Mga aberasyon ng lens. Spherical aberration Kaugnayan sa spherical aberration ng photographer

→ Pagkaligaw sa astronomiya

Ang salitang aberration ay tumutukoy sa isang hanay ng mga optical effect na nauugnay sa pagbaluktot ng isang bagay sa panahon ng pagmamasid. Sa artikulong ito, pag-uusapan natin ang ilang uri ng aberration na pinaka-may-katuturan para sa mga obserbasyon sa astronomiya.

aberasyon ng liwanag sa astronomiya, ito ay ang maliwanag na pag-aalis ng isang celestial na bagay dahil sa may hangganan na bilis ng liwanag na sinamahan ng paggalaw ng naobserbahang bagay at ng nagmamasid. Ang pagkilos ng aberration ay humahantong sa katotohanan na ang maliwanag na direksyon sa bagay ay hindi nag-tutugma sa geometric na direksyon dito sa parehong oras.

Ang epekto ay dahil sa paggalaw ng Earth sa paligid ng Araw at sa oras na kinakailangan para sa pagpapalaganap ng liwanag, nakikita ng nagmamasid ang bituin sa ibang lugar kaysa sa kung nasaan ito. Kung ang Daigdig ay nakatigil, o kung ang liwanag ay dumami kaagad, kung gayon ay hindi magkakaroon ng light aberration. Samakatuwid, kapag tinutukoy ang posisyon ng isang bituin sa kalangitan gamit ang isang teleskopyo, hindi natin dapat bilangin ang anggulo kung saan ang bituin ay tumagilid, ngunit bahagyang dagdagan ito sa direksyon ng paggalaw ng Earth.

Ang aberration effect ay hindi maganda. Ang pinakamalaking halaga nito ay nakakamit sa ilalim ng kondisyon na ang lupa ay gumagalaw patayo sa direksyon ng sinag. Kasabay nito, ang paglihis ng posisyon ng bituin ay 20.4 segundo lamang, dahil ang mundo ay naglalakbay lamang ng 30 km sa 1 segundo ng oras, at isang sinag ng liwanag - 300,000 km.

Mayroon ding ilang mga uri geometric aberration. Spherical aberration- isang aberration ng isang lens o lens, na binubuo sa katotohanan na ang isang malawak na sinag ng monochromatic na ilaw na nagmumula sa isang punto na nakahiga sa pangunahing optical axis ng lens, kapag dumadaan sa lens, ay nagsa-intersect hindi sa isa, ngunit sa maraming mga punto na matatagpuan sa optical axis sa iba't ibang distansya mula sa lens, na nagreresulta sa isang hindi matalim na imahe. Bilang isang resulta, ang isang puntong bagay bilang isang bituin ay makikita bilang isang maliit na bola, na kinukuha ang laki ng bola na ito bilang ang laki ng bituin.

Curvature ng field ng imahe- aberration, bilang isang resulta kung saan ang imahe ng isang patag na bagay, patayo sa optical axis ng lens, ay namamalagi sa isang ibabaw na malukong o matambok sa lens. Ang aberration na ito ay nagdudulot ng hindi pantay na sharpness sa buong field ng imahe. Samakatuwid, kapag ang gitna ng imahe ay matalim na nakatutok, ang mga gilid ng imahe ay mawawala sa focus at ang imahe ay magiging malabo. Kung ang setting ng sharpness ay ginawa sa mga gilid ng imahe, ang gitnang bahagi nito ay magiging unsharp. Ang ganitong uri ng aberasyon ay hindi mahalaga para sa astronomy.

At narito ang ilan pang uri ng aberration:

Ang diffractive aberration ay nangyayari dahil sa diffraction ng liwanag ng aperture at barrel ng isang photographic lens. Nililimitahan ng diffractive aberration ang resolution ng isang photographic lens. Dahil sa aberration na ito, ang pinakamababang angular na distansya sa pagitan ng mga puntong pinapayagan ng lens ay nililimitahan ng halaga ng lambda / D radians, kung saan ang lambda ay ang wavelength ng liwanag na ginamit (karaniwang kasama sa optical range ang mga electromagnetic wave na may wavelength mula 400 nm hanggang 700 nm), D ay ang diameter ng lens . Sa pagtingin sa formula na ito, nagiging malinaw kung gaano kahalaga ang diameter ng lens. Ang parameter na ito ang susi para sa pinakamalaki at pinakamahal na teleskopyo. Malinaw din na ang isang teleskopyo na may kakayahang makakita sa x-ray ay maihahambing sa isang maginoo na optical telescope. Ang katotohanan ay ang wavelength ng X-ray ay 100 beses na mas mababa kaysa sa wavelength ng liwanag sa optical range. Samakatuwid, para sa mga naturang teleskopyo, ang pinakamababang distinguishable na angular na distansya ay 100 beses na mas maliit kaysa sa mga ordinaryong optical telescope na may parehong diameter ng layunin.

Ang pag-aaral ng aberration ay naging posible upang makabuluhang mapabuti ang mga instrumentong pang-astronomiya. Sa modernong mga teleskopyo, ang mga epekto ng aberration ay pinaliit, ngunit ito ay aberration na naglilimita sa mga kakayahan ng mga optical na instrumento.

Fig.1 Ilustrasyon ng hindi naitama na spherical aberration. Ang ibabaw sa periphery ng lens ay may mas maikling focal length kaysa sa gitna.

Karamihan sa mga photographic lens ay binubuo ng mga elemento na may spherical surface. Ang mga naturang elemento ay medyo madaling gawin, ngunit ang kanilang hugis ay hindi perpekto para sa imaging.

Spherical aberration ay isa sa mga depekto sa pagbuo ng imahe na nangyayari dahil sa spherical na hugis ng lens. kanin. 1 ay naglalarawan ng spherical aberration para sa isang positibong lens.

Ang mga sinag na dumaan sa lens na mas malayo sa optical axis ay nakatutok sa posisyon Sa. Ang mga sinag na dumadaan palapit sa optical axis ay nakatutok sa posisyon a, mas malapit sila sa ibabaw ng lens. Kaya, ang posisyon ng focus ay nakasalalay sa lokasyon kung saan ang mga sinag ay dumadaan sa lens.

Kung ang edge focus ay mas malapit sa lens kaysa sa axial focus, gaya ng nangyayari sa positive lens Fig. 1, pagkatapos ay sabihin ang spherical aberration hindi naitama. Sa kabaligtaran, kung ang edge focus ay nasa likod ng axial focus, ang spherical aberration ay sinasabing inayos muli.

Ang imahe ng isang tuldok na ginawa ng isang lens na may mga spherical aberration ay kadalasang nakukuha ng mga tuldok na napapalibutan ng halo ng liwanag. Karaniwang makikita ang spherical aberration sa mga litrato sa pamamagitan ng paglambot ng contrast at pag-blur ng mga pinong detalye.

Ang spherical aberration ay pare-pareho sa buong field, na nangangahulugan na ang longitudinal focus sa pagitan ng mga gilid ng lens at ng center ay hindi nakadepende sa inclination ng rays.

Mula sa Fig. 1, tila imposibleng makamit ang magandang sharpness sa isang lens na may spherical aberration. Sa anumang posisyon sa likod ng lens sa photosensitive na elemento (pelikula o matrix), sa halip na isang malinaw na punto, isang blur disk ang ipapakita.

Gayunpaman, mayroong isang geometrically "pinakamahusay" na pokus na tumutugma sa hindi bababa sa blur disk. Ang kakaibang grupo ng mga light cones ay may pinakamababang seksyon, sa posisyon b.

Paglipat ng focus

Kapag ang aperture ay nasa likod ng lens, isang kawili-wiling phenomenon ang makikita. Kung ang siwang ay natatakpan sa paraang pinuputol nito ang mga sinag sa periphery ng lens, pagkatapos ay ang focus ay lilipat sa kanan. Sa isang mabigat na natatakpan na siwang, ang pinakamagandang pokus ay makikita sa posisyon c, ibig sabihin, mag-iiba ang mga posisyon ng pinakamaliit na blur na disc na may sakop na siwang at may bukas na siwang.

Upang makuha ang pinakamahusay na sharpness sa isang covered aperture, ang matrix (film) ay dapat ilagay sa posisyon c. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita na may posibilidad na ang pinakamahusay na sharpness ay hindi makakamit, dahil karamihan sa mga photographic system ay idinisenyo upang gumana sa isang bukas na siwang.

Nakatuon ang photographer sa buong aperture, at pino-project ang disk na hindi gaanong lumabo sa posisyon b, pagkatapos kapag nag-shoot, ang aperture ay awtomatikong nagsasara sa itinakdang halaga, at hindi siya naghihinala ng anuman tungkol sa kasunod sa sandaling ito shift ng focus, na hindi nagpapahintulot sa kanya na makamit ang pinakamahusay na sharpness.

Siyempre, binabawasan din ng isang sakop na siwang ang mga spherical aberration sa punto b, ngunit hindi pa rin ito magkakaroon ng pinakamahusay na sharpness.

Maaaring isara ng mga gumagamit ng SLR ang preview na siwang upang tumuon sa aktwal na siwang.

Ang awtomatikong focus shift compensation ay iminungkahi ni Norman Goldberg. Ang Zeiss ay naglunsad ng isang linya ng rangefinder lens para sa mga Zeiss Ikon camera, na mayroong espesyal na idinisenyong circuitry upang mabawasan ang shift ng focus na may mga pagbabago sa aperture. Kasabay nito, makabuluhang nabawasan ang mga spherical aberration sa mga lente para sa mga rangefinder camera. Gaano kahalaga ang shift ng focus para sa mga lente ng rangefinder, itatanong mo? Ayon sa tagagawa ng LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1 lens, ang halagang ito ay humigit-kumulang 100 µm.

Ang kalikasan ng lumabo ay wala sa focus

Ang epekto ng mga spherical aberration sa isang in-focus na imahe ay mahirap matukoy, ngunit malinaw na makikita sa isang imahe na bahagyang wala sa focus. Ang spherical aberration ay nag-iiwan ng nakikitang bakas sa blur zone.

Pagbabalik sa Fig. 1, mapapansin na ang pamamahagi ng intensity ng liwanag sa blur disk sa pagkakaroon ng spherical aberration ay hindi pare-pareho.

Buntis c Ang blur disk ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang maliwanag na core na napapalibutan ng isang malabong halo. Habang nasa posisyon ang blur dial a ay may mas madilim na core na napapalibutan ng maliwanag na singsing ng liwanag. Ang ganitong mga maanomalyang pamamahagi ng liwanag ay maaaring lumitaw sa malabong lugar ng imahe.

kanin. 2 Nagbabago ang blur bago at pagkatapos ng focus point

Halimbawa sa Fig. Ang 2 ay nagpapakita ng isang tuldok sa gitna ng frame na kinunan sa 1:1 macro mode na may 85/1.4 lens na naka-mount sa isang macro bellow. Kapag ang sensor ay 5 mm sa likod ng pinakamahusay na focus (gitnang punto), ang blur disk ay nagpapakita ng isang maliwanag na ring effect (kaliwang lugar), ang mga katulad na blur disk ay nakuha gamit ang mga meniscus reflex lens.

At kapag ang sensor ay 5 mm nangunguna sa pinakamahusay na focus (ibig sabihin, mas malapit sa lens), ang likas na katangian ng blur ay nagbago patungo sa isang maliwanag na sentro na napapalibutan ng mahinang halo. Tulad ng nakikita mo, ang lens ay naitama para sa spherical aberration dahil ito ay kumikilos sa kabaligtaran na paraan sa halimbawa sa Fig. isa.

Ang sumusunod na halimbawa ay naglalarawan ng epekto ng dalawang aberration sa mga out-of-focus na mga larawan.

Sa Fig. 3 ay nagpapakita ng isang krus, na nakuhanan ng larawan sa gitna ng frame na may parehong 85 / 1.4 lens. Ang macrofur ay pinalawak ng mga 85 mm, na nagbibigay ng pagtaas ng mga 1:1. Ang camera (matrix) ay inilipat sa mga pagtaas ng 1 mm sa magkabilang direksyon mula sa maximum na focus. Ang krus ay isang mas kumplikadong imahe kaysa sa tuldok, at ang mga tagapagpahiwatig ng kulay ay nagbibigay ng mga visual na paglalarawan ng paglabo nito.

kanin. 3 Ang mga numero sa mga guhit ay nagpapahiwatig ng mga pagbabago sa distansya mula sa lens hanggang sa matrix, ito ay millimeters. gumagalaw ang camera mula -4 hanggang +4 mm sa 1 mm na mga pagtaas mula sa pinakamagandang posisyon ng focus (0)

Ang spherical aberration ay responsable para sa malupit na katangian ng blur sa mga negatibong distansya at ang paglipat sa malambot na blur sa mga positibong distansya. Gayundin ang interes ay ang mga epekto ng kulay na nangyayari dahil sa longitudinal chromatic aberration (axial color). Kung ang lens ay hindi maganda ang pagkaka-assemble, kung gayon ang spherical aberration at axial color ang tanging mga aberration na lumalabas sa gitna ng imahe.

Kadalasan, ang lakas at kung minsan ang likas na katangian ng spherical aberration ay nakasalalay sa wavelength ng liwanag. Sa kasong ito, ang pinagsamang epekto ng spherical aberration at axial color ay tinatawag na . Mula dito ay nagiging malinaw na ang kababalaghan na inilalarawan sa Fig. 3 ay nagpapahiwatig na ang lens na ito ay hindi inilaan para sa paggamit bilang isang macro lens. Karamihan sa mga lens ay na-optimize para sa malapit na field focus at infinity focus, ngunit hindi para sa 1:1 macro. Sa pag-zoom na ito, ang mga kumbensyonal na lente ay magiging mas malala kaysa sa mga macro lens, na partikular na ginagamit sa malapit na hanay.

Gayunpaman, kahit na ang lens ay ginagamit para sa mga karaniwang application, ang spherochromatism ay maaaring magpakita sa labas ng focus na lugar sa normal na pagbaril at makaapekto sa kalidad.

mga konklusyon
Siyempre, ang ilustrasyon sa Fig. 1 ay isang pagmamalabis. Sa katotohanan, ang dami ng natitirang spherical aberration sa mga photographic lens ay maliit. Ang epektong ito ay lubhang nababawasan sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga elemento ng lens upang mabayaran ang kabuuan ng magkasalungat na spherical aberrations, ang paggamit ng mataas na kalidad na salamin, maingat na idinisenyong geometry ng lens at ang paggamit ng mga aspherical na elemento. Bilang karagdagan, ang mga lumulutang na elemento ay maaaring gamitin upang bawasan ang mga spherical aberration sa isang partikular na hanay ng distansya ng pagpapatakbo.

Sa kaso ng mga lente na may undercorrected spherical aberration, ang isang epektibong paraan upang mapabuti ang kalidad ng imahe ay ang paghinto ng aperture. Para sa undercorrected na elemento sa Fig. 1, ang diameter ng mga blur disk ay bumababa sa proporsyon sa kubo ng diameter ng aperture.

Ang pag-asa na ito ay maaaring mag-iba para sa mga natitirang spherical aberrations sa kumplikadong mga scheme ng lens, ngunit, bilang isang panuntunan, ang pagsasara ng aperture ng isang stop ay nagbibigay na ng isang kapansin-pansing pagpapabuti sa imahe.

Bilang kahalili, sa halip na labanan ang spherical aberration, maaaring sinasadya ito ng photographer. Ang mga filter ng paglambot ng Zeiss, sa kabila ng patag na ibabaw, ay nagdaragdag ng mga spherical aberration sa larawan. Ang mga ito ay sikat sa mga portrait photographer para sa kanilang malambot na epekto at kahanga-hangang karakter.

Ang aberration ay isang hindi tiyak na termino na ginagamit sa iba't ibang larangan ng kaalaman: astronomy, optika, biology, photography, medisina at iba pa. Ano ang mga aberasyon at kung anong mga uri ng aberasyon ang umiiral ay tatalakayin sa artikulong ito.

Kahulugan ng termino

Ang salitang "pagkaligaw" ay nagmula sa wikang Latin at literal na isinasalin bilang "paglihis, pagbaluktot, pagtanggal." Kaya, ang aberration ay ang phenomenon ng deviation mula sa isang tiyak na halaga.

Sa anong mga pang-agham na lugar maaaring maobserbahan ang phenomenon ng aberration?

Pagkaligaw sa astronomiya

Sa astronomiya, ginagamit ang konsepto ng aberration of light. Ito ay nauunawaan bilang ang visual displacement ng isang celestial body o bagay. Ito ay sanhi ng bilis ng pagpapalaganap ng liwanag na may kaugnayan sa naobserbahang bagay at sa nagmamasid. Sa madaling salita, ang gumagalaw na nagmamasid ay nakikita ang bagay sa ibang lugar mula sa kung saan niya sana ito mamamasid, na nagpapahinga. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang ating planeta ay nasa patuloy na paggalaw, kaya ang estado ng natitirang bahagi ng tagamasid ay pisikal na imposible.

Dahil ang kababalaghan ng aberration ay sanhi ng paggalaw ng Earth, dalawang uri ang nakikilala:

diurnal aberration: ang paglihis ay sanhi ng pang-araw-araw na pag-ikot ng Earth sa paligid ng axis nito;
taunang aberasyon: dahil sa rebolusyon ng planeta sa paligid ng araw.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay natuklasan noong 1727, at mula noon maraming mga siyentipiko ang nagbigay-pansin sa aberration ng liwanag: Thomas Young, Airy, Einstein at iba pa.

Aberration ng optical system

Ang isang optical system ay isang hanay ng mga optical na elemento na nagko-convert ng mga light beam. Ang pinakamahalagang sistema ng tao sa ganitong uri ay ang mata. Gayundin, ang mga naturang sistema ay ginagamit upang magdisenyo ng mga optical device - mga camera, teleskopyo, mikroskopyo, projector, atbp.

Ang mga optical aberration ay iba't ibang mga pagbaluktot ng imahe sa mga optical system na nakakaapekto sa huling resulta.

Kapag ang isang bagay ay lumayo mula sa tinatawag na optical axis, nangyayari ang pagkalat ng mga sinag, ang huling imahe ay malabo, wala sa pokus, malabo o may ibang kulay mula sa orihinal. Ito ay kung ano ang aberration. Kapag tinutukoy ang antas ng aberration, maaaring gamitin ang mga espesyal na formula upang kalkulahin ito.

Ang aberration ng lens ay nahahati sa ilang uri.

monochromatic aberrations

Sa isang perpektong optical system, ang sinag mula sa bawat punto ng bagay sa output ay puro din sa isang punto. Sa pagsasagawa, imposibleng makamit ang resulta na ito: ang sinag, na umaabot sa ibabaw, ay puro sa iba't ibang mga punto. Ito ay ang kababalaghan ng aberration na nagiging sanhi ng fuzziness ng huling imahe. Ang mga pagbaluktot na ito ay naroroon sa anumang tunay na optical system at imposibleng mapupuksa ang mga ito.

Chromatic aberration

Ang ganitong uri ng aberration ay dahil sa phenomenon ng dispersion - light scattering. Ang iba't ibang kulay ng spectrum ay may iba't ibang bilis ng pagpapalaganap at antas ng repraksyon. Kaya, ang haba ng focal ay iba para sa bawat kulay. Ito ay humahantong sa hitsura ng mga kulay na contour o iba't ibang kulay na mga lugar sa imahe.

Ang kababalaghan ng chromatic aberration ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na achromatic lens sa mga optical na instrumento.

Spherical aberration

Ang isang perpektong sinag ng liwanag kung saan ang lahat ng mga sinag ay dumadaan lamang sa isang punto ay tinatawag na homocentric.

Sa kababalaghan ng spherical aberration, ang mga sinag ng liwanag na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa optical axis ay tumigil na maging homocentric. Ang phenomenon na ito ay nangyayari kahit na ang pinagmulan ay direkta sa optical axis. Kahit na ang mga beam ay simetriko, ang mga malalayong beam ay mas malakas na nagre-refracte, at ang dulong punto ay nakakakuha ng hindi pare-parehong pag-iilaw.

Ang phenomenon ng spherical aberration ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng paggamit ng lens na may mas mataas na surface radius.

pagbaluktot

Ang kababalaghan ng pagbaluktot (curvature) ay ipinakita sa pagkakaiba sa pagitan ng hugis ng orihinal na bagay at ng imahe nito. Bilang resulta, lumilitaw ang mga distorted contours ng object sa imahe. ay maaaring may dalawang uri: concavity ng contours o ang kanilang convexity. Sa kababalaghan ng pinagsamang pagbaluktot, ang imahe ay maaaring magkaroon ng isang kumplikadong katangian ng pagbaluktot. Ang ganitong uri ng aberration ay dahil sa distansya sa pagitan ng optical axis at ang pinagmulan.

Ang kababalaghan ng pagbaluktot ay maaaring itama sa pamamagitan ng isang espesyal na seleksyon ng mga lente sa optical system. Upang itama ang mga larawan, maaaring gumamit ng mga graphic editor.

Coma

Kung ang light beam ay pumasa sa isang anggulo na may paggalang sa optical axis, pagkatapos ay isang coma phenomenon ay sinusunod. Ang imahe ng isang punto sa kasong ito ay may anyo ng isang nakakalat na lugar na kahawig ng isang kometa, na nagpapaliwanag sa pangalan ng ganitong uri ng aberration. Kapag kumukuha ng larawan, madalas na lumilitaw ang coma kapag nag-shoot sa isang bukas na siwang.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring itama, tulad ng sa kaso ng spherical aberrations o distortion, sa pamamagitan ng pagpili ng mga lente, pati na rin sa pamamagitan ng diaphragming - pagbabawas ng cross section ng light beam gamit ang diaphragms.

Astigmatism

Sa ganitong uri ng aberration, ang isang punto na hindi nakahiga sa optical axis ay maaaring magkaroon ng anyo ng isang hugis-itlog o linya sa imahe. Ang aberration na ito ay sanhi ng iba't ibang curvature ng optical surface.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naitama sa pamamagitan ng pagpili ng isang espesyal na curvature sa ibabaw at kapal ng lens.

Ito ang mga pangunahing aberrations na katangian ng mga optical system.

Chromosome aberrations

Ang ganitong uri ng aberration ay ipinahayag sa pamamagitan ng mutations, rearrangements sa istraktura ng chromosome.

Ang chromosome ay isang istraktura sa nucleus ng isang cell na responsable para sa paghahatid ng namamana na impormasyon.

Karaniwang nangyayari ang mga aberasyon ng chromosome sa panahon ng paghahati ng cell. Ang mga ito ay intrachromosomal at interchromosomal.

Mga uri ng mga aberasyon:

Ang mga sanhi ng chromosomal aberrations ay ang mga sumusunod:

pagkakalantad sa mga pathogenic microorganism - bakterya at mga virus na tumagos sa istraktura ng DNA;
pisikal na mga kadahilanan: radiation, ultraviolet, matinding temperatura, presyon, electromagnetic radiation, atbp.;
mga kemikal na compound ng artipisyal na pinagmulan: mga solvent, pestisidyo, mga asing-gamot ng mabibigat na metal, nitric oxide, atbp.

Ang mga chromosomal aberration ay humahantong sa malubhang kahihinatnan sa kalusugan. Ang mga sakit na dulot nito ay karaniwang pinangalanan sa mga espesyalista na naglarawan sa kanila: Down syndrome, Shershevsky-Turner syndrome, Edwards syndrome, Klinefelter syndrome, Wolff-Hirshhorn syndrome at iba pa.

Kadalasan, ang mga sakit na pinukaw ng ganitong uri ng aberration ay nakakaapekto sa aktibidad ng kaisipan, istraktura ng kalansay, cardiovascular, digestive at nervous system, at ang reproductive function ng katawan.

Ang posibilidad ng mga sakit na ito ay hindi palaging mahuhulaan. Gayunpaman, nasa yugto na ng perinatal development ng bata, sa tulong ng mga espesyal na pag-aaral, posible na makita ang mga umiiral na pathologies.

Pagkaligaw sa entomology

Ang Entomology ay ang sangay ng zoology na nag-aaral ng mga insekto.

Kusang lumilitaw ang ganitong uri ng aberasyon. Kadalasan ito ay ipinahayag sa isang bahagyang pagbabago sa istraktura ng katawan o kulay ng mga insekto. Kadalasan, ang pagkaligaw ay sinusunod sa Lepidoptera at Coleoptera.

Ang mga sanhi ng paglitaw nito ay ang epekto sa mga insekto ng chromosomal o pisikal na mga kadahilanan sa yugto na nauuna sa matanda (pang-adulto).

Kaya, ang aberration ay isang phenomenon ng deviation, distortion. Lumilitaw ang terminong ito sa maraming larangang pang-agham. Kadalasan ito ay ginagamit na may kaugnayan sa mga optical system, gamot, astronomiya at zoology.

1. Panimula sa teorya ng mga aberrations

Pagdating sa performance ng lens, madalas marinig ang salita mga aberasyon. "Ito ay isang mahusay na lens, ang lahat ng mga aberration ay praktikal na naitama dito!" - isang tesis na madalas na matatagpuan sa mga talakayan o pagsusuri. Mas madalas na maririnig mo ang isang diametrically opposite na opinyon, halimbawa: "Ito ay isang kahanga-hangang lens, ang mga natitirang aberration nito ay mahusay na binibigkas at bumubuo ng isang hindi pangkaraniwang plastic at magandang pattern" ...

Bakit may iba't ibang opinyon? Susubukan kong sagutin ang tanong na ito: gaano kabuti / masama ang hindi pangkaraniwang bagay na ito para sa mga lente at para sa mga genre ng photography sa pangkalahatan. Ngunit una, subukan nating alamin kung ano ang mga aberration ng isang photographic lens. Nagsisimula tayo sa teorya at ilang mga kahulugan.

Sa pangkalahatang paggamit, ang termino Pagkaligaw (lat. ab- “from” + lat. errare “wander, err”) - ito ay isang paglihis mula sa pamantayan, isang error, ilang uri ng paglabag sa normal na operasyon ng system.

Pagkaligaw ng lens- error, o error sa imahe sa optical system. Ito ay sanhi ng katotohanan na sa isang tunay na daluyan ay maaaring magkaroon ng isang makabuluhang paglihis ng mga sinag mula sa direksyon kung saan sila pumunta sa kinakalkula na "ideal" na optical system.

Bilang resulta, ang pangkalahatang tinatanggap na kalidad ng isang photographic na imahe ay naghihirap: hindi sapat na sharpness sa gitna, pagkawala ng contrast, malakas na paglabo sa mga gilid, pagbaluktot ng geometry at espasyo, kulay halos, atbp.

Ang mga pangunahing aberrations na katangian ng photographic lens ay ang mga sumusunod:

Pagkaligaw ng komiks.
Distortion.
Astigmatism.
Curvature ng field ng imahe.

Bago mas kilalanin ang bawat isa sa kanila, alalahanin natin mula sa artikulo kung paano dumaan ang mga sinag sa isang lens sa isang perpektong optical system:

may sakit. 1. Ang pagpasa ng mga sinag sa isang perpektong optical system.

Tulad ng nakikita natin, ang lahat ng mga sinag ay nakolekta sa isang punto F - ang pangunahing pokus. Ngunit sa katotohanan, ang mga bagay ay mas kumplikado. Ang kakanyahan ng optical aberrations ay ang mga sinag na bumabagsak sa lens mula sa isang maliwanag na punto ay hindi rin nagtitipon sa isang punto. Kaya, tingnan natin kung anong mga paglihis ang nangyayari sa optical system kapag nalantad sa iba't ibang mga aberasyon.

Dito dapat ding pansinin kaagad na pareho sa isang simpleng lens at sa isang kumplikadong lens, lahat ng mga aberasyon na inilarawan sa ibaba ay kumikilos nang sama-sama.

Aksyon spherical aberration ay ang mga sinag na insidente sa mga gilid ng lens ay nagtitipon nang mas malapit sa lens kaysa sa mga sinag na insidente sa gitnang bahagi ng lens. Bilang resulta, ang imahe ng isang punto sa isang eroplano ay nakuha sa anyo ng isang malabong bilog o disk.

may sakit. 2. Spherical aberration.

Sa mga litrato, lumilitaw ang epekto ng spherical aberration bilang isang pinalambot na imahe. Lalo na madalas na ang epekto ay kapansin-pansin sa mga bukas na aperture, at ang mga lente na may mas malaking aperture ay mas madaling kapitan sa aberration na ito. Hangga't matalim ang mga gilid, ang malambot na epekto na ito ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang para sa ilang uri ng photography, gaya ng mga portrait.

Fig.3. Malambot na epekto sa isang bukas na siwang dahil sa pagkilos ng spherical aberration.

Sa mga lente na ganap na binuo mula sa mga spherical lens, halos imposibleng ganap na maalis ang ganitong uri ng aberration. Sa mga super-aperture na lens, ang tanging epektibong paraan upang makabuluhang mabayaran ito ay ang paggamit ng mga aspherical na elemento sa optical scheme.

3. Coma aberration, o "Coma"

Ito ay isang partikular na uri ng spherical aberration para sa mga side beam. Ang pagkilos nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga sinag na dumarating sa isang anggulo sa optical axis ay hindi nakolekta sa isang punto. Sa kasong ito, ang imahe ng isang maliwanag na punto sa mga gilid ng frame ay nakuha sa anyo ng isang "lumilipad na kometa", at hindi sa anyo ng isang punto. Ang coma ay maaari ding maging sanhi ng pag-blow out ng mga bahagi ng larawan sa blur zone.

may sakit. 4. Koma.

may sakit. 5. Coma sa isang larawang larawan

Ito ay direktang bunga ng pagpapakalat ng liwanag. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang isang sinag ng puting liwanag, na dumadaan sa lens, ay nabubulok sa mga sinag na may kulay na bumubuo nito. Ang mga short-wavelength ray (asul, violet) ay na-refracte sa lens nang mas malakas at nag-uugnay nang mas malapit dito kaysa sa mga long-focus ray (orange, pula).

may sakit. 6. Chromatic aberration. Ф - focus ng violet ray. K - pokus ng mga pulang sinag.

Dito, tulad ng sa kaso ng spherical aberration, ang imahe ng isang maliwanag na punto sa isang eroplano ay nakuha sa anyo ng isang malabo na bilog / disk.

Sa mga litrato, lumilitaw ang chromatic aberration bilang ghosting at may kulay na mga outline sa mga paksa. Ang epekto ng pagkaligaw ay lalong kapansin-pansin sa magkakaibang mga paksa. Sa kasalukuyan, ang XA ay medyo madaling naitama sa mga RAW converter kung ang pagbaril ay ginawa sa RAW na format.

may sakit. 7. Isang halimbawa ng pagpapakita ng chromatic aberration.

5. Distortion

Ang pagbaluktot ay ipinapakita sa kurbada at pagbaluktot ng geometry ng litrato. Yung. ang sukat ng imahe ay nagbabago sa distansya mula sa gitna ng field hanggang sa mga gilid, bilang isang resulta kung saan ang mga tuwid na linya ay hubog patungo sa gitna o patungo sa mga gilid.

Makilala hugis bariles o negatibo(pinaka-karaniwan para sa isang malawak na anggulo) at hugis unan o positibo pagbaluktot (mas madalas na ipinapakita sa isang mahabang focus).

may sakit. 8. Pincushion at barrel distortion

Ang pagbaluktot ay kadalasang mas malinaw sa mga zoom lens kaysa sa mga prime lens. Ang ilang mga kamangha-manghang lente, tulad ng Fish Eye, ay sadyang hindi nagwawasto at binibigyang-diin pa ang pagbaluktot.

may sakit. 9. Binibigkas ang pagbaluktot ng lens ng barilesZenitar 16mmmata ng isda.

Sa mga modernong lente, kabilang ang mga may variable na focal length, ang pagbaluktot ay epektibong naitama sa pamamagitan ng pagpasok ng isang aspherical lens (o ilang lens) sa optical scheme.

6. Astigmatism

Astigmatism(mula sa Greek Stigma - point) ay nailalarawan sa pamamagitan ng imposibilidad ng pagkuha ng mga imahe ng isang makinang na punto sa mga gilid ng field kapwa sa anyo ng isang punto at maging sa anyo ng isang disk. Sa kasong ito, ang isang maliwanag na punto na matatagpuan sa pangunahing optical axis ay ipinadala bilang isang punto, ngunit kung ang punto ay nasa labas ng axis na ito - bilang isang blackout, mga crossed na linya, atbp.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madalas na sinusunod sa mga gilid ng imahe.

may sakit. 10. Pagpapakita ng astigmatism

7. Curvature ng field ng imahe

Curvature ng field ng imahe- ito ay isang aberration, bilang isang resulta kung saan ang imahe ng isang patag na bagay na patayo sa optical axis ng lens ay namamalagi sa isang ibabaw na malukong o matambok sa lens. Ang aberration na ito ay nagdudulot ng hindi pantay na sharpness sa buong field ng imahe. Kapag ang gitna ng isang imahe ay matalim na nakatutok, ang mga gilid ng larawan ay mawawala sa focus at hindi lilitaw na matalim. Kung ang setting ng sharpness ay ginawa sa mga gilid ng imahe, ang gitnang bahagi nito ay magiging unsharp.

Ang paglitaw ng error na ito ay maaaring masubaybayan sa tulong ng madaling ma-access na mga eksperimento. Kumuha tayo ng isang simpleng converging lens 1 (halimbawa, isang plano-convex lens) na may kasing laki ng diameter hangga't maaari at isang maliit na focal length. Ang isang maliit at sa parehong oras ay sapat na maliwanag na pinagmumulan ng liwanag ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagbabarena ng isang butas sa isang malaking screen 2 na may diameter na humigit-kumulang , at pag-aayos ng isang piraso ng nagyelo na salamin 3 sa harap nito, na iluminado ng isang malakas na lampara mula sa isang Maiksing distansya. Ito ay mas mahusay na pag-concentrate ang liwanag mula sa arc lamp sa frosted glass. Ang "luminous point" na ito ay dapat na matatagpuan sa pangunahing optical axis ng lens (Fig. 228, a).

kanin. 228. Eksperimental na pag-aaral ng spherical aberration: a) isang lens kung saan nahuhulog ang isang malawak na sinag ay nagbibigay ng malabong imahe; b) ang gitnang zone ng lens ay nagbibigay ng isang mahusay na matalim na imahe

Sa tulong ng tinukoy na lens, kung saan nahuhulog ang malalawak na light beam, hindi posible na makakuha ng matalim na imahe ng pinagmulan. Gaano man natin ilipat ang screen 4, medyo malabo ang larawan. Ngunit kung ang insidente ng mga beam sa lens ay limitado sa pamamagitan ng paglalagay ng isang piraso ng karton 5 sa harap nito na may isang maliit na butas sa tapat ng gitnang bahagi (Larawan 228, b), kung gayon ang imahe ay mapapabuti nang malaki: posible na makahanap ng ganoon. isang posisyon ng screen 4 na ang imahe ng pinagmulan dito ay magiging sapat na matalim. Ang obserbasyon na ito ay nasa mabuting pagsang-ayon sa kung ano ang alam natin tungkol sa imaheng nakuha sa isang lens na may makitid na paraxial beam (cf. §89).

kanin. 229. Screen na may mga butas para sa pag-aaral ng spherical aberration

Palitan natin ngayon ang karton ng isang gitnang butas na may isang piraso ng karton na may maliliit na butas na matatagpuan sa diameter ng lens (Larawan 229). Ang kurso ng mga sinag na dumadaan sa mga butas na ito ay maaaring masubaybayan kung ang hangin sa likod ng lens ay bahagyang pinausukan. Malalaman natin na ang mga sinag na dumadaan sa mga butas na matatagpuan sa iba't ibang distansya mula sa gitna ng lens ay nagsalubong sa iba't ibang mga punto: ang mas malayo mula sa axis ng lens ang sinag ay napupunta, mas ito ay na-refracted, at ang mas malapit sa lens ay ang punto. ng intersection nito sa axis.

Kaya, ipinapakita ng aming mga eksperimento na ang mga sinag na dumadaan sa mga indibidwal na zone ng lens na matatagpuan sa iba't ibang distansya mula sa axis ay nagbibigay ng mga larawan ng pinagmulan na nakahiga sa iba't ibang distansya mula sa lens. Sa isang partikular na posisyon ng screen, ang iba't ibang mga zone ng lens ay magbibigay dito: ang ilan ay mas matalas, ang iba ay mas malabong mga larawan ng pinagmulan, na magsasama sa isang maliwanag na bilog. Bilang resulta, ang isang malaking diameter na lens ay gumagawa ng isang imahe ng isang point source hindi bilang isang tuldok, ngunit bilang isang malabong liwanag na lugar.

Kaya, kapag gumagamit ng malalawak na light beam, hindi kami nakakakuha ng tuldok na imahe kahit na ang pinagmulan ay matatagpuan sa pangunahing axis. Ang error na ito sa mga optical system ay tinatawag na spherical aberration.

kanin. 230. Pagkakaroon ng spherical aberration. Ang mga sinag na umaalis sa lens sa iba't ibang taas sa itaas ng axis ay nagbibigay ng mga larawan ng isang punto sa iba't ibang mga punto

Para sa mga simpleng negatibong lente, dahil sa spherical aberration, ang focal length ng mga ray na dumadaan sa gitnang zone ng lens ay mas malaki rin kaysa sa mga ray na dumadaan sa peripheral zone. Sa madaling salita, ang isang parallel beam na dumadaan sa gitnang zone ng isang diverging lens ay nagiging mas divergent kaysa sa isang beam na dumadaan sa mga panlabas na zone. Sa pamamagitan ng pagpilit sa ilaw pagkatapos ng converging lens na dumaan sa diverging lens, pinapataas namin ang focal length. Ang pagtaas na ito, gayunpaman, ay hindi gaanong makabuluhan para sa mga gitnang sinag kaysa sa mga peripheral ray (Larawan 231).

kanin. 231. Spherical aberration: a) sa isang converging lens; b) sa isang diverging lens

Kaya, ang mas mahabang focal length ng converging lens na tumutugma sa mga central beam ay tataas sa mas maliit na lawak kaysa sa mas maikling focal length ng peripheral beam. Samakatuwid, ang diverging lens, dahil sa spherical aberration nito, ay katumbas ng pagkakaiba sa focal length ng central at peripheral rays dahil sa spherical aberration ng converging lens. Sa pamamagitan ng wastong pagkalkula ng kumbinasyon ng mga converging at diverging lens, maaari nating makamit ang pagkakahanay na ito nang lubos na ang spherical aberration ng sistema ng dalawang lens ay halos mababawasan sa zero (Fig. 232). Karaniwan ang parehong mga simpleng lente ay nakadikit (Larawan 233).

kanin. 232 Pagwawasto ng Spherical Aberration sa pamamagitan ng Pagsasama-sama ng Converging at Diffusing Lens

kanin. 233. Bonded astronomical lens itinama para sa spherical aberration

Ito ay makikita mula sa kung ano ang sinabi na ang pag-aalis ng spherical aberration ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang kumbinasyon ng dalawang bahagi ng sistema na ang spherical aberrations kapwa compensated sa isa't isa. Ganoon din ang ginagawa namin kapag itinatama ang iba pang mga pagkukulang ng system.

Ang mga astronomical lens ay maaaring magsilbi bilang isang halimbawa ng isang optical system na may spherical aberration na inalis. Kung ang bituin ay matatagpuan sa axis ng lens, kung gayon ang imahe nito ay halos hindi nabaluktot ng aberration, bagaman ang diameter ng lens ay maaaring umabot ng ilang sampu-sampung sentimetro.