Žodis aberacija reiškia daugybę optinių efektų, susijusių su objekto iškraipymu stebėjimo metu. Šiame straipsnyje kalbėsime apie keletą aberacijų tipų, kurie yra aktualiausi astronominiams stebėjimams.
Šviesos aberacija astronomijoje tai akivaizdus dangaus objekto poslinkis dėl baigtinio šviesos greičio, kartu su stebimo objekto ir stebėtojo judėjimu. Aberacijos poveikis lemia tai, kad matoma kryptis į objektą nesutampa su geometrine kryptimi į jį tuo pačiu laiko momentu.
Poveikis yra tas, kad dėl Žemės judėjimo aplink Saulę ir laiko, kurio reikia šviesai keliauti, stebėtojas mato žvaigždę kitoje vietoje nei ten, kur ji yra. Jei Žemė stovėtų arba šviesa sklistų akimirksniu, šviesos aberacijos nebūtų. Todėl, teleskopu nustatydami žvaigždės padėtį danguje, turime ne matuoti žvaigždės pasvirimo kampą, o šiek tiek jį padidinti Žemės judėjimo kryptimi.
Aberacijos efektas nėra didelis. Didžiausia jo vertė pasiekiama su sąlyga, kad žemė juda statmenai spindulio krypčiai. Šiuo atveju žvaigždės padėties nuokrypis yra tik 20,4 sekundės, nes žemė per 1 sekundę nuvažiuoja tik 30 km, o šviesos spindulys – 300 000 km.
Taip pat yra keletas tipų geometrinė aberacija. Sferinė aberacija
- lęšio ar objektyvo aberacija, kurią sudaro tai, kad platus monochromatinės šviesos spindulys, sklindantis iš taško, esančio ant lęšio pagrindinės optinės ašies, eidamas pro objektyvą, susikerta ne viename, o daugelyje taškų yra ant optinės ašies skirtingais atstumais nuo objektyvo, todėl vaizdas yra neryškus. Dėl to taškinis objektas, pavyzdžiui, žvaigždė, gali būti matomas kaip mažas rutulys, šio rutulio dydis laikomas žvaigždės dydžiu.
Vaizdo lauko kreivumas- aberacija, dėl kurios plokščio objekto vaizdas, statmenas objektyvo optinei ašiai, yra ant lęšio įgaubto arba išgaubto paviršiaus. Dėl šios aberacijos vaizdo lauke atsiranda netolygus ryškumas. Todėl, kai centrinė vaizdo dalis yra ryškiai sufokusuota, jos kraštai bus nefokusuoti ir vaizdas bus neryškus. Jei pakoreguosite ryškumą išilgai vaizdo kraštų, jo centrinė dalis bus neryški. Šio tipo nukrypimai nėra reikšmingi astronomijai.
Štai dar keli aberacijos tipai:
Difrakcijos aberacija atsiranda dėl šviesos difrakcijos ant fotografinio objektyvo diafragmos ir rėmo. Difrakcijos aberacija riboja fotografinio objektyvo skiriamąją gebą. Dėl šios aberacijos mažiausias kampinis atstumas tarp taškų, kuriuos išsprendžia objektyvas, yra apribotas lambda/D radianais, kur lambda yra naudojamos šviesos bangos ilgis (optinis diapazonas paprastai vadinamas kaip elektromagnetines bangas kurių ilgis nuo 400 nm iki 700 nm), D yra objektyvo skersmuo. Žvelgiant į šią formulę, tampa aišku, koks svarbus yra objektyvo skersmuo. Šis parametras yra svarbiausias didžiausiems ir brangiausiems teleskopams. Taip pat aišku, kad teleskopas, galintis matyti rentgeno spindulius, yra geresnis nei įprastinis optinis teleskopas. Faktas yra tas, kad rentgeno spindulių bangos ilgis yra 100 kartų trumpesnis už šviesos bangos ilgį optiniame diapazone. Todėl tokių teleskopų mažiausias matomas kampinis atstumas yra 100 kartų mažesnis nei įprastų. optiniai teleskopai su tokiu pat skersmeniu.
Aberacijos tyrimas leido žymiai patobulinti astronominius instrumentus. Šiuolaikiniuose teleskopuose aberacijos poveikis yra sumažintas iki minimumo, tačiau būtent aberacija riboja optinių prietaisų galimybes.
1Iš visų tipų aberacijų sferinė aberacija yra reikšmingiausia ir daugeliu atvejų vienintelė praktiškai reikšminga akies optinei sistemai. Kadangi normali akis visada nukreipia žvilgsnį į svarbiausią dalyką Šis momentas objektą, tuomet pašalinamos aberacijos, atsiradusios dėl įstrižų šviesos spindulių patekimo (koma, astigmatizmas). Tokiu būdu neįmanoma pašalinti sferinės aberacijos. Jei akies optinės sistemos laužiamieji paviršiai yra sferiniai, sferinės aberacijos visiškai neįmanoma pašalinti. Jo iškraipantis poveikis mažėja mažėjant vyzdžio skersmeniui, todėl ryškioje šviesoje akies skiriamoji geba yra didesnė nei esant silpnam apšvietimui, kai didėja vyzdžio skersmuo ir dėmės dydis, o tai yra vyzdžio vaizdas. taškinis šviesos šaltinis, taip pat didėja dėl sferinės aberacijos. Yra tik vienas būdas efektyviai paveikti akies optinės sistemos sferinę aberaciją – keičiant laužiamo paviršiaus formą. Tokia galimybė iš esmės egzistuoja chirurginiu būdu koreguojant ragenos kreivumą ir pakeitus natūralų lęšį, praradusį optines savybes, pavyzdžiui, dėl kataraktos, dirbtiniu. Dirbtinis lęšis gali turėti bet kokio tipo pasiekiamus laužiamus paviršius šiuolaikinės technologijos formų. Refrakcinių paviršių formos įtakos sferinei aberacijai tyrimas gali būti efektyviausiai ir tiksliausiai atliktas naudojant kompiuterinį modeliavimą. Čia aptariame gana paprastą kompiuterinio modeliavimo algoritmą, leidžiantį atlikti tokį tyrimą, bei pagrindinius rezultatus, gautus naudojant šį algoritmą.
Paprasčiausias būdas apskaičiuoti šviesos pluošto praėjimą per vieną sferinį laužiamąjį paviršių, skiriantį dvi skaidrias terpes su įvairių rodiklių refrakcija. Norint parodyti sferinės aberacijos reiškinį, pakanka atlikti tokį skaičiavimą dvimatėje aproksimacijoje. Šviesos spindulys yra pagrindinėje plokštumoje ir yra nukreiptas į laužiamąjį paviršių lygiagrečiai pagrindinei optinei ašiai. Šio spindulio eigą po lūžio galima apibūdinti apskritimo lygtimi, lūžio dėsniu ir akivaizdžiais geometriniais bei trigonometriniais ryšiais. Išsprendus atitinkamą lygčių sistemą, galima gauti šio spindulio susikirtimo su pagrindine optine ašimi taško koordinatės išraišką, t.y. laužiamo paviršiaus židinio koordinates. Šioje išraiškoje yra paviršiaus parametrai (spindulys), lūžio rodikliai ir atstumas tarp pagrindinės optinės ašies ir spindulio kritimo taško į paviršių. Židinio koordinatės priklausomybė nuo atstumo tarp optinės ašies ir spindulio kritimo taško yra sferinė aberacija. Šį ryšį lengva apskaičiuoti ir pavaizduoti grafiškai. Vieno sferinio paviršiaus spindulių, nukreipiančių į pagrindinę optinę ašį, židinio koordinatė visada mažėja, kai atstumas tarp optinės ašies ir krintančio spindulio didėja. Kuo toliau nuo ašies spindulys patenka į lūžtantį paviršių, tuo arčiau šio paviršiaus jis po lūžio susikerta su ašimi. Tai teigiama sferinė aberacija. Dėl to į paviršių lygiagrečiai pagrindinei optinei ašiai krintantys spinduliai nėra surenkami viename vaizdo plokštumos taške, o šioje plokštumoje suformuoja baigtinio skersmens sklaidos dėmę, dėl kurios mažėja vaizdo kontrastas, t.y. iki jo kokybės pablogėjimo. Viename taške susikerta tik tie spinduliai, kurie patenka į paviršių labai arti pagrindinės optinės ašies (paraksialiniai spinduliai).
Jeigu spindulio kelyje dedamas iš dviejų sferinių paviršių suformuotas surenkamasis lęšis, tai naudojant aukščiau aprašytus skaičiavimus galima parodyti, kad toks lęšis turi ir teigiamą sferinę aberaciją, t.y. spinduliai, krintantys lygiagrečiai pagrindinei optinei ašiai toliau nuo jos, kerta šią ašį arčiau lęšio nei spinduliai, sklindantys arčiau ašies. Sferinės aberacijos praktiškai nėra ir tik paraksialiniams spinduliams. Jei abu lęšio paviršiai yra išgaubti (kaip lęšio), tada sferinė aberacija yra didesnė nei tuo atveju, jei antrasis lęšio laužiamasis paviršius yra įgaubtas (kaip ragena).
Teigiamą sferinę aberaciją sukelia per didelis laužiamo paviršiaus kreivumas. Tolstant nuo optinės ašies, kampas tarp paviršiaus liestinės ir statmenos optinei ašiai didėja greičiau nei būtina nukreipti lūžusią spindulį į paraksialinį židinį. Norint sumažinti šį poveikį, reikia sulėtinti paviršiaus liestinės nuokrypį nuo statmens ašiai, kai jis tolsta nuo jo. Norėdami tai padaryti, paviršiaus kreivumas turi mažėti didėjant atstumui nuo optinės ašies, t.y. paviršius neturi būti sferinis, kurio kreivumas visuose jo taškuose yra vienodas. Kitaip tariant, sferinę aberaciją galima sumažinti tik naudojant lęšius su asferiniais laužiančiais paviršiais. Tai gali būti, pavyzdžiui, elipsoido, paraboloido ir hiperboloido paviršiai. Iš esmės galima naudoti kitas paviršiaus formas. Elipsinių, parabolinių ir hiperbolinių formų patrauklumas yra tik tai, kad jos, kaip ir sferinis paviršius, apibūdinamos gana paprastomis analitinėmis formulėmis, o lęšių su šiais paviršiais sferinę aberaciją galima gana nesunkiai teoriškai ištirti naudojant aukščiau aprašytą techniką.
Visada galima parinkti sferinių, elipsinių, parabolinių ir hiperbolinių paviršių parametrus, kad jų kreivumas lęšio centre būtų vienodas. Tokiu atveju, esant paraksialiniams spinduliams, tokie lęšiai vienas nuo kito nesiskiria, paraksialinio fokusavimo padėtis šiems lęšiams bus tokia pati. Tačiau tolstant nuo pagrindinės ašies šių lęšių paviršiai skirtingais būdais nukryps nuo statmenos ašiai. Sferinis paviršius nukryps greičiausiai, elipsinis – lėčiau, parabolinis – dar lėčiau, o hiperbolinis – lėčiausiai (iš šių keturių). Ta pačia seka šių lęšių sferinė aberacija vis labiau mažės. Hiperboliniam objektyvui sferinė aberacija gali net pakeisti ženklą – tapti neigiama, t.y. spinduliai, patenkantys į objektyvą toliau nuo optinės ašies, kirs jį toliau nuo objektyvo nei spinduliai, patenkantys į objektyvą, esantį arčiau optinės ašies. Hiperboliniam lęšiui netgi galite pasirinkti laužiamųjų paviršių parametrus, kurie užtikrins visišką sferinės aberacijos nebuvimą - visi spinduliai, patenkantys į objektyvą lygiagrečiai pagrindinei optinei ašiai bet kokiu atstumu nuo jo, po lūžio, bus surinkti vienu metu. taškas ašyje – idealus objektyvas. Tam pirmasis lūžio paviršius turi būti plokščias, o antrasis – išgaubtas hiperbolinis, kurio parametrai ir lūžio rodikliai turi būti susieti tam tikrais ryšiais.
Taigi, naudojant lęšius su asferiniais paviršiais, sferinę aberaciją galima žymiai sumažinti ir net visiškai panaikinti. Galimybė turėti atskirą įtaką lūžio jėgai (paraksialinio židinio padėčiai) ir sferinei aberacijai atsiranda dėl to, kad yra dviejų geometrinių parametrų, dviejų pusiau ašių, sukimosi asferinių paviršių, kurių pasirinkimas gali užtikrinti sferinės aberacijos sumažėjimą. nekeičiant lūžio jėgos. Sferinis paviršius tokios galimybės neturi, turi tik vieną parametrą – spindulį, o pakeitus šį parametrą neįmanoma pakeisti sferinės aberacijos nekeičiant lūžio galios. Revoliucijos paraboloidui taip pat nėra tokios galimybės, nes apsisukimo paraboloidas taip pat turi tik vieną parametrą - židinio parametrą. Taigi iš trijų paminėtų asferinių paviršių tik du yra tinkami kontroliuojamai nepriklausomai įtakai sferinei aberacijai – hiperboliniai ir elipsiniai.
Išsirinkti vieną objektyvą, kurio parametrai užtikrina priimtiną sferinę aberaciją, nėra sunku. Bet ar toks lęšis užtikrins reikiamą sferinės aberacijos sumažinimą kaip akies optinės sistemos dalį? Norint atsakyti į šį klausimą, reikia apskaičiuoti šviesos spindulių praėjimą per du lęšius – rageną ir lęšį. Tokio skaičiavimo rezultatas, kaip ir anksčiau, bus pluošto susikirtimo su pagrindine optine ašimi koordinačių (fokuso koordinačių) priklausomybės nuo atstumo tarp krintančio pluošto ir šios ašies grafikas. Keisdami visų keturių laužiančių paviršių geometrinius parametrus, naudodami šį grafiką galite ištirti jų įtaką visos akies optinės sistemos sferinei aberacijai ir pabandyti ją sumažinti. Pavyzdžiui, galima nesunkiai patikrinti, ar visos akies optinės sistemos aberacija su natūraliu lęšiu, jei visi keturi laužiamieji paviršiai yra sferiniai, yra pastebimai mažesnė už vien lęšio aberaciją ir šiek tiek didesnė už aberaciją. vien tik ragenos. Kai vyzdžio skersmuo yra 5 mm, toliausiai nuo ašies esantys spinduliai kerta šią ašį maždaug 8 % arčiau nei paraksialiniai spinduliai, kai juos lūžta vien lęšis. Kai lūžta vien tik ragena, esant tokio paties vyzdžio skersmeniui, tolimų spindulių židinys yra maždaug 3 % arčiau nei paraksialinių spindulių. Visa akies optinė sistema su šiuo lęšiu ir šia ragena surenka tolimus spindulius apie 4% arčiau nei paraksialiniai spinduliai. Galima sakyti, kad ragena iš dalies kompensuoja lęšio sferinę aberaciją.
Taip pat matyti, kad akies optinė sistema, susidedanti iš ragenos ir idealaus hiperbolinio lęšiuko su nuline aberacija, sumontuoto kaip lęšis, suteikia maždaug tokią pat sferinę aberaciją kaip ir viena ragena, t.y. Vien tik lęšio sferinės aberacijos sumažinimo nepakanka, kad būtų sumažinta visa akies optinė sistema.
Taigi, norint iki minimumo sumažinti visos akies optinės sistemos sferinę aberaciją, pasirenkant vien lęšiuko geometriją, reikia pasirinkti ne tokį lęšį, kuris turi minimalią sferinę aberaciją, o tokį, kuris sumažintų aberaciją sąveikaujant su ragena. Jei ragenos laužiamieji paviršiai laikomi sferiniais, tai norint beveik visiškai pašalinti visos akies optinės sistemos sferinę aberaciją, reikia pasirinkti lęšį su hiperboliniais laužiančiais paviršiais, kurie, kaip vienas lęšis, suteikia pastebimą vaizdą. (apie 17 % skystoje akies terpėje ir apie 12 % ore) neigiama aberacija . Visos akies optinės sistemos sferinė aberacija neviršija 0,2 % bet kurio vyzdžio skersmens. Beveik tą patį akies optinės sistemos sferinės aberacijos neutralizavimą (iki maždaug 0,3%) galima pasiekti net ir naudojant lęšį, kurio pirmasis laužiamasis paviršius yra sferinis, o antrasis – hiperbolinis.
Taigi, naudojant dirbtinį lęšį su asferiniais, ypač su hiperboliniais laužiančiais paviršiais, galima beveik visiškai pašalinti akies optinės sistemos sferinę aberaciją ir taip žymiai pagerinti šios sistemos sukurto vaizdo kokybę. tinklainė. Tai rodo kompiuterinio spindulių praėjimo per sistemą modeliavimo rezultatai pagal gana paprastą dvimatį modelį.
Akies optinės sistemos parametrų įtaka tinklainės vaizdo kokybei taip pat gali būti parodyta naudojant daug sudėtingesnį trimatį kompiuterinį modelį, kuris labai atlieka sekimą. didelis kiekis spinduliai (nuo kelių šimtų spindulių iki kelių šimtų tūkstančių spindulių), atsirandantys iš vieno šaltinio taško ir patenkantys į skirtingus tinklainės taškus dėl visų geometrinių aberacijų įtakos ir galimo netikslaus sistemos fokusavimo. Sudėjus visus spindulius visuose tinklainės taškuose, kurie ten atkeliavo iš visų šaltinio taškų, toks modelis leidžia gauti išplėstinių šaltinių – įvairių tiriamųjų objektų, spalvotų ir juodai baltų, vaizdus. Turime tokį trimatį kompiuterinį modelį, kuris aiškiai parodo tinklainės vaizdo kokybės reikšmingą pagerėjimą naudojant intraokulinius lęšius su asferiniais laužiančiais paviršiais, nes žymiai sumažėja sferinė aberacija ir taip sumažėja sklaidos dydis. dėmė tinklainėje. Iš esmės sferinę aberaciją galima beveik visiškai pašalinti ir, atrodytų, sklaidos dėmės dydį galima sumažinti beveik iki nulio, taip išgaunant idealų vaizdą.
Tačiau nereikia pamiršti, kad idealaus vaizdo jokiu būdu neįmanoma gauti, net jei manytume, kad visos geometrinės aberacijos yra visiškai pašalintos. Yra esminė riba, leidžianti sumažinti išsibarstymo vietos dydį. Šią ribą nustato šviesos banginis pobūdis. Pagal difrakcijos teoriją, paremtą bangų koncepcijomis, mažiausias šviesos dėmės skersmuo vaizdo plokštumoje dėl šviesos difrakcijos apskritoje skylėje yra proporcingas (su proporcingumo koeficientu 2,44) židinio nuotolis ir šviesos bangos ilgis ir atvirkščiai proporcingas skylės skersmeniui. Akies optinės sistemos įvertinimas rodo, kad sklaidos taško skersmuo yra apie 6,5 µm, o vyzdžio skersmuo yra 4 mm.
Šviesos dėmės skersmens sumažinti žemiau difrakcijos ribos neįmanoma, net jei geometrinės optikos dėsniai visus spindulius atveda į vieną tašką. Difrakcija riboja vaizdo kokybės pagerėjimo ribą, kurią suteikia bet koks lūžis optinė sistema, net idealus. Tuo pačiu metu šviesos difrakcija, ne blogesnė už refrakciją, gali būti naudojama norint gauti vaizdą, kuris sėkmingai naudojamas difrakciniuose-refrakciniuose IOL. Bet tai jau kita tema.
Bibliografinė nuoroda
Čerednikas V.I., Treušnikovas V.M. RUFINĖ ABERACIJA IR ASFERIJOS INTRAAKULINIAI LĖŠIAI // Pagrindinis tyrimas. – 2007. – Nr.8. – P. 38-41;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3359 (prieigos data: 2020-03-23). Atkreipiame jūsų dėmesį į leidyklos „Gamtos mokslų akademija“ leidžiamus žurnalus
Šios klaidos atsiradimą galima atsekti naudojant lengvai pasiekiamus eksperimentus. Paimkime paprastą konverguojantį objektyvą 1 (pavyzdžiui, plokščią išgaubtą lęšį), kurio skersmuo yra kuo didesnis ir židinio nuotolis yra mažesnis. Mažą ir tuo pačiu gana ryškų šviesos šaltinį galima gauti išgręžus skylę dideliame maždaug skersmens ekrane 2 ir prieš jį pritvirtinus matinio stiklo gabalėlį 3, apšviestą stipria lempa iš trumpo. atstumas. Dar geriau koncentruoti lankinio žibintuvėlio šviesą ant matinio stiklo. Šis „šviesos taškas“ turi būti pagrindinėje objektyvo optinėje ašyje (228 pav., a).
Ryžiai. 228. Eksperimentinis sferinės aberacijos tyrimas: a) lęšis, ant kurio krenta platus spindulys, suteikia neryškų vaizdą; b) centrinė objektyvo zona suteikia gerą ryškų vaizdą
Naudojant šį objektyvą, ant kurio krenta platūs šviesos pluoštai, neįmanoma gauti ryškaus šaltinio vaizdo. Kad ir kaip judintume 4 ekraną, jis sukuria gana neryškų vaizdą. Bet jei apribosite spindulius, krintančius ant objektyvo, priešais jį padėdami kartono gabalėlį 5 su maža skylute priešais centrinę dalį (228 pav., b), tada vaizdas žymiai pagerės: galite rasti tokią padėtį. 4 ekranui, kad šaltinio vaizdas jame bus gana ryškus. Šis stebėjimas visiškai atitinka tai, ką žinome apie vaizdą, gautą objektyve naudojant siaurus paraksialinius pluoštus (plg. §89).
Ryžiai. 229. Ekranas su skylutėmis sferinei aberacijai tirti
Dabar pakeisime kartoną su centrine skyle kartono gabalėliu su mažomis skylutėmis, esančiomis išilgai objektyvo skersmens (229 pav.). Spindulių, einančių pro šias skylutes, kelią galima atsekti, jei už objektyvo esantis oras šiek tiek aprūko. Pamatysime, kad spinduliai, einantys per skylutes, esančias skirtingais atstumais nuo lęšio centro, susikerta skirtinguose taškuose: kuo toliau spindulys išeina nuo objektyvo ašies, tuo labiau jis lūžta ir tuo arčiau lęšio yra taškas. jos susikirtimo su ašimi.
Taigi, mūsų eksperimentai rodo, kad spinduliai, praeinantys per atskiras lęšio zonas, esančias skirtingais atstumais nuo ašies, suteikia šaltinio, esančio skirtingu atstumu nuo objektyvo, vaizdus. Tam tikroje ekrano padėtyje ant jo atsiras skirtingos objektyvo zonos: vienos ryškesnės, kitos – neryškesni šaltinio vaizdai, kurie susilies į šviesų apskritimą. Dėl to didelio skersmens objektyvas sukuria taškinio šaltinio vaizdą ne taško, o neryškios šviesos dėmės pavidalu.
Taigi, naudojant plačius šviesos pluoštus, taškinio vaizdo negauname net tada, kai šaltinis yra pagrindinėje ašyje. Ši optinių sistemų klaida vadinama sferine aberacija.
Ryžiai. 230. Sferinės aberacijos atsiradimas. Spinduliai, atsirandantys iš objektyvo skirtinguose aukščiuose virš ašies, suteikia taško vaizdus skirtinguose taškuose
Paprastiems neigiamiems lęšiams dėl sferinės aberacijos spindulių, einančių per centrinę objektyvo zoną, židinio nuotolis taip pat bus didesnis nei spindulių, einančių per periferinę zoną. Kitaip tariant, lygiagretus spindulys, einantis per besiskiriančio lęšio centrinę zoną, tampa mažiau besiskiriantis nei spindulys, einantis per išorines zonas. Priversdami šviesą po susiliejančio lęšio praeiti pro besiskiriantį lęšį, padidiname židinio nuotolį. Tačiau šis padidėjimas bus mažiau reikšmingas centriniams spinduliams nei periferiniams (231 pav.).
Ryžiai. 231. Sferinė aberacija: a) renkančiame lęšyje; b) besiskiriančiame objektyve
Taigi ilgesnis konverguojančio lęšio židinio nuotolis, atitinkantis centrinius spindulius, padidės mažiau nei trumpesnis periferinių spindulių židinio nuotolis. Vadinasi, besiskiriantis lęšis dėl savo sferinės aberacijos išlygina centrinių ir periferinių spindulių židinio nuotolių skirtumą, atsirandantį dėl renkančio lęšio sferinės aberacijos. Teisingai apskaičiavę konverguojančių ir besiskiriančių lęšių derinį, šį išlyginimą galime atlikti tiek iki galo, kad dviejų lęšių sistemos sferinė aberacija praktiškai sumažės iki nulio (232 pav.). Dažniausiai abu paprasti lęšiai suklijuojami (233 pav.).
Ryžiai. 232. Sferinės aberacijos korekcija sujungiant susiliejantį ir besiskiriantį lęšį
Ryžiai. 233. Klijuotas astronominis lęšis, pakoreguotas dėl sferinės aberacijos
Iš to, kas išdėstyta pirmiau, aišku, kad sferinės aberacijos naikinimas atliekamas sujungiant dvi sistemos dalis, kurių sferinės aberacijos viena kitą kompensuoja. Tą patį darome ir taisydami kitus sistemos trūkumus.
Optinės sistemos su pašalinta sferine aberacija pavyzdys yra astronominiai lęšiai. Jei žvaigždė yra ant objektyvo ašies, tai jos vaizdas praktiškai nėra iškraipytas dėl aberacijos, nors objektyvo skersmuo gali siekti kelias dešimtis centimetrų.
Idealių dalykų nebūna... Nėra idealaus lęšio – objektyvo, galinčio sukonstruoti be galo mažo taško vaizdą be galo mažo taško pavidalu. To priežastis yra - sferinė aberacija.
Sferinė aberacija- iškraipymas, atsirandantis dėl spindulių, sklindančių skirtingais atstumais nuo optinės ašies, fokusavimo skirtumo. Skirtingai nuo anksčiau aprašytų komos ir astigmatizmo atvejų, šis iškraipymas nėra asimetriškas ir sukelia vienodą spindulių nukrypimą nuo taškinio šviesos šaltinio.
Sferinė aberacija yra būdinga įvairaus laipsnio Visi objektyvai, išskyrus keletą išimčių (vieną, apie kurį žinau, yra Era-12, jo ryškumą daugiausia riboja chromatizmas), būtent šis iškraipymas riboja objektyvo ryškumą esant atvirai diafragmai.
1 schema (Wikipedia). Sferinės aberacijos atsiradimas
Sferinė aberacija turi daug veidų – kartais ji vadinama kilnia „programine įranga“, kartais – žemos kokybės „muilu“, ji iš esmės formuoja objektyvo „bokeh“. Jos dėka Trioplan 100/2.8 yra burbulų generatorius, o naujasis Lomografijos draugijos Petzvalas turi suliejimo kontrolę... Tačiau pirmiausia.
Kaip vaizde atsiranda sferinė aberacija?
Ryškiausias pasireiškimas – objekto kontūrų išsiliejimas ryškumo zonoje („kontūrų švytėjimas“, „minkštas efektas“), smulkių detalių nuslėpimas, defokusavimo pojūtis („muilas“ – sunkiais atvejais);
Sferinės aberacijos (programinės įrangos) pavyzdys vaizde, padarytame „Industar-26M“ iš FED, F/2.8
Daug mažiau akivaizdus yra sferinės aberacijos pasireiškimas objektyvo bokeh. Priklausomai nuo ženklo, korekcijos laipsnio ir pan., sferinė aberacija gali sudaryti įvairius painiavos ratus.
Nuotraukos, darytos naudojant Triplet 78/2.8 (F/2.8) pavyzdys – painiavos apskritimai turi ryškią kraštinę ir šviesų centrą – objektyvas turi didelę sferinę aberaciją
Aplanatu KO-120M 120/1.8 (F/1.8) padarytos nuotraukos pavyzdys - painiavos ratas turi silpnai apibrėžtą kraštą, bet jis vis tiek yra. Sprendžiant iš bandymų (kuriuos aš paskelbiau anksčiau kitame straipsnyje), objektyvas turi mažai sferinės aberacijos
Ir kaip objektyvo, kuriame sferinės aberacijos dydis yra neįtikėtinai mažas, pavyzdys – nuotrauka, daryta naudojant Era-12 125/4 (F/4). Apskritimas visiškai neturi kraštinės, o ryškumo pasiskirstymas yra labai tolygus. Tai rodo puikų objektyvo korekciją (tai iš tikrųjų yra tiesa).
Sferinės aberacijos pašalinimas
Pagrindinis metodas yra diafragma. „Papildomų“ sijų nupjovimas leidžia gerai pagerinti ryškumą.
2 schema (Wikipedia) – sferinės aberacijos mažinimas naudojant diafragmą (1 pav.) ir defokusavimą (2 pav.). Defokusavimo metodas dažniausiai netinka fotografuojant.
Pasaulio nuotraukų pavyzdžiai (centras iškirptas) su skirtingomis diafragmomis – 2,8, 4, 5,6 ir 8, darytos naudojant objektyvą Industar-61 (ankstyvasis, FED).
F/2.8 – gana stipri programinė įranga užtemdyta
.jpg)
F/4 – sumažėjo programinė įranga, pagerėjo vaizdo detalės
.jpg)
F/5.6 - programinės įrangos praktiškai nėra
F/8 – jokios programinės įrangos, smulkios detalės aiškiai matomos
IN grafiniai redaktoriai galite naudoti ryškinimo ir neryškumo pašalinimo funkcijas, kurios leidžia šiek tiek sumažinti neigiamas poveikis sferinė aberacija.
Kartais sferinė aberacija atsiranda dėl objektyvo gedimo. Paprastai - tarpų tarp lęšių pažeidimai. Koregavimas padeda.
Pavyzdžiui, kyla įtarimas, kad kažkas nutiko konvertuojant Jupiterį-9 į LZOS: lyginant su KMZ gaminamu Jupiter-9, LZOS tiesiog trūksta ryškumo dėl didžiulės sferinės aberacijos. De facto objektyvai skiriasi absoliučiai viskuo, išskyrus skaičius 85/2. Balta gali kovoti su Canon 85/1.8 USM, o juoda – tik su Triplet 78/2.8 ir minkštais objektyvais.
Nuotrauka daryta su juodu 80-ųjų Jupiteriu-9, LZOS (F/2)
Nušautas ant balto Jupiter-9 1959 m., KMZ (F/2)
Fotografo požiūris į sferinę aberaciją
Sferinė aberacija sumažina vaizdo ryškumą ir kartais būna nemalonu – atrodo, kad objektas yra nefokusuotas. Įprasto fotografavimo metu neturėtumėte naudoti optikos su padidinta sframine aberacija.
Tačiau sferinė aberacija yra neatsiejama objektyvo modelio dalis. Be jo nebūtų gražių minkštų portretų ant Tair-11, beprotiškų pasakiškų monoklio peizažų, garsiojo Meyer Trioplan burbulinio bokeh, Industar-26M „žirnių“ ir „tūrinių“ formos apskritimų. katės akis adresu Zeiss Planar 50/1.7. Nereikėtų bandyti atsikratyti sferinės lęšių aberacijos – turėtumėte pabandyti rasti tam panaudojimą. Nors, žinoma, perteklinė sferinė aberacija daugeliu atvejų nieko gero neduoda.
išvadas
Straipsnyje išsamiai išnagrinėjome sferinės aberacijos įtaką fotografijai: ryškumui, bokeh, estetikai ir kt.
