Pangunahing pananaliksik. Spherical aberration sa mga lente Ang imahe ng isang punto na may spherical aberration ay may anyo

Spherical aberration ()

Kung ang lahat ng mga coefficient, maliban sa B, ay katumbas ng zero, kung gayon (8) ang kukuha ng anyo

Ang mga aberration curve sa kasong ito ay may anyo ng mga concentric na bilog, ang mga sentro nito ay matatagpuan sa punto ng paraxial image, at ang radii ay proporsyonal sa ikatlong kapangyarihan ng zone radius, ngunit hindi nakasalalay sa posisyon () ng ang bagay sa larangan ng pagtingin. Ang depekto ng imaheng ito ay tinatawag na spherical aberration.

Ang spherical aberration, na independiyente sa, ay sumisira sa parehong axial at off-axis na mga punto ng imahe. Ang mga sinag na lumalabas mula sa axial point ng bagay at gumagawa ng mga makabuluhang anggulo sa axis ay magsalubong dito sa mga puntong nakahiga sa harap ng paraxial focus o sa likod nito (Larawan 5.4). Ang punto kung saan ang mga sinag mula sa gilid ng diaphragm ay nagsalubong sa axis ay tinatawag na edge focus. Kung ang screen sa lugar ng imahe ay inilagay sa tamang mga anggulo sa axis, pagkatapos ay mayroong ganoong posisyon ng screen kung saan ang bilog na lugar ng imahe dito ay minimal; ang minimal na "imahe" na ito ay tinatawag na pinakamaliit na bilog ng pagkakalat.

Coma()

Ang aberration na nailalarawan sa pamamagitan ng non-zero coefficient F ay tinatawag na coma. Ang mga bahagi ng ray aberration sa kasong ito ay mayroong, ayon sa (8). tingnan

Tulad ng nakikita natin, sa nakapirming at sa radius ng zone, ang punto (tingnan ang Fig. 2.1) kapag nagbabago mula 0 hanggang dalawang beses ay naglalarawan ng isang bilog sa eroplano ng imahe. Ang radius ng bilog ay pantay, at ang sentro nito ay nasa layo mula sa paraxial focus patungo sa mga negatibong halaga sa. Samakatuwid, ang bilog na ito ay padaplis sa dalawang tuwid na linya na dumadaan sa paraxial na imahe, at mga bahagi na may axis sa anggulo sa 30°. Kung ang lahat ng posibleng mga halaga ay ginagamit, kung gayon ang hanay ng mga katulad na bilog ay bumubuo ng isang lugar na nalilimitahan ng mga segment ng mga tuwid na linya na ito at ang arko ng pinakamalaking aberration circle (Fig. 3.3). Ang mga sukat ng resultang lugar ay tumataas nang linearly sa pagtaas ng distansya ng object point mula sa axis ng system. Kapag natugunan ang kondisyon ng mga sinus ng Abbe, ang sistema ay nagbibigay ng isang matalim na imahe ng isang elemento ng eroplano ng bagay na matatagpuan sa agarang paligid ng axis. Samakatuwid, sa kasong ito, ang pagpapalawak ng aberration function ay hindi maaaring maglaman ng mga terminong nakadepende sa linearly. Ito ay sumusunod mula dito na kung ang kondisyon ng mga sine ay nasiyahan, walang pangunahing pagkawala ng malay.

Astigmatism () at field curvature ()

Ang mga aberration na nailalarawan ng mga coefficient C at D ay mas maginhawa upang isaalang-alang nang magkasama. Kung ang lahat ng iba pang coefficient sa (8) ay katumbas ng zero, kung gayon

Upang ipakita ang kahalagahan ng naturang mga aberration, ipagpalagay muna natin na ang imaging beam ay napakakitid. Ayon sa § 4.6, ang mga sinag ng naturang sinag ay bumalandra sa dalawang maikling segment ng mga kurba, ang isa ay (tangential focal line) ay orthogonal sa meridional plane, at ang isa pa (sagittal focal line) ay nasa eroplanong ito. Isaalang-alang ngayon ang liwanag na nagmumula sa lahat ng mga punto ng may hangganan na rehiyon ng object plane. Ang mga focal lines sa espasyo ng larawan ay lilipat sa tangential at sagittal focal surface. Sa unang pagtatantya, ang mga ibabaw na ito ay maaaring ituring na mga sphere. Hayaan at maging kanilang radii, na itinuturing na positibo kung ang kaukulang mga sentro ng kurbada ay matatagpuan sa kabilang panig ng eroplano ng imahe kung saan ang liwanag ay nagpapalaganap (sa kaso na ipinapakita sa Fig. 3.4. i).

Ang radii ng curvature ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng mga coefficient MULA SA at D. Upang gawin ito, kapag kinakalkula ang mga aberration ng ray na may allowance para sa curvature, mas maginhawang gumamit ng mga ordinaryong coordinate kaysa sa mga variable ng Seidel. Mayroon kaming (Larawan 3.5)

saan u- maliit na distansya sa pagitan ng sagittal focal line at ng image plane. Kung ang v ay ang distansya mula sa focal line na ito hanggang sa axis, kung gayon

kung papabayaan natin at kumpara sa, pagkatapos ay mula sa (12) nakita namin

Ganun din

Isulat natin ngayon ang mga ugnayang ito sa mga tuntunin ng mga variable ng Seidel. Ang pagpapalit ng (2.6) at (2.8) sa mga ito, makukuha natin

at gayundin

Sa huling dalawang relasyon, maaari nating palitan ng at pagkatapos, gamit ang (11) at (6), makuha natin

ang halaga 2C + D karaniwang tinatawag tangential field curvature, halaga D -- sagittal curvature ng field, at ang kanilang kalahating kabuuan

na proporsyonal sa kanilang arithmetic mean, just kurbada ng field.

Ito ay sumusunod mula sa (13) at (18) na, sa taas mula sa axis, ang distansya sa pagitan ng dalawang focal surface (i.e., ang astigmatic difference ng imaging beam) ay

kalahating pagkakaiba

tinawag astigmatism. Sa kawalan ng astigmatism (C = 0) mayroon tayo. Radius R ang karaniwan, magkasabay, focal surface sa kasong ito ay maaaring kalkulahin gamit ang isang simpleng formula, na kinabibilangan ng radii ng curvature ng mga indibidwal na ibabaw ng system at ang mga refractive index ng lahat ng media.

Distortion()

Kung sa mga relasyon (8) lamang ang coefficient E, pagkatapos

Dahil ang mga coordinate at hindi kasama dito, ang pagmamapa ay magiging stigmatic at hindi magdedepende sa radius ng exit pupil; gayunpaman, ang mga distansya ng larawan ay tumuturo sa axis ay hindi magiging proporsyonal sa kaukulang mga distansya para sa mga punto ng paksa. Ang aberasyong ito ay tinatawag na distortion.

Sa pagkakaroon ng naturang aberration, ang imahe ng anumang linya sa eroplano ng bagay na dumadaan sa axis ay magiging isang tuwid na linya, ngunit ang imahe ng anumang iba pang linya ay magiging curved. Sa fig. 3.6, ngunit ang isang bagay ay ipinapakita sa anyo ng isang grid ng mga tuwid na linya parallel sa mga axes X at sa at matatagpuan sa parehong distansya mula sa isa't isa. kanin. 3.6. b naglalarawan ng tinatawag na pagbaluktot ng bariles (E>0), at Fig. 3.6. sa - pincushion distortion (E<0 ).

kanin. 3.6.

Nauna nang itinuro na sa limang mga aberasyon ng Seidel, tatlo (spherical, coma, at astigmatism) ang nakakagambala sa sharpness ng imahe. Ang iba pang dalawa (field curvature at distortion) ay nagbabago sa posisyon at hugis nito. Sa pangkalahatang kaso, imposibleng makabuo ng isang sistema na libre kapwa mula sa lahat ng pangunahing aberasyon at mula sa mga aberasyon ng mas mataas na pagkakasunud-sunod; samakatuwid, ang isa ay palaging kailangang maghanap ng ilang angkop na solusyon sa kompromiso, na isinasaalang-alang ang kanilang mga kamag-anak na magnitude. Sa ilang mga kaso, ang mga aberasyon ng Seidel ay maaaring makabuluhang bawasan ng mga mas mataas na pagkakasunud-sunod na mga aberasyon. Sa ibang mga kaso, kinakailangan upang ganap na alisin ang ilang mga aberration, sa kabila ng katotohanan na ang iba pang mga uri ng mga aberration ay lilitaw sa kasong ito. Halimbawa, ang coma ay dapat na ganap na maalis sa mga teleskopyo, dahil kung ito ay naroroon, ang imahe ay magiging asymmetrical at lahat ng katumpakan na mga sukat ng astronomical na posisyon ay mawawala ang kanilang kahulugan. . Sa kabilang banda, ang pagkakaroon ng ilang field curvature at ang mga pagbaluktot ay medyo hindi nakakapinsala, dahil maaari silang alisin sa tulong ng naaangkop na mga kalkulasyon.

optical aberration chromatic astigmatism distortion

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. Mas mainam pa na i-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 system 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.

Nakaugalian na isaalang-alang ang isang sinag ng mga sinag na umuusbong mula sa isang punto ng isang bagay na matatagpuan sa optical axis. Gayunpaman, ang spherical aberration ay nangyayari din para sa iba pang mga sinag ng sinag na lumalabas mula sa mga punto ng bagay na malayo sa optical axis, ngunit sa mga ganitong kaso ito ay itinuturing na isang mahalagang bahagi ng mga aberration ng buong hilig na sinag ng mga sinag. Bukod dito, kahit na ang aberasyong ito ay tinatawag spherical, ito ay katangian hindi lamang para sa mga spherical na ibabaw.

Bilang resulta ng spherical aberration, ang isang cylindrical beam ng mga ray, pagkatapos na ma-refracte ng isang lens (sa espasyo ng imahe), ay hindi isang kono, ngunit ng ilang hugis ng funnel, ang panlabas na ibabaw nito, malapit sa bottleneck , ay tinatawag na caustic surface. Sa kasong ito, ang imahe ng isang punto ay may anyo ng isang disk na may hindi pantay na pamamahagi ng pag-iilaw, at ang hugis ng caustic curve ay ginagawang posible upang hatulan ang likas na katangian ng pamamahagi ng pag-iilaw. Sa pangkalahatang kaso, ang scattering figure, sa pagkakaroon ng spherical aberration, ay isang sistema ng concentric circles na may radii na proporsyonal sa ikatlong kapangyarihan ng mga coordinate sa entrance (o exit) pupil.

Mga halaga ng disenyo

Distansya δs" kasama ang optical axis sa pagitan ng mga nawawalang punto ng zero at matinding ray ay tinatawag longitudinal spherical aberration.

diameter δ" ang scattering circle (disk) ay tinutukoy ng formula

2h 1 - diameter ng butas ng system;
a"- distansya mula sa system hanggang sa punto ng imahe;
δs"- longitudinal aberration.

Para sa mga bagay na matatagpuan sa infinity

Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng gayong mga simpleng lente, ang spherical aberration ay maaaring makabuluhang maitama.

Pagbabawas at pag-aayos

Sa ilang mga kaso, ang isang maliit na halaga ng third-order spherical aberration ay maaaring itama sa pamamagitan ng bahagyang pag-defocus sa lens. Sa kasong ito, lumilipat ang eroplano ng imahe sa tinatawag na "ang eroplano ng pinakamahusay na pag-install", na matatagpuan, bilang panuntunan, sa gitna, sa pagitan ng intersection ng axial at extreme ray, at hindi tumutugma sa pinakamaliit na punto ng intersection ng lahat ng mga ray ng isang malawak na sinag (ang disk ng hindi bababa sa scattering). Ang pagkakaibang ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pamamahagi ng liwanag na enerhiya sa disk ng hindi bababa sa scattering, na bumubuo ng illumination maxima hindi lamang sa gitna, kundi pati na rin sa gilid. Iyon ay, maaari nating sabihin na ang "disk" ay isang maliwanag na singsing na may gitnang tuldok. Samakatuwid, ang resolution ng optical system, sa eroplano na tumutugma sa disk ng hindi bababa sa scattering, ay magiging mas mababa, sa kabila ng mas maliit na halaga ng transverse spherical aberration. Ang pagiging angkop ng pamamaraang ito ay nakasalalay sa laki ng spherical aberration at ang likas na katangian ng pamamahagi ng pag-iilaw sa scattering disk.

Sa mahigpit na pagsasalita, ang spherical aberration ay maaaring ganap na itama para lamang sa ilang pares ng makitid na zone, at, bukod dito, para lamang sa ilang partikular na dalawang conjugate point. Gayunpaman, sa pagsasanay ang pagwawasto ay maaaring maging lubos na kasiya-siya kahit na para sa dalawang-lens na sistema.

Karaniwang inaalis ang spherical aberration para sa isang halaga ng taas h 0 na naaayon sa gilid ng mag-aaral ng system. Sa kasong ito, ang pinakamataas na halaga ng natitirang spherical aberration ay inaasahan sa taas h e tinutukoy ng isang simpleng formula

Ang natitirang spherical aberration ay humahantong sa katotohanan na ang imahe ng isang punto ay hindi kailanman magiging isang punto. Ito ay mananatiling isang disk, kahit na mas maliit kaysa sa kaso ng hindi naitama na spherical aberration.

Upang mabawasan ang natitirang spherical aberration, ang isa ay madalas na gumagamit ng isang kinakalkula na "recorrection" sa gilid ng pupil ng system, na nagbibigay sa spherical aberration ng gilid zone ng isang positibong halaga ( δs"> 0). Sa kasong ito, ang mga sinag ay tumatawid sa mag-aaral sa isang taas h e , tumawid kahit na mas malapit sa focus point, at ang mga ray ng gilid, bagaman nagtatagpo sa likod ng focus point, ay hindi lalampas sa mga hangganan ng scattering disk. Kaya, ang laki ng scattering disk ay bumababa at ang liwanag nito ay tumataas. Iyon ay, ang parehong detalye at ang kaibahan ng imahe ay pinabuting. Gayunpaman, dahil sa likas na katangian ng pamamahagi ng pag-iilaw sa scattering disk, ang mga lente na may "re-corrected" spherical aberration ay kadalasang mayroong "double" out-of-focus blur.

Sa ilang mga kaso, pinapayagan ang makabuluhang "muling pagwawasto". Kaya, halimbawa, ang maagang "Planars" ni Carl Zeiss Jena ay may positibong halaga ng spherical aberration ( δs"> 0), kapwa para sa marginal at middle zone ng mag-aaral. Ang solusyon na ito ay medyo binabawasan ang kaibahan sa buong aperture, ngunit kapansin-pansing pinapataas ang resolution sa maliliit na siwang.

Mga Tala

Panitikan

Begunov B. N. Geometric optics, Moscow State University, 1966.
Volosov D.S., Photographic optics. M., "Sining", 1971.
Zakaznov N. P. et al., Teorya ng mga optical system, M., "Engineering", 1992.
Landsberg G.S. Optics. M., FIZMATLIT, 2003.
Churilovsky V. N. Teorya ng mga optical device, L., "Engineering", 1966.
Smith, Warren J. Modern optical engineering, McGraw-Hill, 2000.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Pisikal na Encyclopedia

Isa sa mga uri ng aberrations ng optical system (Tingnan ang Aberrations ng optical system); nagpapakita ng sarili sa hindi pagkakatugma ng Mga Focus para sa mga light ray na dumadaan sa isang axisymmetric optical system (lens (Tingnan ang Lens), Layunin) sa iba't ibang distansya mula sa ... Great Soviet Encyclopedia

Ang pagbaluktot ng imahe sa mga optical system dahil sa katotohanan na ang mga light ray mula sa isang point source na matatagpuan sa optical axis ay hindi kinokolekta sa isang punto kasama ang mga ray na dumaan sa mga bahagi ng system na malayo sa axis. * * * SPHERICAL… … encyclopedic Dictionary

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

SPHERICAL ABERRATION- Tingnan ang aberration, spherical... Explanatory Dictionary of Psychology

spherical aberration- dahil sa hindi pagkakatugma ng foci ng mga light ray na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa optical axis ng system, ay humahantong sa imahe ng isang punto sa anyo ng isang bilog ng iba't ibang pag-iilaw. Tingnan din ang: aberration chromatic aberration... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy

Isa sa mga aberration ng optical system, dahil sa mismatch ng foci para sa mga light ray na dumadaan sa isang axisymmetric optical system. system (lens, layunin) sa iba't ibang distansya mula sa optical axis ng system na ito. Lumilitaw na ang imahe ... ... Malaking encyclopedic polytechnic dictionary

Distortion ng imahe sa optical sistema dahil sa ang katunayan na ang ilaw ray mula sa isang point source na matatagpuan sa optical. ang mga palakol ay hindi kinokolekta sa isang punto kasama ang mga sinag na dumaan sa mga bahagi ng system na malayo mula sa axis ... Likas na agham. encyclopedic Dictionary

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 paglipat 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 blur 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.

Walang perpektong bagay... Wala ring perpektong lens - isang lens na may kakayahang bumuo ng isang imahe ng isang walang katapusang maliit na punto sa anyo ng isang walang katapusan na maliit na punto. Ang dahilan nito - spherical aberration.

Spherical aberration- pagbaluktot na nagmumula sa pagkakaiba sa foci para sa mga sinag na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa optical axis. Hindi tulad ng coma at astigmatism na inilarawan kanina, ang distortion na ito ay hindi asymmetric at nagreresulta sa isang pare-parehong divergence ng mga sinag mula sa isang point light source.

Ang spherical aberration ay likas sa iba't ibang antas sa lahat ng mga lente, na may ilang mga pagbubukod (isang kilala sa akin ay Era-12, ang sharpness nito ay mas limitado ng chromatism), ito ang pagbaluktot na naglilimita sa sharpness ng lens sa isang bukas na siwang.

Scheme 1 (Wikipedia). Ang hitsura ng spherical aberration

Ang spherical aberration ay may maraming mga mukha - kung minsan ito ay tinatawag na marangal na "software", kung minsan ay mababang-grade "soap", ito ay bumubuo ng bokeh ng lens sa isang mas malaking lawak. Salamat sa kanya, ang Trioplan 100/2.8 ay isang bubble generator, at ang New Petzval ng Lomographic Society ay may kontrol sa blur... Gayunpaman, una sa lahat.

Paano lumilitaw ang spherical aberration sa isang imahe?

Ang pinaka-halatang pagpapakita ay ang paglabo ng mga contour ng bagay sa sharpness zone ("glow of the contours", "soft effect"), pagtatago ng maliliit na detalye, isang pakiramdam ng defocus ("sabon" - sa mga malubhang kaso);

Isang halimbawa ng spherical aberration (software) sa isang larawang kinunan gamit ang Industar-26M mula sa FED, F/2.8

Hindi gaanong halata ang pagpapakita ng spherical aberration sa bokeh ng lens. Depende sa tanda, ang antas ng pagwawasto, atbp., ang spherical aberration ay maaaring bumuo ng iba't ibang mga bilog ng pagkalito.

Sample shot sa Triplet 78 / 2.8 (F / 2.8) - ang mga blur na bilog ay may maliwanag na hangganan at maliwanag na sentro - ang lens ay may malaking halaga ng spherical aberration

Isang halimbawa ng isang aplanat KO-120M 120 / 1.8 (F / 1.8) na imahe - ang bilog ng pagkalito ay may bahagyang binibigkas na hangganan, ngunit umiiral pa rin ito. Ang lens, na hinuhusgahan ng mga pagsubok (nai-publish ko kanina sa isa pang artikulo) - ang spherical aberration ay maliit

At, bilang isang halimbawa ng isang lens na ang spherical aberration ay hindi masasabing maliit - isang shot sa Era-12 125/4 (F / 4). Ang bilog ay karaniwang walang hangganan, ang pamamahagi ng liwanag ay napakapantay. Ito ay nagsasalita ng mahusay na pagwawasto ng lens (na talagang totoo).

Pag-aalis ng spherical aberration

Ang pangunahing paraan ay siwang. Ang pagputol ng mga "dagdag" na beam ay nagbibigay-daan sa iyo upang mapabuti ang sharpness ng mabuti.

Scheme 2 (Wikipedia) - pagbawas ng spherical aberration sa tulong ng isang diaphram (1 fig.) at sa tulong ng defocusing (2 fig.). Ang paraan ng defocus ay karaniwang hindi angkop para sa pagkuha ng litrato.

Mga halimbawa ng mga larawan ng mundo (pinutol ang gitna) sa iba't ibang siwang - 2.8, 4, 5.6 at 8, na ginawa gamit ang Industar-61 lens (maaga, FED).

F / 2.8 - medyo malakas na software ay banig

F / 4 - ang software ay nabawasan, ang detalye ng imahe ay bumuti

F/5.6 - halos walang software

F / 8 - walang software, ang maliliit na detalye ay malinaw na nakikita

Sa mga graphic editor, maaari mong gamitin ang pagpapatalas at pag-deblur ng mga function, na medyo makakabawas sa negatibong epekto ng spherical aberration.

Minsan nangyayari ang spherical aberration dahil sa pagkabigo ng lens. Karaniwan - mga paglabag sa mga puwang sa pagitan ng mga lente. Tumutulong sa pagkakahanay.

Halimbawa, may hinala na may nangyaring mali kapag muling kinakalkula ang Jupiter-9 para sa LZOS: kung ihahambing sa Jupiter-9 na ginawa ng KMZ, ang talas ng LZOS ay wala lamang dahil sa malaking spherical aberration. De facto - ang mga lente ay naiiba sa ganap na lahat, maliban sa mga numerong 85/2. Maaaring matalo ang puti gamit ang Canon 85/1.8 USM, at ang itim ay maaari lamang lumaban gamit ang Triplet 78/2.8 at soft lens.

Kinunan sa isang itim na Jupiter-9 ng 80s, LZOS (F / 2)

Kinunan sa isang puting Jupiter-9 1959, KMZ (F / 2)

Kaugnayan sa spherical aberration ng photographer

Binabawasan ng spherical aberration ang sharpness ng larawan at kung minsan ay hindi kasiya-siya - tila wala sa focus ang object. Ang mga optika na may tumaas na sphric aberration ay hindi dapat gamitin sa normal na pagbaril.

Gayunpaman, ang spherical aberration ay isang mahalagang bahagi ng pattern ng lens. Kung wala ito, walang magagandang malalambot na portrait sa Tair-11, nakakabaliw na kamangha-manghang monocle landscape, bubble bokeh ng sikat na Meyer Trioplan, "peas" ng Industar-26M at "voluminous" na bilog sa anyo ng mata ng pusa sa Zeiss Planar 50 / 1.7. Ito ay hindi nagkakahalaga ng pagsisikap na mapupuksa ang spherical aberration sa mga lente - ito ay nagkakahalaga ng pagsisikap na makahanap ng paggamit para dito. Bagaman, siyempre, ang labis na spherical aberration sa karamihan ng mga kaso ay hindi nagdudulot ng anumang mabuti.

mga konklusyon

Sa artikulo, sinuri namin nang detalyado ang epekto ng spherical aberration sa photography: sa sharpness, bokeh, aesthetics, atbp.