Základný výskum. Sférická aberácia v šošovkách Obraz bodu so sférickou aberáciou má tvar

Sférická aberácia ()

Ak sú všetky koeficienty okrem B rovné nule, potom (8) nadobudne tvar

Aberačné krivky majú v tomto prípade tvar sústredných kružníc, ktorých stredy sú umiestnené v bode paraxiálneho obrazu a polomery sú úmerné tretej mocnine polomeru zóny, ale nezávisia od polohy () objekt v zornom poli. Táto chyba obrazu sa nazýva sférická aberácia.

Sférická aberácia, ktorá je od nej nezávislá, skresľuje axiálne aj mimoosové body obrazu. Lúče vychádzajúce z axiálneho bodu objektu a zvierajúce s osou významné uhly ho budú pretínať v bodoch ležiacich pred paraxiálnym ohniskom alebo za ním (obr. 5.4). Bod, v ktorom sa lúče z okraja bránice pretínajú s osou, sa nazýval okrajové ohnisko. Ak je obrazovka v oblasti obrazu umiestnená v pravom uhle k osi, potom existuje taká poloha obrazovky, pri ktorej je okrúhla škvrna obrazu na nej minimálna; tento minimálny "obraz" sa nazýva najmenší kruh rozptylu.

kóma()

Aberácia charakterizovaná nenulovým koeficientom F sa nazýva kóma. Zložky lúčovej aberácie v tomto prípade majú podľa (8). vyhliadka

Ako vidíme, pri pevnom a polomere zóny bod (pozri obr. 2.1) pri zmene z 0 na dvojnásobok opisuje kružnicu v rovine obrazu. Polomer kruhu je rovnaký a jeho stred je vo vzdialenosti od paraxiálneho ohniska smerom k záporným hodnotám pri. Preto je táto kružnica dotyčnica k dvom priamym čiaram prechádzajúcim cez paraxiálny obraz a komponentom s osou pri uhly 30°. Ak sa použijú všetky možné hodnoty, potom množina podobných kruhov tvorí oblasť ohraničenú segmentmi týchto priamych čiar a oblúkom najväčšieho aberačného kruhu (obr. 3.3). Rozmery výslednej plochy sa lineárne zväčšujú so zväčšujúcou sa vzdialenosťou bodu objektu od osi systému. Keď je splnená podmienka Abbeho sínusov, systém poskytuje ostrý obraz prvku roviny objektu nachádzajúceho sa v bezprostrednej blízkosti osi. Preto v tomto prípade rozšírenie funkcie aberácie nemôže obsahovať členy, ktoré závisia lineárne od. Z toho vyplýva, že ak je splnená podmienka sínusov, nedochádza k primárnej kóme.

Astigmatizmus () a zakrivenie poľa ()

Aberácie charakterizované koeficientmi C a D je vhodnejšie posudzovať spoločne. Ak sú všetky ostatné koeficienty v (8) rovné nule, potom

Aby sme demonštrovali dôležitosť takýchto aberácií, najprv predpokladajme, že zobrazovací lúč je veľmi úzky. Podľa § 4.6 lúče takéhoto lúča pretínajú dva krátke úseky kriviek, z ktorých jeden (tangenciálna ohnisková čiara) je kolmá na poludníkovú rovinu a druhý (sagitálna ohnisková čiara) leží v tejto rovine. Zvážte teraz svetlo vychádzajúce zo všetkých bodov konečnej oblasti roviny objektu. Ohniskové línie v obrazovom priestore budú prechádzať do tangenciálnych a sagitálnych ohniskových plôch. V prvom priblížení možno tieto povrchy považovať za gule. Nech a sú ich polomery, ktoré sa považujú za kladné, ak sa zodpovedajúce stredy zakrivenia nachádzajú na druhej strane obrazovej roviny, z ktorej sa svetlo šíri (v prípade znázornenom na obr. 3.4. i).

Polomery zakrivenia možno vyjadriť pomocou koeficientov S a D. Na tento účel je pri výpočte lúčových aberácií s prihliadnutím na zakrivenie vhodnejšie použiť obyčajné súradnice namiesto Seidelových premenných. Máme (obr. 3.5)

kde u- malá vzdialenosť medzi sagitálnou ohniskovou čiarou a rovinou obrazu. Ak v je vzdialenosť od tejto ohniskovej čiary k osi, potom

ak zanedbáme a v porovnaní s, potom z (12) nájdeme

Podobne

Napíšme teraz tieto vzťahy z hľadiska Seidelových premenných. Dosadením (2.6) a (2.8) do nich dostaneme

a podobne

V posledných dvoch vzťahoch môžeme nahradiť s a potom pomocou (11) a (6) získame

hodnota 2C + D bežne nazývané zakrivenie tangenciálneho poľa, hodnota D -- sagitálne zakrivenie poľa a ich polovičný súčet

čo je úmerné ich aritmetickému priemeru, akurát zakrivenie poľa.

Z (13) a (18) vyplýva, že vo výške od osi je vzdialenosť medzi dvoma ohniskovými plochami (t. j. astigmatický rozdiel zobrazovacieho lúča)

polovičný rozdiel

volal astigmatizmus. Pri absencii astigmatizmu (C = 0) máme. Polomer R spoločnú, zhodnú, ohniskovú plochu možno v tomto prípade vypočítať pomocou jednoduchého vzorca, ktorý zahŕňa polomery zakrivenia jednotlivých plôch systému a indexy lomu všetkých médií.

Skreslenie()

Ak vo vzťahoch (8) len koeficient E, potom

Keďže súradnice a tu nie sú zahrnuté, mapovanie bude stigmatizované a nebude závisieť od polomeru výstupnej pupily; avšak vzdialenosti obrazových bodov od osi nebudú úmerné zodpovedajúcim vzdialenostiam pre body objektu. Táto aberácia sa nazýva skreslenie.

V prítomnosti takejto odchýlky bude obraz akejkoľvek čiary v rovine objektu prechádzajúceho osou priamkou, ale obraz akejkoľvek inej čiary bude zakrivený. Na obr. 3.6, ale objekt je zobrazený vo forme mriežky priamych čiar rovnobežných s osami X a pri a umiestnené v rovnakej vzdialenosti od seba. Ryža. 3.6. b ilustruje tzv súdkové skreslenie (E>0) a Obr. 3.6. v - poduškovité skreslenie (E<0 ).

Ryža. 3.6.

Už skôr bolo zdôraznené, že z piatich Seidelových aberácií tri (sférická, kóma a astigmatizmus) narúšajú ostrosť obrazu. Ďalšie dva (zakrivenie a skreslenie poľa) menia jeho polohu a tvar. Vo všeobecnom prípade nie je možné skonštruovať systém, ktorý by bol zbavený všetkých primárnych aberácií a aberácií vyššieho rádu; preto treba vždy hľadať nejaké vhodné kompromisné riešenie s prihliadnutím na ich relatívne veľkosti. V niektorých prípadoch môžu byť Seidelove aberácie výrazne znížené aberáciami vyššieho rádu. V ostatných prípadoch je potrebné niektoré aberácie úplne eliminovať, napriek tomu, že v tomto prípade sa objavujú iné typy aberácií. Napríklad kóma musí byť v ďalekohľadoch úplne eliminovaná, pretože ak je prítomná, obraz bude asymetrický a všetky presné astronomické merania polohy stratia zmysel. . Na druhej strane prítomnosť určitého zakrivenia poľa a skreslenia sú relatívne neškodné, pretože ich možno eliminovať pomocou vhodných výpočtov.

optická aberácia chromatický astigmatizmus skreslenie

Výskyt tejto chyby je možné vysledovať pomocou ľahko dostupných experimentov. Vezmime si jednoduchú zbiehavú šošovku 1 (napríklad plankonvexnú šošovku) s čo najväčším priemerom a malou ohniskovou vzdialenosťou. Malý a zároveň dostatočne jasný zdroj svetla možno získať vyvŕtaním otvoru do veľkej obrazovky 2 s priemerom asi , a upevnením kúska matného skla 3 pred ňou, osvetleného silnou lampou zo svietidla. krátka vzdialenosť. Ešte lepšie je sústrediť svetlo z oblúkovej lampy na matné sklo. Tento "svetelný bod" by mal byť umiestnený na hlavnej optickej osi šošovky (obr. 228, a).

Ryža. 228. Experimentálne štúdium sférickej aberácie: a) šošovka, na ktorú dopadá široký lúč, poskytuje rozmazaný obraz; b) stredová zóna šošovky poskytuje dobrý ostrý obraz

Pomocou špecifikovanej šošovky, na ktorú dopadajú široké svetelné lúče, nie je možné získať ostrý obraz zdroja. Bez ohľadu na to, ako posúvame obrazovku 4, obraz je dosť rozmazaný. Ak sú však lúče dopadajúce na šošovku obmedzené umiestnením kartónu 5 pred ňu s malým otvorom oproti strednej časti (obr. 228, b), potom sa obraz výrazne zlepší: je možné nájsť také polohu obrazovky 4, aby bol obraz zdroja na nej dostatočne ostrý. Toto pozorovanie je v dobrej zhode s tým, čo vieme o obraze získanom v šošovke s úzkymi paraxiálnymi lúčmi (porov. § 89).

Ryža. 229. Obrazovka s otvormi na štúdium sférickej aberácie

Teraz nahraďme kartón so stredovým otvorom kusom kartónu s malými otvormi umiestnenými pozdĺž priemeru šošovky (obr. 229). Priebeh lúčov prechádzajúcich týmito otvormi možno vysledovať, ak je vzduch za šošovkou jemne zadymený. Zistíme, že lúče prechádzajúce otvormi umiestnenými v rôznych vzdialenostiach od stredu šošovky sa pretínajú v rôznych bodoch: čím ďalej od osi šošovky ide lúč, tým viac sa láme a čím bližšie k šošovke je bod. jej priesečníka s osou.

Naše experimenty teda ukazujú, že lúče prechádzajúce cez samostatné zóny šošovky umiestnené v rôznych vzdialenostiach od osi poskytujú obrazy zdroja ležiaceho v rôznych vzdialenostiach od šošovky. Pri danej polohe obrazovky sa na nej poddajú rôzne zóny šošovky: niektoré sú ostrejšie, iné sú rozmazanejšie obrázky zdroja, ktoré sa spoja do svetelného kruhu. Výsledkom je, že šošovka s veľkým priemerom vytvára obraz bodového zdroja nie ako bod, ale ako rozmazaný svetelný bod.

Takže pri použití širokých svetelných lúčov nezískame bodový obraz ani vtedy, keď je zdroj umiestnený na hlavnej osi. Táto chyba v optických systémoch sa nazýva sférická aberácia.

Ryža. 230. Výskyt sférickej aberácie. Lúče opúšťajúce šošovku v rôznych výškach nad osou poskytujú obrazy bodu v rôznych bodoch

U jednoduchých negatívnych šošoviek bude v dôsledku sférickej aberácie aj ohnisková vzdialenosť lúčov prechádzajúcich centrálnou zónou šošovky väčšia ako u lúčov prechádzajúcich periférnou zónou. Inými slovami, paralelný lúč prechádzajúci cez strednú zónu divergentnej šošovky sa stáva menej divergentným ako lúč prechádzajúci cez vonkajšie zóny. Tým, že svetlo za zbiehavou šošovkou prejde cez divergenciu, zväčšujeme ohniskovú vzdialenosť. Tento nárast však bude menej významný pre centrálne lúče ako pre periférne lúče (obr. 231).

Ryža. 231. Sférická aberácia: a) v zbiehavke; b) v divergencii šošovky

Väčšia ohnisková vzdialenosť zbiehajúcej sa šošovky zodpovedajúca centrálnym lúčom sa teda zvýši v menšom rozsahu ako kratšia ohnisková vzdialenosť periférnych lúčov. Divergujúca šošovka preto vďaka svojej sférickej aberácii vyrovnáva rozdiel v ohniskových vzdialenostiach centrálnych a periférnych lúčov v dôsledku sférickej aberácie zbiehajúcej šošovky. Správnym výpočtom kombinácie zbiehavých a divergujúcich šošoviek dosiahneme toto zarovnanie tak dokonale, že sférická aberácia sústavy dvoch šošoviek sa prakticky zníži na nulu (obr. 232). Obidve jednoduché šošovky sú zvyčajne zlepené (obr. 233).

Ryža. 232 Korekcia sférickej aberácie kombináciou zbiehavých a difúznych šošoviek

Ryža. 233. Lepená astronomická šošovka korigovaná na sférickú aberáciu

Z vyššie uvedeného je zrejmé, že deštrukcia sférickej aberácie sa uskutočňuje kombináciou dvoch častí systému sférických aberácií, ktoré sa navzájom kompenzujú. To isté robíme aj pri náprave iných nedostatkov systému.

Astronomické šošovky môžu slúžiť ako príklad optického systému s eliminovanou sférickou aberáciou. Ak je hviezda umiestnená na osi šošovky, jej obraz prakticky nie je skreslený aberáciou, hoci priemer šošovky môže dosiahnuť niekoľko desiatok centimetrov.

Je zvykom uvažovať o zväzku lúčov vychádzajúceho z bodu objektu umiestneného na optickej osi. Sférická aberácia sa však vyskytuje aj pri iných zväzkoch lúčov vychádzajúcich z bodov objektu vzdialených od optickej osi, ale v takýchto prípadoch je považovaná za integrálnu súčasť aberácií celého nakloneného zväzku lúčov. Navyše, hoci sa táto aberácia tzv guľovitý, je charakteristický nielen pre guľové plochy.

V dôsledku sférickej aberácie valcový zväzok lúčov po lomení šošovkou (v obrazovom priestore) nadobudne podobu nie kužeľa, ale nejakého lievikovitého útvaru, ktorého vonkajší povrch v blízkosti úzkeho hrdla , sa nazýva žieravý povrch. V tomto prípade má obraz bodu tvar disku s nerovnomerným rozložením osvetlenia a tvar krivky žieraviny umožňuje posúdiť povahu rozloženia osvetlenia. Vo všeobecnom prípade je rozptylový obrazec v prítomnosti sférickej aberácie systémom sústredných kruhov s polomermi úmernými tretej mocnine súradníc na vstupnej (alebo výstupnej) zrenici.

Dizajnové hodnoty

Vzdialenosť δs" pozdĺž optickej osi medzi úbežníkmi nulových a extrémnych lúčov je tzv pozdĺžna sférická aberácia.

Priemer δ" rozptylový kruh (disk) je určený vzorcom

2h 1 - priemer otvoru systému;
a"- vzdialenosť od systému k bodu obrazu;
δs"- pozdĺžna aberácia.

Pre objekty nachádzajúce sa v nekonečne

Kombináciou takýchto jednoduchých šošoviek možno výrazne korigovať sférickú aberáciu.

Zmenšenie a oprava

V niektorých prípadoch je možné malé množstvo sférickej aberácie tretieho rádu korigovať miernym rozostrením šošovky. V tomto prípade sa obrazová rovina posunie do tzv "rovina najlepšej inštalácie", ktorý sa spravidla nachádza v strede medzi priesečníkom axiálnych a extrémnych lúčov a nezhoduje sa s najužším bodom priesečníka všetkých lúčov širokého lúča (disk najmenšieho rozptylu). Tento nesúlad sa vysvetľuje rozložením svetelnej energie v disku s najmenším rozptylom, ktorý tvorí maximá osvetlenia nielen v strede, ale aj na okraji. To znamená, že môžeme povedať, že „disk“ je jasný prsteň s centrálnou bodkou. Preto bude rozlíšenie optického systému v rovine zhodnej s diskom najmenšieho rozptylu nižšie, napriek menšiemu množstvu priečnej sférickej aberácie. Vhodnosť tejto metódy závisí od veľkosti sférickej aberácie a charakteru rozloženia osvetlenia v rozptylovom kotúči.

Presne povedané, sférickú aberáciu možno úplne korigovať len pre niektoré páry úzkych zón a navyše len pre určité dva konjugované body. V praxi však môže byť korekcia celkom uspokojivá aj pre systémy s dvoma šošovkami.

Zvyčajne sa sférická aberácia eliminuje pre jednu hodnotu výšky h 0 zodpovedajúca okraju zrenice sústavy. V tomto prípade sa najväčšia hodnota zvyškovej sférickej aberácie očakáva vo výške h e určené jednoduchým vzorcom

Zvyšková sférická aberácia vedie k tomu, že obraz bodu sa bodom nikdy nestane. Zostane disk, aj keď oveľa menší ako v prípade nekorigovanej sférickej aberácie.

Na zníženie zvyškovej sférickej aberácie sa často uchyľuje k vypočítanej „korekcii“ na okraji zrenice systému, ktorá dáva sférickej aberácii okrajovej zóny kladnú hodnotu ( δs"> 0). V tomto prípade lúče prechádzajú cez zrenicu vo výške h e , prekrížte ešte bližšie k bodu zaostrenia a okrajové lúče, hoci sa zbiehajú za bod zaostrenia, nepresahujú hranice rozptylového disku. Veľkosť rozptylového disku sa teda zmenšuje a jeho jas sa zvyšuje. To znamená, že sa zlepšia detaily aj kontrast obrazu. Vzhľadom na charakter rozloženia osvetlenia v rozptylovom kotúči však šošovky s „prekorigovanou“ sférickou aberáciou často majú „zdvojené“ rozostrenie.

V niektorých prípadoch je povolená výrazná „opätovná korekcia“. Takže napríklad rané „Planars“ od Carl Zeiss Jena mali kladnú hodnotu sférickej aberácie ( δs"> 0), pre okrajové aj stredné zóny zrenice. Toto riešenie trochu znižuje kontrast pri plnej clone, ale citeľne zvyšuje rozlíšenie pri malých clonách.

Poznámky

Literatúra

Begunov B. N. Geometrická optika, Moskovská štátna univerzita, 1966.
Volosov D.S., Fotografická optika. M., "Umenie", 1971.
Zakaznov N. P. a kol., Teória optických systémov, M., "Engineering", 1992.
Optika Landsberg G.S. M., FIZMATLIT, 2003.
Churilovsky V. N. Teória optických zariadení, L., "Engineering", 1966.
Smith, Warren J. Moderné optické inžinierstvo, McGraw-Hill, 2000.

Nadácia Wikimedia. 2010.

Fyzická encyklopédia

Jeden z typov aberácií optických systémov (pozri Aberácie optických systémov); sa prejavuje nesúladom ohniskov pre svetelné lúče prechádzajúce cez osovo symetrický optický systém (šošovka (pozri šošovku), objektív) v rôznych vzdialenostiach od ... Veľká sovietska encyklopédia

Skreslenie obrazu v optických systémoch v dôsledku skutočnosti, že svetelné lúče z bodového zdroja umiestneného na optickej osi sa nezhromažďujú v jednom bode s lúčmi, ktoré prešli časťami systému vzdialenými od osi. * * * SFÉRICKÉ ... ... encyklopedický slovník

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

Spherical ABERRATION- Pozri aberáciu, sférický... Výkladový slovník psychológie

sférická aberácia- v dôsledku nesúladu ohnísk svetelných lúčov prechádzajúcich v rôznych vzdialenostiach od optickej osi systému vedie k obrazu bodu vo forme kruhu rôzneho osvetlenia. Pozri tiež: aberácia chromatická aberácia... Encyklopedický slovník hutníctva

Jedna z aberácií optických systémov v dôsledku nesúladu ohnísk pre svetelné lúče prechádzajúce cez osovo symetrický optický systém. sústavy (šošovka, objektív) v rôznych vzdialenostiach od optickej osi tejto sústavy. Zdá sa, že obraz ... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

Optické skreslenie obrazu systémov v dôsledku toho, že svetelné lúče vychádzajú z bodového zdroja umiestneného na optike. osi sa nezhromažďujú v jednom bode s lúčmi, ktoré prešli časťami systému vzdialenými od osi ... Prírodná veda. encyklopedický slovník

Obr.1 Ilustrácia nekorigovanej sférickej aberácie. Povrch na okraji šošovky má kratšiu ohniskovú vzdialenosť ako v strede.

Väčšina fotografických šošoviek sa skladá z prvkov so sférickým povrchom. Výroba takýchto prvkov je pomerne jednoduchá, ale ich tvar nie je ideálny na zobrazovanie.

Sférická aberácia je jednou z defektov pri tvorbe obrazu, ku ktorej dochádza v dôsledku sférického tvaru šošovky. Ryža. 1 znázorňuje sférickú aberáciu pre kladnú šošovku.

Lúče, ktoré prechádzajú šošovkou ďalej od optickej osi, sú zaostrené na mieste S. Lúče, ktoré prechádzajú bližšie k optickej osi, sú zaostrené na mieste a, sú bližšie k povrchu šošovky. Poloha ohniska teda závisí od miesta, kde lúče prechádzajú šošovkou.

Ak je okrajové ohnisko bližšie k šošovke ako axiálne ohnisko, ako sa to stáva pri kladnej šošovke Obr. 1, potom povedzte sférickú aberáciu podkorigované. Naopak, ak je okrajové ohnisko za axiálnym ohniskom, potom sa hovorí, že sférická aberácia je opravené.

Obraz bodu vytvoreného šošovkou so sférickými aberáciami sa zvyčajne získa bodkami obklopenými svetelnou aureolou. Sférická aberácia sa na fotografiách zvyčajne prejavuje zjemnením kontrastu a rozmazaním jemných detailov.

Sférická aberácia je rovnomerná v celom poli, čo znamená, že pozdĺžne ohnisko medzi okrajmi šošovky a stredom nezávisí od sklonu lúčov.

Z obr. 1 sa zdá, že nie je možné dosiahnuť dobrú ostrosť na šošovke so sférickou aberáciou. V akejkoľvek polohe za objektívom na fotocitlivom prvku (film alebo matrica) sa namiesto čistého bodu premietne rozmazaný disk.

Existuje však geometricky „najlepšie“ ohnisko, ktoré zodpovedá najmenšiemu rozmazaniu disku. Tento zvláštny súbor svetelných kužeľov má minimálny prierez v polohe b.

Posun zaostrenia

Keď je clona za objektívom, pozorujeme zaujímavý jav. Ak je clona zakrytá tak, že odreže lúče na okraji šošovky, zaostrenie sa posunie doprava. Pri silne zakrytej clone bude najlepšie zaostrenie pozorované v polohe c, to znamená, že polohy najmenej rozmazaných diskov so zakrytou clonou a s otvorenou clonou sa budú líšiť.

Ak chcete dosiahnuť najlepšiu ostrosť na zakrytej clone, matrica (film) by mala byť umiestnená do polohy c. Tento príklad jasne ukazuje, že existuje možnosť, že sa nedosiahne najlepšia ostrosť, keďže väčšina fotografických systémov je navrhnutá na prácu s otvorenou clonou.

Fotograf zaostrí na plnú clonu a premietne disk s najmenším rozmazaním na mieste b, potom sa pri fotení clona automaticky zatvorí na nastavenú hodnotu a on v tejto chvíli nič netuší o následnom posun zaostrenia, čo mu neumožňuje dosiahnuť najlepšiu ostrosť.

Samozrejme, zakrytá clona znižuje sférické aberácie aj v bode b, no aj tak to nebude mať najlepšiu ostrosť.

Používatelia zrkadloviek môžu zatvoriť náhľadovú clonu a zaostriť na skutočnú clonu.

Automatickú kompenzáciu posunu zaostrenia navrhol Norman Goldberg. Spoločnosť Zeiss uviedla na trh rad diaľkomerových objektívov pre fotoaparáty Zeiss Ikon, ktoré majú špeciálne navrhnuté obvody na minimalizáciu posunu zaostrenia pri zmenách clony. Zároveň sú výrazne znížené sférické aberácie v šošovkách pre fotoaparáty s diaľkomerom. Pýtate sa, aký dôležitý je posun zaostrenia pre diaľkomerové šošovky? Podľa výrobcu objektívu LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 je táto hodnota približne 100 µm.

Charakter neostrosti

Vplyv sférických aberácií na zaostrený obraz je ťažké rozpoznať, ale je možné ho jasne vidieť na obrázku, ktorý je mierne rozostrený. Sférická aberácia zanecháva viditeľnú stopu v zóne rozmazania.

Ak sa vrátime k obr. 1, možno si všimnúť, že rozloženie intenzity svetla v rozostrenom disku za prítomnosti sférickej aberácie nie je rovnomerné.

Tehotná c Rozmazaný disk sa vyznačuje jasným jadrom obklopeným slabým halo. Kým je volič rozmazania v polohe a má tmavšie jadro obklopené jasným svetelným prstencom. Takéto anomálne rozloženie svetla sa môže objaviť v rozmazanej oblasti obrazu.

Ryža. 2 Rozmazanie sa zmení pred a za zaostrovacím bodom

Príklad na obr. 2 ukazuje bod v strede snímky nasnímaný v makro režime 1:1 s objektívom 85/1,4 namontovaným na makro mechu. Keď je snímač 5 mm za najlepším zaostrením (stredný bod), rozostrený disk ukazuje efekt jasného prstenca (ľavý bod), podobné rozostrové disky sa získajú so zrkadlovými meniskusovými šošovkami.

A keď je snímač 5 mm pred najlepším ohniskom (tj bližšie k objektívu), povaha rozostrenia sa zmenila smerom k jasnému stredu obklopenému slabým halo. Ako vidíte, šošovka bola korigovaná na sférickú aberáciu, pretože sa správa opačne ako v príklade na obr. jeden.

Nasledujúci príklad ilustruje vplyv dvoch aberácií na rozostrené snímky.

Na obr. 3 ukazuje kríž, ktorý bol odfotený v strede rámu s rovnakým objektívom 85/1,4. Makrofutra je predĺžená o cca 85 mm, čo dáva nárast cca 1:1. Kamera (matica) sa pohybovala v krokoch po 1 mm v oboch smeroch od maximálneho ohniska. Kríž je zložitejší obrázok ako bodka a farebné indikátory poskytujú vizuálne ilustrácie jeho rozmazania.

Ryža. 3 Čísla na obrázkoch označujú zmeny vo vzdialenosti od šošovky k matrici, ide o milimetre. kamera sa pohybuje od -4 do +4 mm v krokoch po 1 mm od najlepšej polohy zaostrenia (0)

Sférická aberácia je zodpovedná za drsný charakter rozmazania pri negatívnych vzdialenostiach a prechod na jemné rozmazanie pri kladných vzdialenostiach. Zaujímavé sú aj farebné efekty, ktoré vznikajú v dôsledku pozdĺžnej chromatickej aberácie (axiálna farba). Ak je šošovka zle zostavená, potom sférická aberácia a axiálna farba sú jediné aberácie, ktoré sa prejavia v strede obrazu.

Sila a niekedy aj povaha sférickej aberácie najčastejšie závisí od vlnovej dĺžky svetla. V tomto prípade sa kombinovaný efekt sférickej aberácie a axiálnej farby nazýva . Z toho je zrejmé, že jav znázornený na obr. 3 znamená, že tento objektív nie je určený na použitie ako makro objektív. Väčšina objektívov je optimalizovaná pre zaostrovanie na blízko, ako aj pre zaostrovanie na nekonečno, ale nie pre makro 1:1. Pri tomto priblížení sa bežné objektívy budú správať horšie ako makro objektívy, ktoré sa používajú špeciálne na blízko.

Aj keď sa však objektív používa na štandardné aplikácie, sférochromatizmus sa môže pri bežnom snímaní prejaviť v oblasti mimo zaostrenia a ovplyvniť kvalitu.

závery
Samozrejme, ilustrácia na obr. 1 je prehnané. V skutočnosti je množstvo zvyškových sférických aberácií vo fotografických šošovkách malé. Tento efekt je výrazne znížený kombináciou prvkov šošovky na kompenzáciu súčtu protichodných sférických aberácií, použitím vysokokvalitného skla, starostlivo navrhnutej geometrie šošovky a použitia asférických prvkov. Okrem toho je možné použiť plávajúce prvky na zníženie sférických aberácií v určitom rozsahu prevádzkovej vzdialenosti.

V prípade objektívov s nekorigovanou sférickou aberáciou je účinným spôsobom zlepšenia kvality obrazu zatvorenie clony. Pre nekorigovaný prvok na obr. 1 sa priemer rozostrovacích kotúčov zmenšuje úmerne k mocnine priemeru otvoru.

Táto závislosť sa môže líšiť pre zvyškové sférické aberácie v zložitých schémach šošoviek, ale spravidla už uzavretie clony o jednu zarážku dáva viditeľné zlepšenie obrazu.

Prípadne, namiesto boja proti sférickej aberácii, ju môže fotograf zámerne zneužiť. Zmäkčovacie filtre Zeiss napriek plochému povrchu dodávajú obrazu sférické aberácie. Pre ich jemný efekt a pôsobivý charakter sú obľúbené u portrétnych fotografov.

Ideálne veci neexistujú... Neexistuje ani ideálna šošovka – šošovka schopná vybudovať obraz nekonečne malého bodu v podobe nekonečne malého bodu. Dôvod tohto - sférická aberácia.

Sférická aberácia- skreslenie vznikajúce rozdielom ohnísk pre lúče prechádzajúce v rôznych vzdialenostiach od optickej osi. Na rozdiel od kómy a astigmatizmu opísaných vyššie, toto skreslenie nie je asymetrické a vedie k rovnomernej divergencii lúčov z bodového zdroja svetla.

Sférická aberácia je v rôznej miere vlastná všetkým objektívom, až na pár výnimiek (ten, ktorý poznám, je Era-12, jeho ostrosť je viac obmedzená chromatizmom), práve toto skreslenie obmedzuje ostrosť objektívu pri otvorenej clone.

Schéma 1 (Wikipedia). Vzhľad sférickej aberácie

Sférická aberácia má mnoho tvárí – niekedy sa jej hovorí ušľachtilý „softvér“, inokedy nekvalitné „mydlo“, vo väčšej miere tvorí bokeh objektívu. Vďaka nej je Trioplan 100/2.8 generátorom bublín a Nový Petzval z Lomografickej spoločnosti ovláda rozostrenie... Najprv však.

Ako sa sférická aberácia objaví na obrázku?

Najviditeľnejším prejavom je rozmazanie kontúr objektu v zóne ostrosti („žiara kontúr“, „jemný efekt“), skrytie malých detailov, pocit rozostrenia („mydlo“ – v závažných prípadoch) ;

Príklad sférickej aberácie (softvér) na obrázku nasnímanom pomocou Industar-26M od FED, F/2,8

Oveľa menej zreteľný je prejav sférickej aberácie v bokehu objektívu. V závislosti od znamienka, stupňa korekcie atď. môže sférická aberácia vytvárať rôzne kruhy zmätku.

Ukážkový záber na Triplet 78 / 2,8 (F / 2,8) - rozmazané kruhy majú jasný okraj a jasný stred - šošovka má veľké množstvo sférickej aberácie

Príklad obrázku aplanátu KO-120M 120 / 1,8 (F / 1,8) - kruh zámeny má mierne výrazné ohraničenie, ale stále existuje. Objektív, súdiac podľa testov (ktoré som uverejnil skôr v inom článku) - sférická aberácia je malá

A ako príklad objektívu, ktorého sférická aberácia je nevýslovne malá - záber na Era-12 125/4 (F / 4). Kruh je vo všeobecnosti bez okraja, rozloženie jasu je veľmi rovnomerné. To hovorí o vynikajúcej korekcii šošovky (čo je skutočne pravda).

Odstránenie sférickej aberácie

Hlavnou metódou je clona. Odrezanie "extra" lúčov vám umožňuje dobre zlepšiť ostrosť.

Schéma 2 (Wikipedia) - redukcia sférickej aberácie pomocou clony (1 obr.) a pomocou rozostrenia (2 obr.). Metóda rozostrenia zvyčajne nie je vhodná na fotografovanie.

Príklady fotografií sveta (stred je vyrezaný) pri rôznych clonách - 2,8, 4, 5,6 a 8, vyrobených pomocou objektívu Industar-61 (skorý, FED).

F / 2,8 - pomerne silný softvér je matný

F / 4 - softvér sa zmenšil, zlepšili sa detaily obrazu

F/5,6 – takmer žiadny softvér

F / 8 - žiadny softvér, malé detaily sú jasne viditeľné

V grafických editoroch môžete využiť funkcie doostrenia a rozmazania, ktoré môžu do istej miery obmedziť negatívny vplyv sférickej aberácie.

Niekedy dochádza ku sférickej aberácii v dôsledku zlyhania šošovky. Zvyčajne - porušenie medzier medzi šošovkami. Pomáha pri vyrovnávaní.

Existuje napríklad podozrenie, že sa niečo pokazilo pri prepočítavaní Jupitera-9 pre LZOS: v porovnaní s Jupiterom-9 vyrábaným KMZ jednoducho chýba ostrosť LZOS kvôli obrovskej sférickej aberácii. De facto - šošovky sa líšia úplne vo všetkom, okrem čísel 85/2. Biela môže poraziť s Canon 85/1,8 USM a čierna môže bojovať len s Tripletom 78/2,8 a mäkkými šošovkami.

Záber na čierny Jupiter-9 z 80. rokov, LZOS (F / 2)

Záber na biely Jupiter-9 1959, KMZ (F / 2)

Vzťah ku sférickej aberácii fotografa

Sférická aberácia znižuje ostrosť obrazu a je niekedy nepríjemná – zdá sa, že objekt je rozostrený. Pri bežnom snímaní by sa nemala používať optika so zvýšenou sphric aberáciou.

Sférická aberácia je však neoddeliteľnou súčasťou štruktúry šošovky. Bez nej by na Tair-11 neboli krásne mäkké portréty, bláznivé rozprávkové monoklové krajiny, bublinkový bokeh slávneho Meyer Trioplan, „hrach“ Industar-26M a „objemné“ kruhy v podobe mačacieho oka na Zeiss Planar. 50 / 1,7. Nestojí za to snažiť sa zbaviť sférickej aberácie v šošovkách - stojí za to skúsiť pre ňu nájsť využitie. Aj keď, samozrejme, prílišná sférická aberácia vo väčšine prípadov neprináša nič dobré.

závery

V článku sme podrobne rozobrali vplyv sférickej aberácie na fotografiu: na ostrosť, bokeh, estetiku atď.