhul arvutada lihtsa valemi abil, mis sisaldab süsteemi üksikute pindade kõverusraadiusi ja kõigi kandjate murdumisnäitajaid.

Moonutused ()

Kui suhetes (8) erineb nullist ainult koefitsient E, See

Kuna see ei sisalda koordinaate ja, on kuva häbimärgistatud ega sõltu väljuva pupilli raadiusest; aga pildipunktide kaugused teljest ei ole proportsionaalsed objektipunktide vastavate kaugustega. Seda aberratsiooni nimetatakse moonutuseks.

Sellise aberratsiooni korral on telge läbiva objekti tasapinna mis tahes joone kujutis sirgjoon, kuid mis tahes muu joone kujutis on kõver. Joonisel fig. 3.6 ja objekt on näidatud telgedega paralleelsete sirgjoonte ruudustikuna X Ja juures ja asuvad üksteisest samal kaugusel. Riis. 3.6. b illustreerib nn barreli moonutus (E>0) ja joonis fig. 3.6. V - nõelapadja moonutus (E<0 ).

Riis. 3.6.

Varem väideti, et viiest Seideli aberratsioonist kolm (sfääriline, kooma ja astigmatism) segavad pildi teravust. Ülejäänud kaks (välja kõverus ja moonutus) muudavad selle asukohta ja kuju. Üldiselt on võimatu konstrueerida süsteemi, mis oleks vaba nii kõigist esmastest aberratsioonidest kui ka kõrgemat järku aberratsioonidest; seetõttu peame alati otsima mõnda sobivat kompromisslahendust, mis arvestaks nende suhtelisi väärtusi. Mõnel juhul saab Seideli aberratsioone oluliselt vähendada kõrgema astme aberratsioonide abil. Muudel juhtudel on vaja mõned aberratsioonid täielikult kõrvaldada, kuigi ilmnevad muud tüüpi kõrvalekalded. Näiteks kooma tuleb teleskoobides täielikult elimineerida, sest selle olemasolul on pilt asümmeetriline ja kõik täppisastronoomilised asukohamõõtmised mõttetud . Teisalt mõne väljakumeruse olemasolu ja moonutus on suhteliselt kahjutu, kuna seda saab sobivate arvutustega kõrvaldada.

optiline aberratsioon kromaatiline astigmatism moonutus

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 me 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 erineval kaugusel 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 pilti aberratsioon praktiliselt ei moonuta, kuigi objektiivi läbimõõt võib ulatuda mitmekümne sentimeetrini.

Tavaliselt peetakse seda optilisel teljel asuva objekti punktist väljuva kiirte kiirte jaoks. Kuid sfääriline aberratsioon esineb ka teiste objekti optilisest teljest kaugemal asuvatest punktidest väljuvate kiirte puhul, kuid sellistel juhtudel käsitletakse seda kogu kaldkiirte aberratsioonide lahutamatu osana. Veelgi enam, kuigi seda aberratsiooni nimetatakse sfääriline, see on iseloomulik mitte ainult sfäärilistele pindadele.

Sfäärilise aberratsiooni tulemusena võtab silindriline kiirtekiir pärast läätse murdumist (pildiruumis) mitte koonuse, vaid mingi lehtrikujulise kuju, mille välispind kitsaskoha lähedal nimetatakse söövitavaks pinnaks. Sel juhul on punkti kujutis ebaühtlase valgusjaotusega ketta kujuline ja söövituskõvera kuju võimaldab hinnata valgustusjaotuse olemust. Üldiselt on hajuvuskuju sfäärilise aberratsiooni korral kontsentriliste ringide süsteem, mille raadiused on võrdelised siseneva (või väljuva) õpilase koordinaatide kolmanda astmega.

Arvutatud väärtused

Kaugus δs" piki optilist telge null- ja äärmuslike kiirte kadumispunktide vahel nimetatakse pikisuunaline sfääriline aberratsioon.

Läbimõõt δ" Hajumisring (ketas) määratakse valemiga

2h 1 - süsteemi ava läbimõõt;
a"- kaugus süsteemist pildipunktini;
δs"- pikisuunaline aberratsioon.

Objektide jaoks, mis asuvad lõpmatuses

Nii lihtsaid objektiive kombineerides saab sfäärilist aberratsiooni oluliselt korrigeerida.

Vähendamine ja korrigeerimine

Mõnel juhul saab väikest kolmandat järku sfäärilist aberratsiooni korrigeerida objektiivi kerge defokuseerimisega. Sel juhul nihkub pilditasand nn “Parimad paigaldustasandid”, mis asub reeglina keskel, teljesuunaliste ja äärmiste kiirte ristumiskoha vahel ega lange kokku laia kiire kiirte kitsaima lõikepunktiga (vähema hajumise ketas). Seda lahknevust seletatakse valgusenergia jaotumisega väikseima hajumisega kettas, moodustades valgustuse maksimumid mitte ainult keskel, vaid ka servas. See tähendab, et võime öelda, et "ketas" on keskpunktiga hele rõngas. Seetõttu on optilise süsteemi eraldusvõime tasapinnal, mis langeb kokku vähima hajumise kettaga, madalam, hoolimata põiki sfäärilise aberratsiooni madalamast väärtusest. Selle meetodi sobivus sõltub sfäärilise aberratsiooni suurusest ja valgustuse jaotuse olemusest hajumiskettal.

Rangelt võttes saab sfäärilist aberratsiooni täielikult korrigeerida ainult mõne kitsa tsooni paari ja pealegi ainult teatud kahe konjugeeritud punkti puhul. Praktikas võib parandus olla üsna rahuldav isegi kahe objektiiviga süsteemide puhul.

Tavaliselt elimineeritakse sfääriline aberratsioon ühe kõrguse väärtuse puhul h 0, mis vastab süsteemi pupilli servale. Sel juhul eeldatakse sfäärilise jääkaberratsiooni suurimat väärtust kõrgusel h e määratakse lihtsa valemiga

Jääksfääriline aberratsioon viib selleni, et punkti kujutis ei muutu kunagi punktiks. See jääb kettaks, kuigi palju väiksema suurusega kui korrigeerimata sfäärilise aberratsiooni korral.

Jääkfäärilise aberratsiooni vähendamiseks kasutatakse süsteemi pupilli servas sageli arvutatud "ülekorrektsiooni", mis annab servaala sfäärilisele aberratsioonile positiivse väärtuse ( δs"> 0). Samal ajal läbivad kiired õpilast kõrgusel h e, lõikuvad fookuspunktile veelgi lähemal ja servakiired, kuigi nad koonduvad fookuspunkti taha, ei välju hajumise ketta piire. Seega hajutusketta suurus väheneb ja selle heledus suureneb. See tähendab, et pildi detailsus ja kontrastsus paranevad. Hajumisketta valgustuse jaotuse iseärasuste tõttu on “ülekorrigeeritud” sfäärilise aberratsiooniga objektiividel aga sageli väljaspool fookusala “topelt” hägu.

Mõnel juhul on lubatud märkimisväärne "uuesti korrigeerimine". Näiteks Carl Zeiss Jena varajastel "Planaridel" oli positiivne sfäärilise aberratsiooni väärtus ( δs"> 0), nii õpilase marginaalse kui ka keskmise tsooni jaoks. See lahendus vähendab veidi kontrasti täisava juures, kuid suurendab märgatavalt eraldusvõimet väikeste avade korral.

Märkmed

Kirjandus

Begunov B. N. Geomeetriline optika, Moskva Riikliku Ülikooli kirjastus, 1966.
Volosov D.S., Fotooptika. M., “Iskusstvo”, 1971.
Zakaznov N.P. et al., Optiliste süsteemide teooria, M., "Masinaehitus", 1992.
Landsberg G. S. Optika. M., FIZMATLIT, 2003.
Tšurilovski V. N. Optiliste instrumentide teooria, Leningrad, “Masinaehitus”, 1966.
Smith, Warren J. Kaasaegne optikatehnika, McGraw-Hill, 2000.

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

Füüsiline entsüklopeedia

Üks optiliste süsteemide aberratsioonide tüüpe (vt Optiliste süsteemide aberratsioonid); väljendub fookuste mittevastavuses valguskiirte jaoks, mis läbivad telgsümmeetrilist optilist süsteemi (objektiiv (vt. Objektiiv), Objektiiv) erinevatel kaugustel ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Pildi moonutamine optilistes süsteemides, mis tuleneb asjaolust, et optilisel teljel asuva punktallika valguskiiri ei koguta ühes punktis, kus kiired läbivad süsteemi teljest kaugemaid osi. * * * SFEERILINE… … entsüklopeediline sõnaraamat

sfääriline aberratsioon- sferinė aberacija statusas T ala fizika vastavusmenys: engl. sfääriline aberratsioon vok. sphärische Aberratsioon, f rus. sfääriline aberratsioon, f pranc. aberration de spéricité, f; aberratsioon sphérique, f … Fizikos terminų žodynas

SFEERILINE ABERRATSIOON- Vaata aberratsiooni, sfääriline... Psühholoogia seletav sõnastik

sfääriline aberratsioon- põhjustatud süsteemi optilisest teljest erinevatel kaugustel läbivate valguskiirte fookuste mittevastavusest, mis viib punkti kujutiseni erineva valgustusega ringi kujul. Vaata ka: Aberratsiooni kromaatiline aberratsioon ... Metallurgia entsüklopeediline sõnaraamat

Üks optiliste süsteemide aberratsioone, mis on põhjustatud teljesümmeetrilist optilist läätse läbivate valguskiirte fookuste mittevastavusest. süsteem (objektiiv, objektiiv) selle süsteemi optilisest teljest erinevatel kaugustel. See väljendub selles, et pilt...... Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat

Pildi moonutamine optilises süsteemid, mis on tingitud asjaolust, et valguskiired punktallikast, mis asub optikal teljed ei kogune ühes punktis kiirtega, mis läbivad süsteemi teljest kaugemaid osi... Loodusteadus. entsüklopeediline sõnaraamat

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 fig 1 juurde, võib märkida, et valguse intensiivsuse jaotus udukettal ei ole sfäärilise aberratsiooni korral ühtlane.

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

Riis. 2 Muutused fookuspunkti ees ja taga olevas hägususes

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 täpp) 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.

Ideaalseid asju pole olemas... Ideaalset läätse pole olemas – lääts, mis on võimeline konstrueerima lõpmata väikese punkti kujutise lõpmatu väikese punkti kujul. Selle põhjuseks on - sfääriline aberratsioon.

Sfääriline aberratsioon- moonutus, mis tuleneb optilisest teljest erineval kaugusel liikuvate kiirte fookuse erinevusest. Erinevalt eelnevalt kirjeldatud koomast ja astigmatismist ei ole see moonutus asümmeetriline ja põhjustab kiirte ühtlast lahknemist punktvalgusallikast.

Sfääriline aberratsioon on omane erineval määral kõikidele objektiividele, välja arvatud mõned erandid (üks, millest tean, on Era-12, selle teravust piirab suuresti kromaatilisus), see on see moonutus, mis piirab objektiivi teravust avatud ava korral. .

Skeem 1 (Wikipedia). Sfäärilise aberratsiooni ilmnemine

Sfäärilisel aberratsioonil on mitu palet - mõnikord nimetatakse seda üllaseks "tarkvaraks", mõnikord - madala kvaliteediga "seebiks", see kujundab suures osas objektiivi bokeh-i. Tänu temale on Trioplan 100/2.8 mullide generaator ja Lomograafia Seltsi uuel Petzvalil on hägususe kontroll... Kuid kõigepealt.

Kuidas sfääriline aberratsioon pildil ilmneb?

Kõige ilmsem ilming on objekti kontuuride hägustumine teravustsoonis ("kontuuride sära", "pehme efekt"), väikeste detailide varjamine, defokuseerimise tunne ("seep" - rasketel juhtudel);

Näide sfäärilisest aberratsioonist (tarkvarast) pildil, mis on tehtud Industar-26M-ga FED-ist, F/2.8

Palju vähem ilmne on sfäärilise aberratsiooni ilming objektiivi bokeh-s. Olenevalt märgist, parandusastmest jne võib sfääriline aberratsioon moodustada erinevaid segadusringe.

Näide fotost, mis on tehtud Triplet 78/2.8 (F/2.8)-ga - segadusringidel on hele ääris ja hele keskpunkt - objektiivil on suur sfääriline aberratsioon

Näide aplanaadil KO-120M 120/1.8 (F/1.8) tehtud fotost - segadusringil on nõrgalt piiritletud piir, kuid see on siiski olemas. Testide põhjal otsustades (mina avaldasin varem teises artiklis) on objektiivil madal sfääriline aberratsioon

Ja näiteks objektiivist, mille sfäärilise aberratsiooni hulk on uskumatult väike – Era-12 125/4 (F/4) kaameraga tehtud foto. Ringil pole üldse piire ja heleduse jaotus on väga ühtlane. See näitab suurepärast objektiivi korrektsiooni (mis on tõepoolest tõsi).

Sfäärilise aberratsiooni kõrvaldamine

Peamine meetod on ava. “Lisa” talade ära lõikamine võimaldab teravust hästi parandada.

Skeem 2 (Wikipedia) – sfäärilise aberratsiooni vähendamine diafragma (1 joon.) ja defokuseerimise (2 joon.) abil. Defookuse meetod tavaliselt pildistamiseks ei sobi.

Näited fotodest maailmast (keskosa on välja lõigatud) erinevate avadega - 2,8, 4, 5,6 ja 8, mis on tehtud objektiiviga Industar-61 (varajane, FED).

F/2.8 - üsna tugev tarkvara varjatud

F/4 - tarkvara vähenes, pildi detailsus paranes

F/5.6 - tarkvara praktiliselt puudub

F/8 - tarkvara pole, väikesed detailid on selgelt näha

Graafilistes redaktorites saate kasutada teritamise ja hägususe eemaldamise funktsioone, mis võimaldab mõnevõrra vähendada sfäärilise aberratsiooni negatiivset mõju.

Mõnikord tekib objektiivi rikke tõttu sfääriline aberratsioon. Tavaliselt - läätsede vaheliste ruumide rikkumised. Kohanemine aitab.

Näiteks on kahtlus, et Jupiter-9 konverteerimisel LZOS-iks läks midagi valesti: võrreldes KMZ toodetud Jupiter-9-ga puudub LZOS-il tohutu sfäärilise aberratsiooni tõttu lihtsalt teravus. De facto erinevad objektiivid absoluutselt kõiges, välja arvatud numbrid 85/2. Valge suudab võidelda Canon 85/1.8 USM-iga ja must vaid Triplet 78/2.8 ja pehmete objektiividega.

Foto tehtud musta Jupiter-9-ga 80ndatest, LZOS (F/2)

Pildistatud valgel Jupiter-9-l 1959, KMZ (F/2)

Fotograafi suhtumine sfäärilisse aberratsiooni

Sfääriline aberratsioon vähendab pildi teravust ja on kohati ebameeldiv – tundub, et objekt on fookusest väljas. Tavalisel pildistamisel ei tohiks kasutada suurenenud sfäärilise aberratsiooniga optikat.

Sfääriline aberratsioon on aga objektiivi mustri lahutamatu osa. Ilma selleta poleks Tair-11-l kauneid pehmeid portreesid, pööraseid muinasjutulisi monoklimaastikke, kuulsa Meyer Trioplani mullbokeh'd, Industar-26M "täppe" ja kassikujulisi "mahukaid" ringe. silma peal Zeiss Planar 50/1.7. Läätsede sfäärilisest aberratsioonist ei tasu vabaneda – tuleks proovida sellele kasutust leida. Kuigi loomulikult ei too liigne sfääriline aberratsioon enamikul juhtudel midagi head.

järeldused

Artiklis uurisime üksikasjalikult sfäärilise aberratsiooni mõju fotograafiale: teravusele, bokeh-le, esteetikale jne.