Aberracje obiektywu. Aberracja sferyczna Związek z aberracją sferyczną fotografa

→ Aberracja w astronomii

Słowo aberracja oznacza zestaw efektów optycznych związanych ze zniekształceniem obiektu podczas obserwacji. W tym artykule omówimy kilka rodzajów aberracji, które są najbardziej istotne dla obserwacji astronomicznych.

aberracja światła w astronomii jest to pozorne przemieszczenie ciała niebieskiego spowodowane skończoną prędkością światła w połączeniu z ruchem obserwowanego obiektu i obserwatora. Działanie aberracji prowadzi do tego, że pozorny kierunek do obiektu nie pokrywa się jednocześnie z kierunkiem geometrycznym do niego.

Efekt jest taki, że ze względu na ruch Ziemi wokół Słońca i czas potrzebny na propagację światła, obserwator widzi gwiazdę w innym miejscu niż tam, gdzie jest. Gdyby Ziemia była nieruchoma lub gdyby światło rozchodziło się natychmiast, nie byłoby aberracji światła. Dlatego ustalając położenie gwiazdy na niebie za pomocą teleskopu, musimy liczyć nie kąt, pod jakim gwiazda jest pochylona, ale nieco zwiększając go w kierunku ruchu Ziemi.

Efekt aberracji nie jest duży. Jego największą wartość osiąga się pod warunkiem, że ziemia porusza się prostopadle do kierunku wiązki. Jednocześnie odchylenie położenia gwiazdy wynosi tylko 20,4 sekundy, ponieważ Ziemia w ciągu 1 sekundy pokonuje zaledwie 30 km, a promień światła – 300 000 km.

Istnieje również kilka rodzajów aberracja geometryczna. Aberracja sferyczna- aberracja soczewki lub soczewki polegająca na tym, że szeroka wiązka monochromatycznego światła emanującego z punktu leżącego na głównej osi optycznej soczewki podczas przechodzenia przez soczewkę przecina się nie w jednym, lecz w wielu punktach znajduje się na osi optycznej w różnych odległościach od obiektywu, co daje nieostry obraz. W rezultacie taki punktowy obiekt, jak gwiazda, może być postrzegany jako mała kula, przyjmując jej rozmiar jako wielkość gwiazdy.

Krzywizna pola obrazu- aberracja, w wyniku której obraz płaskiego obiektu, prostopadłego do osi optycznej soczewki, leży na powierzchni wklęsłej lub wypukłej względem soczewki. Ta aberracja powoduje nierówną ostrość w całym polu obrazu. Dlatego też, gdy środek obrazu jest ostry, krawędzie obrazu będą nieostre i obraz będzie rozmazany. Jeśli ustawienie ostrości zostanie wykonane wzdłuż krawędzi obrazu, to jego środkowa część będzie nieostra. Ten rodzaj aberracji nie jest niezbędny dla astronomii.

A oto kilka innych rodzajów aberracji:

Aberracja dyfrakcyjna powstaje w wyniku dyfrakcji światła przez aperturę i tubus obiektywu fotograficznego. Aberracja dyfrakcyjna ogranicza rozdzielczość obiektywu fotograficznego. Ze względu na tę aberrację minimalna odległość kątowa między punktami dozwolona przez obiektyw jest ograniczona wartością lambda / D radianów, gdzie lambda to długość fali stosowanego światła (zakres optyczny obejmuje zwykle fale elektromagnetyczne o długości od 400 nm do 700 nm), D to średnica soczewki . Patrząc na tę formułę, staje się jasne, jak ważna jest średnica soczewki. To właśnie ten parametr jest kluczowy dla największych i najdroższych teleskopów. Jasne jest również, że teleskop zdolny do widzenia w promieniach rentgenowskich wypada korzystnie w porównaniu z konwencjonalnym teleskopem optycznym. Faktem jest, że długość fali promieni rentgenowskich jest 100 razy mniejsza niż długość fali światła w zakresie optycznym. Dlatego dla takich teleskopów minimalna rozróżnialna odległość kątowa jest 100 razy mniejsza niż dla konwencjonalnych teleskopów optycznych o tej samej średnicy obiektywu.

Badanie aberracji umożliwiło znaczne ulepszenie instrumentów astronomicznych. W nowoczesnych teleskopach efekty aberracji są zminimalizowane, ale to aberracja ogranicza możliwości instrumentów optycznych.

Rys.1 Ilustracja nieskorygowanej aberracji sferycznej. Powierzchnia na obrzeżach obiektywu ma krótszą ogniskową niż na środku.

Większość obiektywów fotograficznych składa się z elementów o powierzchniach sferycznych. Takie elementy są stosunkowo łatwe w produkcji, ale ich kształt nie jest idealny do obrazowania.

Aberracja sferyczna to jedna z wad w tworzeniu obrazu, która wynika z kulistego kształtu soczewki. Ryż. 1 ilustruje aberrację sferyczną soczewki dodatniej.

Promienie przechodzące przez soczewkę dalej od osi optycznej skupiają się w pozycji Z. Promienie, które przechodzą bliżej osi optycznej, są skupiane w danej pozycji a, są bliżej powierzchni soczewki. Tak więc pozycja ogniska zależy od miejsca, w którym promienie przechodzą przez soczewkę.

Jeśli ognisko krawędzi jest bliżej soczewki niż ognisko osiowe, jak to ma miejsce w przypadku soczewki dodatniej Rys. 1, a następnie powiedz aberrację sferyczną niedostatecznie poprawione. I odwrotnie, jeśli ognisko krawędzi znajduje się za ogniskiem osiowym, mówi się, że aberracja sferyczna jest poprawiony.

Obraz punktu tworzony przez obiektyw z aberracjami sferycznymi jest zwykle uzyskiwany przez kropki otoczone aureolą światła. Aberracja sferyczna zwykle pojawia się na zdjęciach poprzez zmiękczenie kontrastu i rozmycie drobnych szczegółów.

Aberracja sferyczna jest równomierna w całym polu, co oznacza, że podłużne ogniskowanie między krawędziami soczewki a środkiem nie zależy od nachylenia promieni.

Z rys. 1 wynika, że uzyskanie dobrej ostrości obiektywu z aberracją sferyczną jest niemożliwe. W dowolnej pozycji za obiektywem na elemencie światłoczułym (filmie lub matrycy) zamiast wyraźnego punktu zostanie wyświetlony dysk rozmycia.

Jednak istnieje geometrycznie „najlepsze” skupienie, które odpowiada najmniejszemu rozmyciu dysku. Ten osobliwy zespół stożków świetlnych ma minimalny przekrój w pozycji b.

Przesunięcie ostrości

Gdy przysłona znajduje się za obiektywem, obserwuje się ciekawe zjawisko. Jeśli przysłona jest zakryta w taki sposób, że odcina promienie na obrzeżach obiektywu, to ostrość przesuwa się w prawo. Przy mocno zakrytej aperturze najlepsza ostrość będzie obserwowana w pozycji c, to znaczy pozycje najmniej rozmytych płyt z zakrytą przysłoną i otwartą przysłoną będą się różnić.

Aby uzyskać najlepszą ostrość na zasłoniętej przysłonie, należy ustawić matrycę (film) w pozycji c. Ten przykład wyraźnie pokazuje, że istnieje możliwość, że najlepsza ostrość nie zostanie osiągnięta, ponieważ większość systemów fotograficznych jest zaprojektowana do pracy z otwartą przysłoną.

Fotograf skupia się na pełnej przysłonie i wyświetla dysk o najmniejszym rozmyciu w miejscu b, wtedy podczas fotografowania przysłona automatycznie zamyka się do ustawionej wartości, a on nie podejrzewa niczego o kolejne w tym momencie przesunięcie ostrości, co nie pozwala mu osiągnąć najlepszej ostrości.

Oczywiście zakryta przysłona redukuje aberracje sferyczne również w punkcie b, ale nadal nie będzie miał najlepszej ostrości.

Użytkownicy lustrzanek cyfrowych mogą zamknąć przysłonę podglądu, aby ustawić ostrość na rzeczywistej przysłonie.

Automatyczna kompensacja przesunięcia ostrości została zaproponowana przez Normana Goldberga. Zeiss wprowadził linię obiektywów dalmierzowych do aparatów Zeiss Ikon, które mają specjalnie zaprojektowane obwody, aby zminimalizować przesunięcie ostrości przy zmianach przysłony. Jednocześnie aberracje sferyczne w obiektywach do aparatów dalmierzowych są znacznie zredukowane. Pytasz, jak ważna jest zmiana ostrości w obiektywach dalmierzowych? Według producenta obiektywu LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 jest to wartość około 100 µm.

Nieostry charakter rozmycia

Efekt aberracji sferycznych na ostrym obrazie jest trudny do dostrzeżenia, ale jest wyraźnie widoczny na obrazie lekko nieostrym. Aberracja sferyczna pozostawia widoczny ślad w strefie rozmycia.

Wracając do rys. 1, można zauważyć, że rozkład natężenia światła w dysku rozmycia w obecności aberracji sferycznej nie jest jednorodny.

W ciąży c Dysk rozmycia charakteryzuje się jasnym jądrem otoczonym słabą aureolą. Gdy pokrętło rozmycia jest na swoim miejscu a ma ciemniejszy rdzeń otoczony jasnym pierścieniem światła. Takie anomalne rozkłady światła mogą pojawić się w rozmytym obszarze obrazu.

Ryż. 2 Zmiany rozmycia przed i za punktem ostrości

Przykład na ryc. 2 przedstawia kropkę w środku kadru zrobioną w trybie makro 1:1 z obiektywem 85/1,4 zamontowanym na mieszka makro. Gdy czujnik znajduje się 5 mm za najlepszą ostrością (punkt środkowy), dysk rozmycia pokazuje efekt jasnego pierścienia (lewy punkt), podobne dyski rozmycia uzyskuje się w przypadku soczewek refleksyjnych menisku.

A gdy matryca jest o 5 mm przed najlepszą ostrością (czyli bliżej obiektywu), natura rozmycia zmieniła się w kierunku jasnego środka otoczonego słabą aureolą. Jak widać soczewka została skorygowana o aberrację sferyczną, ponieważ zachowuje się odwrotnie niż w przykładzie na rys. jeden.

Poniższy przykład ilustruje wpływ dwóch aberracji na nieostre obrazy.

Na ryc. 3 przedstawia krzyż, który został sfotografowany w centrum kadru tym samym obiektywem 85/1,4. Makrofutro wydłuża się o około 85 mm, co daje wzrost o około 1:1. Aparat (matrycę) przesuwano w odstępach co 1 mm w obu kierunkach od maksymalnego ogniskowania. Krzyż jest obrazem bardziej złożonym niż kropka, a kolorowe wskaźniki dają wizualną ilustrację jego rozmycia.

Ryż. 3 Liczby na ilustracjach wskazują na zmiany odległości od obiektywu do matrycy, są to milimetry. kamera porusza się od -4 do +4 mm w odstępach co 1 mm od najlepszej pozycji ostrości (0)

Aberracja sferyczna odpowiada za ostry charakter rozmycia przy ujemnych odległościach i przejście w miękkie rozmycie przy dodatnich odległościach. Interesujące są również efekty kolorystyczne, które występują z powodu podłużnej aberracji chromatycznej (kolor osiowy). Jeśli obiektyw jest źle złożony, aberracja sferyczna i kolor osiowy są jedynymi aberracjami, które pojawiają się w środku obrazu.

Najczęściej siła, a czasem charakter aberracji sferycznej zależy od długości fali światła. W tym przypadku łączny efekt aberracji sferycznej i osiowego koloru nazywa się . Z tego wynika, że zjawisko zilustrowane na ryc. 3 wskazuje, że ten obiektyw nie jest przeznaczony do użytku jako obiektyw makro. Większość obiektywów jest zoptymalizowana pod kątem ogniskowania w bliskim polu i nieskończoności, ale nie do makrofotografii 1:1. Przy tym zbliżeniu konwencjonalne obiektywy będą zachowywać się gorzej niż obiektywy makro, które są używane szczególnie z bliskiej odległości.

Jednak nawet jeśli obiektyw jest używany do standardowych zastosowań, sferochromatyzm może pojawić się w nieostrym obszarze podczas normalnego fotografowania i wpłynąć na jakość.

wnioski
Oczywiście ilustracja na ryc. 1 to przesada. W rzeczywistości ilość szczątkowych aberracji sferycznych w obiektywach fotograficznych jest niewielka. Efekt ten jest znacznie zmniejszony dzięki połączeniu elementów obiektywu w celu skompensowania sumy przeciwstawnych aberracji sferycznych, zastosowaniu wysokiej jakości szkła, starannie zaprojektowanej geometrii obiektywu oraz zastosowaniu elementów asferycznych. Ponadto elementy pływające mogą być używane do zmniejszania aberracji sferycznych w pewnym zakresie odległości roboczej.

W przypadku obiektywów z niedoszacowaną aberracją sferyczną skutecznym sposobem na poprawę jakości obrazu jest przymknięcie przysłony. Dla niedoszacowanego elementu na ryc. 1, średnica krążków rozmycia zmniejsza się proporcjonalnie do sześcianu średnicy przysłony.

Zależność ta może się różnić w przypadku resztkowych aberracji sferycznych w złożonych schematach obiektywów, ale z reguły zamknięcie przysłony o jeden stopień daje już zauważalną poprawę obrazu.

Alternatywnie, zamiast walczyć z aberracją sferyczną, fotograf może celowo ją wykorzystać. Filtry zmiękczające Zeiss, pomimo płaskiej powierzchni, dodają aberracji sferycznej do obrazu. Są popularne wśród fotografów portretowych ze względu na efekt miękkości i imponujący charakter.

Aberracja to termin niejednoznaczny, używany w różnych dziedzinach wiedzy: astronomii, optyce, biologii, fotografii, medycynie i innych. Czym są aberracje i jakie typy aberracji istnieją, zostaną omówione w tym artykule.

Znaczenie terminu

Słowo „aberracja” pochodzi z języka łacińskiego i dosłownie tłumaczy się jako „odchylenie, zniekształcenie, usunięcie”. Aberracja jest więc zjawiskiem odchylenia od pewnej wartości.

W jakich dziedzinach naukowych można zaobserwować zjawisko aberracji?

Aberracja w astronomii

W astronomii używa się pojęcia aberracji światła. Jest rozumiany jako wizualne przemieszczenie ciała niebieskiego lub obiektu. Jest to spowodowane prędkością propagacji światła względem obserwowanego obiektu i obserwatora. Innymi słowy, poruszający się obserwator widzi obiekt w innym miejscu niż by go obserwował, będąc w spoczynku. Wynika to z faktu, że nasza planeta jest w ciągłym ruchu, więc stan spoczynku obserwatora jest fizycznie niemożliwy.

Ponieważ zjawisko aberracji spowodowane jest ruchem Ziemi, rozróżnia się dwa typy:

aberracja dobowa: odchylenie jest spowodowane dobowym obrotem Ziemi wokół własnej osi;
aberracja roczna: spowodowana obrotem planety wokół Słońca.

Zjawisko to zostało odkryte w 1727 roku i od tego czasu wielu naukowców zwróciło uwagę na aberrację światła: Thomas Young, Airy, Einstein i inni.

Aberracja układu optycznego

Układ optyczny to zestaw elementów optycznych przetwarzających wiązki światła. Najważniejszym tego rodzaju ludzkim układem jest oko. Również takie systemy służą do projektowania urządzeń optycznych - kamer, teleskopów, mikroskopów, projektorów itp.

Aberracje optyczne to różne zniekształcenia obrazu w układach optycznych, które wpływają na efekt końcowy.

Gdy obiekt oddala się od tzw. osi optycznej, następuje rozproszenie promieni, ostateczny obraz jest rozmyty, nieostry, rozmazany lub ma inny kolor niż oryginał. Na tym polega aberracja. Przy określaniu stopnia aberracji można ją obliczyć za pomocą specjalnych formuł.

Aberracja obiektywu dzieli się na kilka typów.

aberracje monochromatyczne

W idealnym układzie optycznym wiązka z każdego punktu obiektu na wyjściu jest również skoncentrowana w jednym punkcie. W praktyce wynik ten jest niemożliwy do osiągnięcia: wiązka docierająca do powierzchni jest skoncentrowana w różnych punktach. To właśnie to zjawisko aberracji powoduje rozmycie końcowego obrazu. Zniekształcenia te występują w każdym rzeczywistym układzie optycznym i nie da się ich pozbyć.

Aberracja chromatyczna

Ten rodzaj aberracji wynika ze zjawiska dyspersji – rozpraszania światła. Różne kolory widma mają różne prędkości propagacji i stopnie załamania. Tak więc ogniskowa jest inna dla każdego koloru. Prowadzi to do pojawienia się kolorowych konturów lub różnych kolorowych obszarów na obrazie.

Zjawisko aberracji chromatycznej można zredukować stosując w przyrządach optycznych specjalne soczewki achromatyczne.

Aberracja sferyczna

Idealną wiązkę światła, w której wszystkie promienie przechodzą tylko przez jeden punkt, nazywamy homocentryczną.

Wraz ze zjawiskiem aberracji sferycznej promienie światła przechodzące w różnych odległościach od osi optycznej przestają być homocentryczne. Zjawisko to występuje nawet wtedy, gdy źródło znajduje się bezpośrednio na osi optycznej. Chociaż wiązki są symetryczne, odległe wiązki są silniej załamywane, a punkt końcowy uzyskuje nierównomierne oświetlenie.

Zjawisko aberracji sferycznej można zredukować stosując soczewkę o zwiększonym promieniu powierzchni.

zniekształcenie

Zjawisko zniekształcenia (krzywizny) przejawia się w rozbieżności między kształtem oryginalnego obiektu a jego obrazem. W rezultacie na obrazie pojawiają się zniekształcone kontury obiektu. może być dwojakiego rodzaju: wklęsłość konturów lub ich wypukłość. Przy zjawisku zniekształceń kombinowanych obraz może mieć złożony charakter zniekształceń. Ten rodzaj aberracji wynika z odległości między osią optyczną a źródłem.

Zjawisko dystorsji można skorygować poprzez specjalny dobór soczewek w układzie optycznym. Do poprawiania zdjęć można wykorzystać edytory graficzne.

Śpiączka

Jeżeli wiązka światła przechodzi pod kątem w stosunku do osi optycznej, to obserwuje się zjawisko komy. Obraz punktu w tym przypadku ma postać rozproszonej plamki przypominającej kometę, co tłumaczy nazwę tego typu aberracji. Podczas fotografowania koma często pojawia się podczas fotografowania przy otwartej przysłonie.

Zjawisko to można korygować, podobnie jak w przypadku aberracji sferycznych czy dystorsji, poprzez dobór soczewek, a także przez przesłonę - zmniejszenie przekroju wiązki światła za pomocą przesłon.

Astygmatyzm

Przy tego rodzaju aberracji punkt, który nie leży na osi optycznej, może przybrać postać owalu lub linii na obrazie. Ta aberracja jest spowodowana różną krzywizną powierzchni optycznej.

Zjawisko to jest korygowane poprzez dobór specjalnej krzywizny powierzchni i grubości soczewki.

To główne aberracje charakterystyczne dla systemów optycznych.

Aberracje chromosomowe

Ten rodzaj aberracji objawia się mutacjami, rearanżacjami w strukturze chromosomów.

Chromosom to struktura w jądrze komórki odpowiedzialna za przekazywanie informacji dziedzicznych.

Aberracje chromosomowe zwykle występują podczas podziału komórki. Są wewnątrzchromosomalne i międzychromosomalne.

Rodzaje aberracji:

Przyczyny aberracji chromosomowych są następujące:

narażenie na patogenne mikroorganizmy - bakterie i wirusy wnikające w strukturę DNA;
czynniki fizyczne: promieniowanie, ultrafiolet, ekstremalne temperatury, ciśnienie, promieniowanie elektromagnetyczne itp.;
związki chemiczne pochodzenia sztucznego: rozpuszczalniki, pestycydy, sole metali ciężkich, tlenek azotu itp.

Aberracje chromosomowe prowadzą do poważnych konsekwencji zdrowotnych. Choroby, które powodują, są zwykle nazywane imieniem specjalistów, którzy je opisali: zespół Downa, zespół Shershevsky'ego-Turnera, zespół Edwardsa, zespół Klinefeltera, zespół Wolffa-Hirshhorna i inne.

Najczęściej choroby wywoływane przez tego typu aberracje wpływają na aktywność umysłową, strukturę szkieletu, układ sercowo-naczyniowy, trawienny i nerwowy oraz funkcje rozrodcze organizmu.

Prawdopodobieństwo wystąpienia tych chorób nie zawsze jest przewidywalne. Niemniej jednak już na etapie rozwoju okołoporodowego dziecka, przy pomocy specjalnych badań, można zobaczyć istniejące patologie.

Aberracja w entomologii

Entomologia to dziedzina zoologii zajmująca się badaniem owadów.

Ten rodzaj aberracji pojawia się spontanicznie. Zwykle wyraża się to nieznaczną zmianą budowy ciała lub koloru owadów. Najczęściej aberrację obserwuje się u Lepidoptera i Coleoptera.

Przyczynami jej występowania są oddziaływanie na owady czynników chromosomalnych lub fizycznych na etapie poprzedzającym dorosłość (dorosły).

Aberracja jest więc zjawiskiem odchylenia, zniekształcenia. Termin ten pojawia się w wielu dziedzinach nauki. Najczęściej jest używany w odniesieniu do systemów optycznych, medycyny, astronomii i zoologii.

1. Wprowadzenie do teorii aberracji

Jeśli chodzi o wydajność obiektywu, często słyszy się to słowo aberracje. „To doskonały obiektyw, wszystkie wady są w nim praktycznie korygowane!” – to teza, którą często można spotkać w dyskusjach czy recenzjach. O wiele rzadziej można usłyszeć diametralnie przeciwną opinię, na przykład: „To wspaniały obiektyw, jego szczątkowe aberracje są dobrze wyraźne i tworzą niezwykle plastyczny i piękny wzór”…

Dlaczego są tak różne opinie? Postaram się odpowiedzieć na to pytanie: jak dobre/złe jest to zjawisko dla obiektywów i ogólnie dla gatunków fotografii. Ale najpierw spróbujmy dowiedzieć się, jakie są aberracje obiektywu fotograficznego. Zaczynamy od teorii i kilku definicji.

W ogólnym użyciu termin Aberracja (łac. ab- „od” + łac. errare „wędrować, błąd”) - jest to odchylenie od normy, błąd, jakieś naruszenie normalnej pracy systemu.

Aberracja obiektywu- błąd lub błąd obrazu w systemie optycznym. Spowodowane jest to tym, że w rzeczywistym ośrodku może dojść do znacznego odchylenia promieni od kierunku, w którym biegną w obliczonym „idealnym” układzie optycznym.

W rezultacie cierpi ogólnie przyjęta jakość obrazu fotograficznego: niewystarczająca ostrość w centrum, utrata kontrastu, silne rozmycie na krawędziach, zniekształcenie geometrii i przestrzeni, aureole kolorów itp.

Główne aberracje charakterystyczne dla obiektywów fotograficznych to:

Aberracja komiczna.
Zniekształcenie.
Astygmatyzm.
Krzywizna pola obrazu.

Zanim lepiej poznamy każdą z nich, przypomnijmy z artykułu, jak promienie przechodzą przez soczewkę w idealnym układzie optycznym:

chory. 1. Przejście promieni w idealnym układzie optycznym.

Jak widać, wszystkie promienie gromadzone są w jednym punkcie F – głównym ognisku. Ale w rzeczywistości sprawy są znacznie bardziej skomplikowane. Istotą wad optycznych jest to, że promienie padające na obiektyw z jednego punktu świetlnego również nie gromadzą się w jednym punkcie. Zobaczmy więc, jakie odchylenia występują w układzie optycznym pod wpływem różnych aberracji.

Tutaj również należy od razu zauważyć, że zarówno w prostym obiektywie, jak i w złożonym obiektywie wszystkie opisane poniżej aberracje działają razem.

Akcja aberracja sferyczna jest to, że promienie padające na krawędzie soczewki gromadzą się bliżej soczewki niż promienie padające na środkową część soczewki. W rezultacie obraz punktu na płaszczyźnie uzyskuje się w postaci rozmytego koła lub dysku.

chory. 2. Aberracja sferyczna.

Na zdjęciach efekt aberracji sferycznej pojawia się jako zmiękczony obraz. Szczególnie często efekt jest zauważalny przy otwartych przysłonach, a obiektywy z większą przysłoną są bardziej podatne na tę aberrację. Dopóki krawędzie są ostre, ten miękki efekt może być bardzo przydatny w przypadku niektórych rodzajów fotografii, takich jak portrety.

Rys.3. Miękki efekt na otwartej przysłonie dzięki działaniu aberracji sferycznej.

W obiektywach zbudowanych w całości z soczewek sferycznych prawie niemożliwe jest całkowite wyeliminowanie tego typu aberracji. W ultraszybkich obiektywach jedynym skutecznym sposobem na znaczne jego skompensowanie jest zastosowanie elementów asferycznych w konstrukcji optycznej.

3. Aberracja śpiączki lub „śpiączka”

Jest to szczególny rodzaj aberracji sferycznej dla belek bocznych. Jej działanie polega na tym, że promienie padające pod kątem do osi optycznej nie są zbierane w jednym punkcie. W tym przypadku obraz punktu świetlnego na krawędziach kadru uzyskuje się w postaci „latającej komety”, a nie w postaci punktu. Koma może również powodować rozmycie obszarów obrazu w strefie rozmycia.

chory. 4. Śpiączka.

chory. 5. Śpiączka na zdjęciu

Jest to bezpośrednia konsekwencja rozproszenia światła. Jego istota polega na tym, że wiązka białego światła przechodząca przez soczewkę rozkłada się na składowe kolorowe promienie. Promienie krótkofalowe (niebieskie, fioletowe) są załamywane w soczewce silniej i zbiegają się bliżej niej niż promienie długoogniskowe (pomarańczowe, czerwone).

chory. 6. Aberracja chromatyczna. Ф - skupienie fioletowych promieni. K - skupienie czerwonych promieni.

Tutaj, podobnie jak w przypadku aberracji sferycznej, obraz punktu świetlnego na płaszczyźnie uzyskuje się w postaci rozmytego koła/dysku.

Na fotografiach aberracja chromatyczna pojawia się jako zjawy i kolorowe kontury na obiektach. Efekt aberracji jest szczególnie widoczny w kontrastujących obiektach. Obecnie XA jest dość łatwo korygowane w konwerterach RAW, jeśli fotografowanie odbywało się w formacie RAW.

chory. 7. Przykład przejawu aberracji chromatycznej.

5. Zniekształcenie

Zniekształcenie przejawia się w krzywiźnie i zniekształceniu geometrii fotografii. Tych. skala obrazu zmienia się wraz z odległością od środka pola do krawędzi, w wyniku czego linie proste są zakrzywione w kierunku środka lub w kierunku krawędzi.

Wyróżnić w kształcie beczki lub negatywny(najbardziej typowe dla szerokiego kąta) i w kształcie poduszki lub pozytywny zniekształcenie (częściej objawiające się przy długim skupieniu).

chory. 8. Zniekształcenie poduszkowe i beczkowe

Zniekształcenia są zwykle znacznie większe w przypadku obiektywów zmiennoogniskowych niż w przypadku obiektywów stałoogniskowych. Niektóre spektakularne soczewki, takie jak Rybie Oko, celowo nie korygują, a nawet podkreślają dystorsję.

chory. 9. Wyraźne zniekształcenie soczewki beczkowejZenitar 16mmrybie oko.

W nowoczesnych obiektywach, w tym o zmiennej ogniskowej, dystorsję dość skutecznie koryguje się, wprowadzając do układu optycznego soczewkę asferyczną (lub kilka soczewek).

6. Astygmatyzm

Astygmatyzm(z greckiego stygma - punkt) charakteryzuje się niemożnością uzyskania obrazów punktu świetlnego na krawędziach pola zarówno w postaci punktu, jak i nawet w postaci dysku. W tym przypadku punkt świetlny znajdujący się na głównej osi optycznej jest transmitowany jako punkt, ale jeśli punkt znajduje się poza tą osią - jako zaciemnienie, skrzyżowane linie itp.

Zjawisko to najczęściej obserwuje się na krawędziach obrazu.

chory. 10. Manifestacja astygmatyzmu

7. Krzywizna pola obrazu

Krzywizna pola obrazu- jest to aberracja, w wyniku której obraz płaskiego obiektu prostopadłego do osi optycznej soczewki leży na powierzchni wklęsłej lub wypukłej względem soczewki. Ta aberracja powoduje nierówną ostrość w całym polu obrazu. Gdy środek obrazu jest ostry, krawędzie obrazu będą nieostre i nie będą ostre. Jeśli ustawienie ostrości zostanie wykonane wzdłuż krawędzi obrazu, to jego środkowa część będzie nieostra.

Występowanie tego błędu można prześledzić za pomocą łatwo dostępnych eksperymentów. Weźmy prostą soczewkę skupiającą 1 (na przykład soczewkę płasko-wypukłą) o możliwie dużej średnicy i małej ogniskowej. Małe i jednocześnie wystarczająco jasne źródło światła można uzyskać wiercąc otwór w dużym ekranie 2 o średnicy około , a przed nim mocując kawałek matowego szkła 3, oświetlony mocną lampą z krótki dystans. Jeszcze lepiej jest skoncentrować światło z lampy łukowej na matowym szkle. Ten „punkt świetlny” powinien znajdować się na głównej osi optycznej soczewki (ryc. 228, a).

Ryż. 228. Eksperymentalne badanie aberracji sferycznej: a) soczewka, na którą pada szeroka wiązka daje obraz rozmazany; b) centralna strefa obiektywu daje dobry ostry obraz

Za pomocą określonej soczewki, na którą padają szerokie wiązki światła, nie jest możliwe uzyskanie ostrego obrazu źródła. Niezależnie od tego, jak przesuniemy ekran 4, obraz jest raczej rozmazany. Ale jeśli wiązki padające na obiektyw są ograniczone przez umieszczenie przed nim kawałka tektury 5 z małym otworem naprzeciwko części środkowej (ryc. 228, b), obraz znacznie się poprawi: można znaleźć takie położenie ekranu 4, aby obraz źródła na nim był wystarczająco ostry. Obserwacja ta jest zgodna z tym, co wiemy o obrazie uzyskanym w soczewce o wąskich wiązkach przyosiowych (por. §89).

Ryż. 229. Ekran z otworami do badania aberracji sferycznej

Zastąpmy teraz tekturę z centralnym otworem kawałkiem tektury z małymi otworami umieszczonymi wzdłuż średnicy soczewki (ryc. 229). Przebieg promieni przechodzących przez te otwory można prześledzić, jeśli powietrze za soczewką jest lekko zadymione. Przekonamy się, że promienie przechodzące przez otwory znajdujące się w różnych odległościach od środka soczewki przecinają się w różnych punktach: im dalej od osi soczewki idzie wiązka, tym bardziej jest załamywana, a im bliżej soczewki znajduje się punkt jego przecięcia z osią.

Z naszych eksperymentów wynika zatem, że promienie przechodzące przez poszczególne strefy soczewki znajdujące się w różnych odległościach od osi dają obrazy źródła leżącego w różnych odległościach od soczewki. W danym położeniu ekranu dadzą się na nim różne strefy obiektywu: jedne są ostrzejsze, inne bardziej rozmyte obrazy źródła, które zleją się w krąg światła. W rezultacie obiektyw o dużej średnicy tworzy obraz źródła punktowego nie jako kropki, ale jako rozmytą plamę światła.

Tak więc przy zastosowaniu szerokich wiązek światła nie otrzymamy obrazu punktowego nawet wtedy, gdy źródło znajduje się na głównej osi. Ten błąd w układach optycznych nazywa się aberracją sferyczną.

Ryż. 230. Występowanie aberracji sferycznej. Promienie opuszczające soczewkę na różnych wysokościach nad osią dają obrazy punktu w różnych punktach

W przypadku prostych soczewek negatywowych, ze względu na aberrację sferyczną, ogniskowa promieni przechodzących przez strefę centralną soczewki będzie również większa niż dla promieni przechodzących przez strefę peryferyjną. Innymi słowy, wiązka równoległa przechodząca przez środkową strefę soczewki rozpraszającej staje się mniej rozbieżna niż wiązka przechodząca przez strefy zewnętrzne. Wymuszając przejście światła po soczewce skupiającej przez soczewkę rozpraszającą, zwiększamy ogniskową. Ten wzrost będzie jednak mniej znaczący dla promieni centralnych niż dla promieni obwodowych (ryc. 231).

Ryż. 231. Aberracja sferyczna: a) w soczewce skupiającej; b) w soczewce rozpraszającej

Zatem dłuższa ogniskowa soczewki skupiającej odpowiadająca wiązkom centralnym będzie się zwiększać w mniejszym stopniu niż krótsza ogniskowa wiązek obwodowych. Dlatego soczewka rozpraszająca, ze względu na swoją aberrację sferyczną, wyrównuje różnicę ogniskowych promieni centralnych i peryferyjnych z powodu aberracji sferycznej soczewki skupiającej. Poprzez prawidłowe obliczenie kombinacji soczewek zbieżnych i rozbieżnych możemy osiągnąć to ustawienie tak całkowicie, że aberracja sferyczna układu dwóch soczewek zostanie praktycznie zredukowana do zera (ryc. 232). Zwykle obie proste soczewki są ze sobą sklejone (ryc. 233).

Ryż. 232 Korygowanie aberracji sferycznej poprzez połączenie soczewek zbieżnych i rozpraszających

Ryż. 233. Spojona soczewka astronomiczna skorygowana o aberrację sferyczną

Z tego, co zostało powiedziane, wynika, że eliminacja aberracji sferycznej jest realizowana przez połączenie dwóch części układu, których aberracje sferyczne wzajemnie się kompensują. To samo robimy, korygując inne niedociągnięcia systemu.

Przykładem układu optycznego z wyeliminowaną aberracją sferyczną mogą być soczewki astronomiczne. Jeśli gwiazda znajduje się na osi soczewki, jej obraz praktycznie nie jest zniekształcony aberracją, chociaż średnica soczewki może sięgać kilkudziesięciu centymetrów.