В предыдущей статье я начал рассматривать недостатки линз и оптических систем, которые носят название аберрации. Продолжим рассматривать геометрические и другие аберрации объективов .
Геометрические, хроматические и дифракционные аберрации объективов.
Геометрические аберрации.
Кривизна поля изображения.
Кривизна поля изображения — это аберрация, при которой плоский объект, расположенный перпендикулярно к главной оптической оси, отображается на искривленной поверхности, вогнутой по направлению к объективу, см. рис.1.
Рис.1. Схема кривизны поля изображения:
пунктиром показано положение светочувствительного элемента (сенсора), сплошной линией изображено искривление поверхности, на которой изображение сохраняет резкость.
Эта аберрация является следствием астигматизма. В результате кривизны поля изображения резкость по всему полю неодинакова. Если центральная часть находится в фокусе, то края изображаются нерезко и наоборот, если сфокусировать изображение по краям, центральная его часть окажется нерезкой.
У объективов-анастигматов кривизна поля изображения сводится к минимуму, она практически отсутствует.
Сферическая аберрация.
Эту аберрацию еще называют отверстной ошибкой. Причина этой аберрации заключается в том, что лучи света, близкие к оптической оси (их называют параксиальными лучами), проходя через центральную часть линзы пересекаются в одной точке за линзой, а лучи, проходящие через линзу по ее краям, пересекаются в другой точке. Таким образом для параксиальных лучей имеется свой фокус, он расположен на оси дальше от линзы, а для краевых лучей — свой фокус, расположенный ближе к линзе. Чем дальше от центра лучи проходят через линзу, тем ближе к линзе находится их фокус. Лучи, находящиеся между краевыми и параксиальными образуют свои многочисленные фокусы.
Суть сферической аберрации состоит в том, что если на линзу объектива направить широкий пучок монохроматического света из точки, находящейся на оптической оси, то пройдя сквозь линзу лучи этого пучка пересекутся на оси за линзой не в одной точке, а во многих, находящихся от ближней точки до крайней см. рис.2.
Рис.2. Сферическая аберрация и ее коррекция при диафрагмировании.
В результате фокус размывается и расстояние между крайними точками называется фокусной размытостью. Данный эффект влияет на общую резкость изображения, получаемого с помощью линзы, ухудшая ее.
Если перед линзой поместить диафрагму, то она отсекает краевые лучи, тем самым значительно снижает влияние сферической аберрации на резкость изображения. Стоит заметить, что в соответствии с физическими законами оптики лучи проходящие через линзу участвуют в построении всего изображения в целом, независимо от того в какой части линзы они проходят. Таким образом, диафрагмирование не ограничивает поле изображения, а только уменьшает яркость (т. к. часть лучей все же не попадает на линзу).
Таким образом, на степень сферической аберрации влияет еще и диафрагма перед линзой, вот почему эту аберрацию и называют отверстной ошибкой.
Хроматическая аберрация.
Причины хроматической аберрации заключаются в том, что свет, падающий на линзу состоит из лучей различных длин волн (разных цветов).
Хроматическая аберрация проявляется в том, что лучи разных длин волн имеют каждый свой коэффициент преломления в стекле линзы. Так коэффициент преломления красных лучей меньше, чем синих, поэтому фокус красных лучей Fк располагается дальше от линзы, чем фокус синих лучей Fc, см. рис.3.
Рис.3. Схема возникновения хроматической аберрации.
Рис.4. Схема хроматической аберрации и ее корректировки.
Разность: Fк – Fc называют продольной хроматической аберрацией. Наличие хроматической аберрации приводит к значительной нерезкости изображения.
Вот пример изображения, получаемого линзой с хроматической аберрацией:
Исправление хроматической аберрации производится путем совмещения двух или нескольких линз с разным фокусным расстоянием.
Совмещение линз, которое позволяет сблизить фокусы синих и желтых лучей, называют ахроматической линзой (см. рис. ), а систему линз, у которой сближены фокусы синих, желтых и красных лучей – апохроматической.
Рис.4. Хроматическая аберрация – 1 и ее исправление путем соединения двух линз – собирающей и рассеивающей – 2.
Дифракционная аберрация.
Дифракция света — физическое явление, при котором лучи отклоняются от прямолинейного направления при прохождении через малое отверстие (диаметром 0,1 — 1,0 мм).
При этом кроме лучей, прошедших через отверстие прямолинейно появляются еще и лучи, отклонившиеся от этого направления. Они тоже вносят вклад в изображение. В результате вокруг светлого кружка от лучей, прошедших отверстие прямолинейно, появляются цветные кольца (дифракционные кольца). Диаметры этих колец зависят от диаметра отверстия, чем он меньше, тем больше будет диаметр первого дифракционного кольца. При увеличении диаметра отверстия диаметр дифракционного кольца уменьшается.
Дифракция влияет на резкость изображения при при очень узких диафрагмах. Она начинает заметно проявляться при диафрагме 1:64.
В изложенном материале рассмотрены основные виды аберраций. Аберрации оказывают существенное влияние на качество изображения, получаемого объективом, в частности они влияют на разрешающую силу.
Для их исправления объективы имеют несколько линз разной кривизны, как собирающих, так и рассеивающих. Расчет таких объективов является непростой задачей. Но сейчас хорошие объективы имеют достаточно скомпенсированные аберрации.
А вот Вам на закуску ролик, в котором показано, каким образом в фотошопе можно убрать хроматические аберрации:
Поделиться в соц. сетях
[…] следующей статье рассматриваются другие аберрации […]
[…] Из описания недостатков линз и объективов — аберраций следовало, что их исправление требует дополнительных […]