Сферическая и хроматическая аберрация: Аберрации и их влияние на изображение – Д-микро

Сферическая и хроматическая аберрация: Аберрации и их влияние на изображение – Д-микро

alexxlab 18.06.2021

Содержание

Аберрации и их влияние на изображение – Д-микро


Статья описывает базовые понятия аберраций, классификацию аберраций, а также возможные методики устранения аберраций применительно к микроскопным объективам. В статье описана методика выбора микроскопных объективов исходя из задач исследователя.
Аберрации в оптических системах — погрешность изображения, вызванная любым отклонением реальных лучей от геометрических направлений по которым они должны были бы идти в идеальной оптической системе. Аберрации можно классифицировать на монохроматические (то есть присущие монохроматическим лучам – лучам одной длины волны) и хроматические.

Монохроматические аберрации

Монохроматические аберрации – погрешности, присущие любой реальной оптической системе. Возникновение связано с тем, что поверхности, преломляющие лучи неспособны собрать в точку широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Монохроматические аберрации приводят к искажению изображения точки в некоторую фигуру рассеяния, что снижает четкость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Монохроматические аберрации классифицируют пятью аберрациями Зейделя:

S

I — сферическая аберрация Сферическая аберрация оптической системы. Лучи, параллельные оси оптической системы сходится не в точке, а в перетяжке. Сферическая аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света проходящих на разных расстояниях от оптической оси. Нарушает гомоцентричность пучка света, но не нарушает симметричность.
Существует несколько путей исправления сферической аберрации:
Во-первых, снижение кривизны линзы (использование стекла с большим показателем преломления в совокупности с увеличением радиусов поверхностей линзы, сохраняя, тем самым, ее оптическую силу).
Во-вторых, применением комбинации из положительных и отрицательных линз. Обычно параллельно с исправлением сферической аберрации исправляют также хроматические аберрации.
В-третьих, применяют диафрагмирование – отсечение краевых лучей широкого пучка. Способ позволяет снизить значение рассеяния, но непригоден для оптических систем требующих высокой светосилы.
Полностью избавиться от сферической аберрации невозможно, но способы снизить ее эффективно применяются в микроскопии.

S

II – кома Аберрация Кома. Лучи, приходящие под углом к оптической оси не собираются в одной точке Аберрация Кома обусловлена тем, что лучи, приходящие под углом к оптической оси, собираются не в одной точке. Методика исправления Комы схожа с методикой исправления сферических аберраций и, в основном, строится на использовании комбинаций положительных и отрицательных линз.

S

III – астигматизм


Астигматизм оптической системыАберрация, при которой изображение точки, лежащей вне оси и сформированное узким пучком лучей представляет собой два перпендикулярных отрезка расположенных на разном расстоянии плоскости Гаусса (плоскости безаберрационного фокуса).
Астигматизм не может быть исправлен диафрагмированием, т.к. проявляется и на узких пучках. Для коррекции астигматизма применяют дуплеты положительных и отрицательных линз.

S

IV – кривизна поля изображения Кривизна поля оптической системы. Изображение плоского объекта перпендикулярного оси оптической системы в плоскостях F1 и F2 Аберрация, при которой изображение плоского объекта, перпендикулярного оси оптической системы лежит на выпуклой или вогнутой (обычно сферической в случае симметричной оптики) поверхности относительно объектива.
Погрешность вносимая аберрацией, очень сильно сказывается в микроскопии, так как получаемое изображение плоского объекта не находится полностью в фокальной плоскости и, таким образом, на нескорректированной системе мы не можем наблюдать полностью резкое изображение объекта по всему полю.
Кривизна поля корректируется при помощи расчета системы содержащей две и более отрицательных линз, а также использующей воздушное пространство между линзами.

S

V – дисторсия Изменение коэффициента линейного увеличения по полю зрения. Подушкообразная и бочкообразная дисторсия. Дисторсия – изменение коэффициента линейного увеличения оптической системы по полю зрения. Дисторсия не приемлема в микроскопии, так как система, подверженная дисторсии, не обеспечивает геометрическое подобие наблюдаемого объекта и его изображения. Дисторсия исправляется подбором линз на этапе проектировки объектива. Также возможно исправление дисторсии на этапе компьютерной обработки изображения.

Хроматические аберрации (ХА)

Хроматические аберрации. Разница показателя преломления оптической системы для лучей с различной длиной волны. Хроматические аберрации – погрешности вносимые в изображение разницей коэффициента преломления для пучков с различными длинами волн.
При прохождении света через оптические материалы наблюдается дисперсия – разложение белого света на спектр. Именно явление дисперсии запечатлено на самой знаменитой обложке музыкального альбома 20 века — Pink Floyd – The Dark Side of the Moon.
Паразитная дисперсия не позволяет лучам с различными длинами волн сфокусироваться в одной точке.
Таким образом, различают три вида хроматизма: хроматизм положения, хроматизм увеличения и хроматизм разности геометрических аберраций. В статье мы рассмотрим хроматизм положения, так как природа ХА абсолютно одинакова во всех случаях.
Для любой оптической линзы коэффициент преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому точка фокуса синих лучей F
blue
расположена ближе к задней главной точке линзы, чем точка фокуса красных лучей Fred. Отсюда следует, что лучи, полученные разложением белого света, будут иметь различное фокусное расстояние. Единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний — по одному фокусу на луч каждого цвета.
Разность Fblue-Fred это и есть «хроматизм положения» (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией)
Диафрагмирование несколько уменьшает хроматизм положения. При этом изображения предмета в лучах разного цвета будут находиться на разных расстояниях от задней главной точки. Если наводить оптическую систему на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.
Конструкция микроскопных объективов рассчитана на устранение хроматических аберраций. Система линз, выполняющих сближение фокусов двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической, а при сближении фокусов трёх лучей —апохроматической системой.
Основное правило при исправлении ХА является исправление ХА суммарно для всей системы. Нет необходимости исправлять хроматизм каждого элемента. Важно, чтобы суммарная положительная и отрицательная дисперсия элементов системы была равна нулю.

Критерии при выборе микроскопных объективов

Рассмотрев основные типы различных оптических аберраций мы можем описать основные критерии при выборе объективов для лабораторного микроскопа, ведь именно характеристиками объектива определяются разрешающая способность микроскопа, дисторсия, возможность проведения точных измерений, возможность качественного получения большого поля изображения при сильном увеличении путем сшивки частичных полей.

В большинстве случаев при выборе объективов работает правило, что чем качественнее и дороже объектив – тем он лучше для решения любых задач. Но на самом деле, во-первых, это не всегда абсолютно достоверно, во-вторых – экономическую составляющую вопроса это правило не затрагивает. А ведь порой именно она играет решающую роль при выборе оборудования того или иного класса.
Объективы для микроскопов делятся на различные классы в зависимости от коррекции монохроматических и хроматических аберраций. Каждый производитель имеет свою классификацию и свои уникальные названия для каждого из классов, что крайне усложняет прозрачность выбора той или иной линейки.
Все производители различают три больших класса объективов: Ахроматы, Полу-апохроматы (или Флюотары) и Апохроматы. Критерием внесения объектива в тот или иной класс будет являться сходимость фокальных плоскостей для трех основных цветов: красного, зеленого и синего.
Компания Leica Microsystems предлагает следующую оценку критериев (она может незначительно отличаться от оценки других производителей – Zeiss, Olympus, Nikon и др). Эта оценка дает максимально прозрачное представление коррекции ХА в зависимости от класса объектива.

Класс объективов Коррекция хроматических аберраций Применение
Ахроматы (Achromats) Между Fred и Fblue < 2x DoF*.
т.е. красный и синий лучи сведены в одну область, длиной менее 2 глубин резкости. Расстояние до фокуса зеленого луча не определено.
Рутинная микроскопия в видимом световом диапазоне
Полу-Апохроматы (Semi-Apochromats) Fred, Fblue и Fgreen <2,5x DoF*.
т.е. фокус красного, синего и зеленого лучей сведены в одну область шириной 2,5 глубины резкости.
Для качественной визуализации в видимом световом диапазоне, а также достижения высококонтрастного изображения.
Апохроматы (Apochromats) Fred, Fblue и Fgreen <1x DoF*.
т.е. фокус красного, синего и зеленого лучей сведены в одну точку. (Коррекция ХА по трем цветам)
Для решения задач сверхточной микроскопии, измерительной микроскопии при большом увеличении, а также для работы в УФ и ИК диапазонах.

* DoF – Depth of field – глубина резко изображаемого пространства
Каждый класс объективов делится на несколько групп в зависимости от задач применения. В основном речь идет о коррекции монохроматических аберраций, к примеру, План Ахромат и просто Ахромат будут отличаться наличием коррекции сферы, кривизны поля и дисторсии у объектива План Ахромат.

Дополнительно некоторые объективы имеют конструктивные отличия, к примеру, LD (Long distance) объективы – объективы с увеличенным рабочим расстоянием для работы с чашками Петри в биологии, или контроля объектов со сложной топографией в материаловедении. PH – объективы для фазового контраста с установленным фазовым кольцом (могут использоваться и в светлом поле, но светопропускание таких объективов ниже). OIL-объективы с использованием иммерсионного масла и т.д.

Поделиться в

Share on facebook
Share on vk
Share on telegram

Читайте также

АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ • Большая российская энциклопедия

АБЕРРА́ЦИИ ОПТИ́ЧЕСКИХ СИСТЕ́М (от лат. aberratio – ук­ло­не­ние), ис­ка­же­ния изо­бра­же­ний, соз­да­вае­мых оп­тич. сис­те­ма­ми. Про­яв­ля­ют­ся в том, что оп­тич. изо­бра­же­ния не впол­не от­чёт­ли­вы, неточ­но со­от­вет­ст­ву­ют объ­ек­там или ока­зы­ва­ют­ся ок­ра­шен­ны­ми. Су­ще­ст­ву­ет неск. ви­дов абер­ра­ций. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ны­ми яв­ля­ют­ся хро­ма­ти­че­ская абер­ра­ция и сле­дую­щие гео­мет­рич. абер­ра­ции: сфе­ри­че­ская, ас­тиг­ма­тизм, ко­ма, дис­тор­сия, кри­виз­на по­ля изо­бра­же­ния.

Сфе­ри­че­ская абер­ра­ция за­клю­ча­ет­ся в том, что све­то­вые лу­чи, ис­пу­щен­ные од­ной точ­кой объ­ек­та и про­шед­шие од­ни из них вбли­зи оп­тич. оси, а дру­гие че­рез от­да­лён­ные от оси час­ти сис­те­мы, не со­би­ра­ют­ся в од­ной точ­ке. Вслед­ст­вие это­го изо­бра­же­ние, соз­да­вае­мое па­рал­лель­ным пуч­ком лу­чей на пер­пен­дику­ляр­ном оси эк­ра­не, име­ет вид не точ­ки, а круж­кá с яр­ким ядром и ос­ла­бе­ваю­щим по яр­ко­сти оре­о­лом (т. н. кру­жок рас­сея­ния). Спе­ци­аль­ным под­бо­ром линз (со­би­раю­щих и рас­сеи­ваю­щих) сфе­рич. абер­ра­цию мож­но поч­ти пол­но­стью уст­ра­нить.

Рис. 1. Световой пучок, прошедший через оптическую систему, обладающую астигматизмом. Внизу показаны сечения пучка плоскостями, перпендикулярными оптической оси системы.

Ас­тиг­ма­тизм про­яв­ля­ет­ся в том, что изо­бра­же­ние точ­ки, не ле­жа­щей на глав­ной оп­тич. оси, пред­став­ля­ет со­бой не точ­ку, а две вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ные ли­нии, рас­по­ло­жен­ные в раз­ных плос­ко­стях на не­ко­то­ром рас­стоя­нии друг от дру­га. Изо­бра­же­ния точ­ки в про­ме­жу­точ­ных ме­ж­ду эти­ми плос­ко­стя­ми се­че­ни­ях име­ют вид эл­лип­сов (рис. 1). Ас­тиг­ма­тизм обу­слов­лен не­оди­на­ко­во­стью кри­виз­ны оп­тич. по­верх­но­сти в раз­ных плос­ко­стях се­че­ния па­даю­ще­го на неё све­то­во­го пуч­ка и воз­ни­ка­ет ли­бо вслед­ст­вие асим­мет­рии оп­тич. сис­те­мы (напр., в ци­лин­д­рич. лин­зах), ли­бо в обыч­ных сфе­рич. лин­зах при па­де­нии све­то­во­го пуч­ка под боль­шим уг­лом к оси. Ас­тигма­тизм ис­прав­ля­ют та­ким под­бо­ром линз, что­бы од­на ком­пен­си­ро­ва­ла ас­тиг­ма­тизм дру­гой. Ас­тиг­ма­тиз­мом мо­жет об­ла­дать че­ло­ве­че­ский глаз (см. Асти­гма­тизм гла­за).

При на­клон­ном па­де­нии лу­чей на оп­тич. си­сте­му в ре­зуль­та­те на­ру­ше­ния сим­мет­рии пуч­ка воз­ни­ка­ет ещё од­на абер­ра­ция – ко­ма, при ко­то­рой изо­бра­же­ние точ­ки име­ет вид не­сим­мет­рич­но­го пят­на рас­се­я­ния. Её раз­ме­ры про­пор­ци­о­наль­ны квад­ра­ту уг­ло­вой апер­ту­ры оп­тич. си­сте­мы и уг­ло­во­му уда­ле­нию точ­ки-объ­е­кта от оп­тич. оси. Ко­ма ве­ли­ка в те­ле­ско­пах с па­ра­бо­лич. зер­ка­ла­ми. Ис­прав­ля­ют ко­му под­бо­ром линз.

Рис. 2. Дисторсия.

Для дис­тор­сии ха­рак­тер­но на­ру­ше­ние гео­мет­рич. по­до­бия ме­ж­ду объ­ек­том и его изо­бра­же­ни­ем. Дис­тор­сия обус­лов­ле­на не­оди­на­ко­вым ли­ней­ным уве­ли­че­ни­ем оп­тич. сис­те­мы на раз­ных уча­ст­ках изо­бра­же­ния. При­мер ис­ка­же­ний, ко­то­рые да­ёт сис­те­ма, об­ла­даю­щая дис­тор­си­ей, при­ве­дён на рис. 2. Сле­ва от цен­траль­но­го квад­ра­та по­ка­за­но его изо­бра­же­ние, ис­ка­жён­ное за счёт по­душ­ко­об­раз­ной (по­ло­жи­тель­ной) дис­тор­сии, спра­ва – ис­ка­жён­ное за счёт боч­ко­об­раз­ной (от­ри­ца­тель­ной) дис­тор­сии. Дис­тор­сия ус­тра­ня­ет­ся под­бо­ром линз.

Кри­виз­на по­ля – абер­ра­ция осе­сим­мет­рич­ной оп­тич. сис­те­мы, она за­клю­ча­ет­ся в том, что изо­бра­же­ние плос­ко­го пред­ме­та по­лу­ча­ет­ся пло­ским не в плос­ко­сти, как долж­но быть в иде­аль­ной сис­те­ме, а на ис­крив­лён­ной по­верх­но­сти. В слож­ных оп­тич. сис­те­мах кри­виз­ну по­ля ис­прав­ля­ют, со­че­тая лин­зы с по­верх­но­стя­ми раз­ной кри­виз­ны.

Оп­тич. сис­те­мы мо­гут об­ла­дать од­но­вре­мен­но неск. абер­ра­ция­ми, уст­ра­нить их все сра­зу – очень слож­ная за­да­ча. Обыч­но абер­ра­ции уст­ра­ня­ют час­тич­но в за­ви­си­мо­сти от на­зна­че­ния оп­тич. сис­те­мы. В не­ко­то­рых слу­ча­ях ис­поль­зу­ют ме­то­ды адап­тив­ной оп­ти­ки.

Хро­ма­тич. абер­ра­ция свя­за­на с за­ви­си­мо­стью по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния сред от дли­ны вол­ны све­та.

Не­со­вер­шен­ст­ва изо­бра­же­ний, фор­ми­руе­мых оп­тич. сис­те­мой, воз­ни­ка­ют так­же в ре­зуль­та­те ди­фрак­ции све­та на оп­ра­вах линз, диа­фраг­мах и т. п. Та­кие абер­ра­ции прин­ци­пи­аль­но не­уст­ра­ни­мы, хо­тя и мо­гут быть умень­ше­ны. Но они обыч­но не так силь­но влия­ют на изо­бра­же­ние, как гео­мет­ри­че­ские и хро­ма­ти­че­ские.

Аберрация оптической системы – характеристика и основные виды

Аберрация оптической системы – это искажения изображений, которые возникают на выходе из оптической системы. Название происходит от лат. aberratio — уклонение, удаление. Искажения состоят в том, что оптические изображения не полностью соответствуют предмету. Это проявляется в размытости изображения и называется монохроматической геометрической аберрацией либо окрашенности изображения — хроматической аберрацией оптической системы. Чаще всего оба вида аберрации проявляются вместе.
В приосевой (параксиальной) области оптическая система работает практически идеально, точка отображается точкой, а прямая — прямой и т.д. Однако, по мере отдаления точки от оптической оси, лучи от нее пересекаются в плоскости изображения не в одной точке. Таким образом, возникает круг рассеивания, т.е. возникают аберрации.
Величину аберрации можно определить путем расчёта по геометрическим и оптическим формулам через сравнение координат лучей, а также приближённо при помощи формул теории аберраций.
Существует описание явления аберрации как в лучевой теории (отступление от идентичности описывается через геометрические аберрации и фигуры рассеяния лучей), так и в представлениях волновой оптики (оценивается деформация сферической световой волны по пути через оптическую систему). Обычно, для характеристики объектива с большими аберрациями используются геометрические аберрации, в противном случае применяются представления волновой оптики.

Монохроматические геометрические аберрации

В 1856 году немецкий ученый Зайдель в результате анализа световых лучей установил пять аберраций объектива, появляющихся при прохождении через объектив монохромного света (т.е. света одной волны). Эти аберрации, описанные ниже, называются пятью аберрациями Зайделя. Монохроматические геометрические аберрации оптических систем являются следствием их несовершенства и проявляются в монохроматичном свете. В отличие от идеальной оптической системы, в которой все лучи от какой-либо точки предмета в меридиональной плоскости после прохождения через систему концентрируются в одной точке, в реальной оптической системе пересечение плоскости изображения этими лучами происходит в разных точках. Координаты этих точек зависят от направления луча, координат точки пересечения с плоскостью входного зрачка и конструктивных элементов оптической системы (радиусы поверхностей, толщина оптических элементов, коэффициенты преломления линз и тд.).

Сферическая аберрация

Проявляется в несовпадении фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси, вследствие чего нарушается гомоцентричность пучков лучей от точечного источника, хотя симметрия этих пучков сохраняется. Это единственный вид геометрической аберрации, которая имеет место даже тогда, когда исходная точка расположена на главной оптической оси системы. При сферической аберрации цилиндрический пучок лучей после преломления линзой приобретает вид не конуса, а воронкообразной фигуры. Изображение точки имеет дисковую форму с неоднородной освещённостью. Причиной является тот факт, что преломляющие поверхности линз пересекаются с лучами широкого пучка под различными углами, из-за чего удалённые лучи преломляются сильнее и образуют свои точки схода на некотором отдалении от фокальной плоскости.

Кома

Аберрация Кома нарушает гомоцентричность широких световых пучков, которые входят в систему под углом к оптической оси. На оси центрированных оптических систем кома отсутствует. Каждый участок кольцевой зоны оптической системы, удалённый от оси на расстояние R даёт кольцо изображения точки, радиус которого увеличивается с увеличением R. Из-за несовпадения центров колец происходит их наложение, что приводит к тому, что изображение точки, формируемое оптической системой, принимает форму несимметричного пятна рассеяния с максимальной освещённостью у вершины фигуры рассеяния, напоминающего комету. В сложных оптических системах кому корректируют вместе со сферической аберрацией путем подбора линз. Системы без коматической и сферической аберрации называют апланатами.

Астигматизм

Если для объектива исправлены сферическая аберрация и кома, т.е. точка объекта, расположенная на оптической оси, правильно воспроизводится в виде точки изображения, но при этом точка объекта, не лежащая на оси, воспроизводится на изображении не в виде точки, а в виде эллипса или линии, то такой тип аберрации называется астигматизмом. Причиной возникновения является различная кривизна оптической поверхности в различных плоскостях сечения, а углы преломления лучей пучка зависят от углов их падения.  При прохождении через оптическую систему лучи пересекаются на разном расстоянии от преломляющей поверхности. В результате в разных сечениях фокус светового пучка оказывается в разных точках.
Существует такое положение на поверхности изображения, когда все лучи пучка в меридиональной (или перпендикулярной ей сагиттальной) плоскости пересекутся на этой поверхности. Астигматический пучок изображает точку в форме двух астигматических фокальных линий на фокальных поверхностях, имеющих форму поверхностей вращения, и касающихся друг друга в точке оси системы. Если для некоторой точки поля положения этих поверхностей не совпадают, имеет место астигматизм или астигматическую разность меридионального и сагиттального фокусов. Астигматизм называют положительным, если меридиональные фокусы находятся ближе к поверхности преломления, чем сагиттальные, в противном случае — отрицательным.

Кривизна поля изображения

Проявляется в том, что изображение плоского (перпендикулярного к оптической оси) объекта находится на поверхности, вогнутой либо выпуклой по отношению к объективу, что делает резкость неравномерной по полю изображения. При резкой фокусировке центральной части изображения края будут лежать не в фокусе (не резкими) и наоборот. Кривизна поля изображения, как правило, достигает больших значений у простых объективов (до 4 линз). Корректируется подбором кривизны поверхностей и толщины линз, а также расстояний между ними. Для качественного исправления, с учетом других видов аберраций, необходимо присутствие в составе не менее двух отрицательных линз. При диафрагмировании отрицательное влияние кривизны поля на качество изображения уменьшается.

Дисторсия

Дисторсией (искривлением) является изменение линейного увеличения по полю зрения, что приводит к нарушению геометрического подобия между объектом и его изображением. Этот вид аберрации не зависит от координат пересечения луча и плоскости входного зрачка, но зависит от расстояния от источника до оптической оси. Оптическая система без дисторсии называется ортоскопической. В объективах с симметричной конструкцией проявляется незначительно. Для устранения дисторсии применяют подбор линз и других элементов при разработке оптической системы. В цифровой фотографии дисторсия может быть исправлена с помощью компьютерной обработки.

Хроматические аберрации

Излучение большинства источников света характеризуется сложным спектральным составом, что приводит к возникновению хроматических аберраций, которые, в отличие от геометрических, могут возникать и в параксиальной области. Дисперсия (рассеивание) света – зависимость показателя преломления оптического элемента от длины волны света, является причиной возникновения двух видов хроматических аберраций: хроматизма положения фокусов и хроматизма увеличения. В первом случае, который еще называют продольным хроматизмом, возникает смещение плоскости изображения для разных длин волн, во втором — изменяется поперечное увеличение. Хроматические аберрации проявляются в окрашивании изображения, в появлении у него цветных контуров, отсутствующих у источника. К хроматическим аберрациям относят также хроматические разности геометрических аберраций, в частности, хроматическую разность сферических аберраций (сферохроматизм) для лучей различных длин волн и хроматическую разность аберраций наклонных пучков.

Дифракционная аберрация

Причиной дифракционной аберрации является волновая природа света. Возникает, как результат дифракции света на диафрагме и оправе объектива. Препятствует увеличению разрешающей способности фотообъектива. Из-за дифракционной аберрации ограничено минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом. Высококачественные объективы подвержены ей в той же степени, что и простые. Полностью принципиально не устранима, однако может быть уменьшена путем увеличения апертуры оптической системы.

Устранить аберрации полностью в оптических системах невозможно. Важно свести их к минимально допустимым значениям, которые обусловлены техническими требованиями и стоимостью изготовления системы.

Автор: FC,
05.10.2014 г.

Оптические аберрации в микроскопе | Микроскопия — Микросистемы

Аберрации – это искажения изображения, вызванные отклонением луча от идеальной траектории движения в реальной оптической системе. Идеальная траектория оптического луча показана на всех рисунках, представленных выше, иными словами – это математическая модель распространения света и построения стигматического изображения.

Аберрации делятся на два класса: монохроматические и хроматические. Монохроматические аберрации обусловлены геометрией линзы или зеркала и возникают, как при отражении света, так и при его преломлении. Они появляются даже при использовании монохроматического (узкого участка спектра) света, отсюда и название.

Хроматические аберрации вызваны дисперсией (расщепление света на спектр), изменение линзы по показателю преломления с длиной волны. Из-за дисперсии различные длины волн света фокусируются в разных точках. Хроматическая аберрация не появляется, когда используется монохроматический свет.


Рисунок 1. Глубина резкости. Глубина фокуса

Простейшие монохроматические аберрации – расфокусировку и искажение на наклонной плоскости, исправляются смещением объектива вдоль оптической оси, чтобы совместить фокусную плоскость линзы с плоскостью изображения. Чем больше глубина резкости объектива, тем легче сфокусироваться на объекте. В быту люди очень часто путают понятия глубины резкости изображения в пространстве (ГРИП) и глубину фокуса, рисунок 1. Чтобы объект был чётко виден, необходимо, что он располагался между дальней и ближней точками глубины резкости. Посмотрите на рисунок 9, две маленькие вертикальные стрелочки на рисунке справа – это размер светового пятна, то есть изображение объекта, который мы рассматриваем под микроскопом. Оптика Olympus скорректирована на бесконечность, это значит, что лучи получаемого изображения параллельны, рисунок 2. Параллельные лучи преломляются линзами Вашего глаза (роговицей, хрусталиком, стекловидным телом) и фокусируется на светочувствительной сетчатка, регистрирующей изображение.


Рисунок 2. Увеличение в микроскопе

Сферическая аберрация (Аберрация осевых точек в контексте монохроматических аберраций) – это искажение изображения, из-за несовпадения фокусов (мест пересечения) световых пучков. Происходит, когда периферийные части линзы преломляют лучи сильнее, чем центральные. Из-за этих искажений изображение размыто, как бы не фокусировали объектив, например, если сфокусироваться на центре изображения, то края будут размыты, если сфокусироваться на краях изображения, то центр будет размыт. Есть очень простой опыт, чтобы увидеть эти аберрации: Для проведения опыта: поставьте два листа плотного черного картона параллельно друг другу. В одном из листов проделайте два миллиметровых отверстия по центру на расстоянии 1 см друг от друга. Закройте отверстия кусочком матового стекла, как показано на рисунке 3а, и установите перед матовым стеклом лампу. между двумя листами картона пометите собирающую линзу, включите лампу и попытайтесь получить изображение точек на поверхности картона. Как бы вы не двигали линзу, чёткого изображения не получится, потому что пучки света, проходящие через периферию линзы, буду сфокусированы на более близком расстоянии, чем пучки, прошедшие через центральную часть.


Рисунок 3. Сферическая аберрация. Опыт. 1- линза, 

2 – перфорированный картон, 3 – матовое стекло, 

4 – картон без отверстий, б – картонный круг с отверстием по центру

А теперь закроем периферию линзы толстым картоном с вырезом по центру, как показано на рисунке 3б, и тогда мы получим изображение нескольких точек, рисунок 4 (если используется лампа накаливания, то мы увидим наиболее яркие точки на раскалённой нити) или одного пятна. Устройство, ограничивающее поток света через линзу, называется – диафрагма.


Рисунок 4. Полученное изображение 

Эту аберрацию устраняют добавлением линз с обратной кривизной в оптическую систему.


Рисунок 5. а) ход лучей в собирающей линзе. б) ход лучей в рассеивающей линзе

Коматическая аберрация (кома) – это частный случай сферической аберрации при преломлении боковых лучей. Боковые лучи, преломляясь, не собираются в одной точке, поэтому на изображении эти искажения видны в виде точек с размытым «хвостом», похожие на «кометы», рисунок 8. Исправляются эти аберрации, как и сферические. Дополнительно могут быть подточены края рассеивающей линзы.


Рисунок 6 Коматическая аберрация


Рисунок 7. исправление сферической аберрации


Рисунок 8. Коматические аберрации на изображении.

Астигматизм – это искажение, при котором лучи, распространяющиеся в одном направлении и по одной прямой, в перпендикулярных плоскостях, имеют разное фокусное расстояние, из-за чего изображение будет размыто в одной из плоскостей (горизонтально или вертикально). Это одна из немногих аберраций, у которой есть определённая польза, а именно возможность точной фокусировки. Например, астигматизм используют для STORM микроскопии. Цилиндрическая линза может быть введена в систему визуализации для создания астигматизма, который позволяет измерять положение источника света с ограниченной дифракцией по вертикали (оси Z). Для фокусировки астигматизм используется в оптических головках проигрывателей компакт-дисков. Линза с астигматизмом проецирует овальную точку на диск, и по ориентации овала датчики дисковода определяют на каком расстоянии находится головка считывателя, не позволяя ей поцарапать диск. В лазерах астигматизм используется для проецирования точки в линию. Исправляется астигматизм – точной выточкой линзы. Линза должна быть круглой, чтобы фокус двух перпендикулярных лучей в одной точке.


Рисунок 9. Астигматизм. S1 – фокус первого луча в фиолетовой плоскости. T1 – фокус второго луча в красной плоскости


Рисунок 10. Астигматические аберрации

Кривизна поля изображения – это аберрация при которой изображение объекта не плоское, а выгнутое или вогнутое. Для устранения этого явления используют: диафрагму, астигматизм, промежуточные изогнутые линзы, которые корректируют его по краям (с каждой следующей линзой сферизация уменьшается). Обратите внимание, линза окуляров всех хороших микроскопов немного вогнута, а проецируемое объективом искривлённое изображение, выглядит плоским для наблюдателя.


Рисунок 11. Кривизна поля

Дисторсия – искажение при котором линейное увеличение, в поле зрения объектива, неравномерно. Эту аберрацию используют в оптике для специальных фотографических объективов типа «рыбий глаз», калейдоскопах и других оптических приборах. Для микроскопии это явление неприемлемо и его исправляют при помощи диафрагмы, линзы френеля и использования линз с разной кривизной.



Рисунок 12. Дисторсия: Сверху: дисторсия «подушка», посередине «бочка» или «рыбий глаз»

Хроматические аберрации – искажения, возникающие из-за того, что волны разной длины (разного цвета) не сфокусированы в одной точке. Из-за этих аберраций вы можете видеть дисперсию света по краям объектов на изображении, как показано на рисунке 13. Любая линза преломляет свет с разными длинами волн по-разному, из-за дисперсии оптических сред. Именно на эти аберрации обращают внимание в первую очередь, при выборе объектива, потому что их обнаружить легче всего, рисунок 13. Существует два типа хроматических аберраций: осевая (продольная) и поперечная (боковая). Осевая аберрация возникает, когда световые волны различной длины фокусируются на разных расстояниях от линзы (смещение фокуса). Поперечная аберрация возникает, когда разные длины волн фокусируются в разных положениях в фокальной плоскости, поскольку увеличение и/или искажение линзы также зависит от длины волны. Боковая аберрация характерна для коротких фокусных расстояний.


Рисунок 13. Хроматические аберрации на нижнем изображении

Полностью компенсировать хроматические аберрации практически невозможно, поэтому их компенсируют только для определённой части спектра. Минимизировать эти аберрации можно с помощью линз Френеля, дифракционных оптических элементов и ахроматического дублета. Ахроматический дублет – это система, состоящая из двух отдельных линз, с разной дисперсией. Как правило, один элемент представляет собой отрицательный (вогнутый) элемент, изготовленный из кремневого стекла, имеющего относительно высокую дисперсию, а другой представляет собой положительный (выпуклый) элемент, изготовленный из стекла с более низкой дисперсией. Эти линзы, установленные рядом друг с другом, компенсируют хроматическую аберрацию друг друга, рисунок 15.


Рисунок 14. Не скорректированные хроматические аберрации


Рисунок 15. Ахроматический дублет

Вышеперечисленные монохроматические аберрации относятся к так называемым аберрациям третьего порядка и рассчитываются для параксиальной области т.е. области лежащей вблизи оптической оси. Разность между аберрациями, рассчитанными по реальному ходу луча и формулам теории третьего порядка называется аберрациями высших порядков.

 

В теории аберраций высших порядков выделяют следующие дополнительные аберрации, не имеющие аналогов в третьем порядке:

 

Аберрации 5-го порядка:

— Птера – крыловидная аберрация

— Сагитта – стреловидная аберрация

 

Аберрации 7-го порядка – еще две дополнительных:

— Моноптера

— Бисагитта

В более высоких порядках новых аберраций не выделяется.

Следует отметить, что в реальной оптической системе сочетаются все типы аберраций одновременно, а на рисунках представлены лишь схематические модели отдельных аберраций. Выделение отдельных видов аберрация при исследовании сложной аберрационной фигуры рассеяния — искусственный прием для исследования и анализа данного явления.

По вопросам консультации и поставки — свяжитесь с нами любым удобным способом:

+7 (495) 234-23-32 

[email protected]

Форма обратной связи


Оптическая аберрация: виды, причины возникновения и решения для их устранения

Аберрация (от лат. aberro – уклоняюсь) – нарушение резкости или искажение оптических изображений, даваемых оптически точно изготовленными линзами или системами линз. Аберрация не связана, таким образом, с недостатками изготовления оптических систем. Различают аберрации дифракционные, обусловленные дифракцией света, возникающей в результате ограничения световых пучков габаритами линз, их оправами, диафрагмами и пр., и аберрации геометрические.

Геометрические аберрации, имеющие наибольшее практическое значение, объясняются тем, что лежащие в основе образования точных изображений в оптической системе законы геометрической оптики справедливы только для параксиальных пучков лучей (область Гаусса). В статьи мы поговорим о самых распространенных видах оптических (геометрических) аберраций.

Сферическая аберрация

Сферическая аберрация — нарушение резкости изображений в результате отсутствия одного фокуса для всех падающих на линзу или систему линз световых лучей. Лучи, лежащие дальше от оптической оси, пересекают ось не в фокусе – точке пересечения с осью параксиального пучка лучей, а в точке, расположенной ближе к линзе. Чем более удалён от оптической оси падающий на линзу или систему линз пучок световых лучей, тем более смещённым по направлению к линзе оказывается его фокус.

Величину и ход сферической аберрации изображают обычно кривой. Уменьшить величину сферической аберрации возможно путем замены одной линзы двумя, подобранными на основании специального оптического расчёта. Кривая аберрации в этом случае имеет более сложный вид: для ряда зон светового пучка фокус сдвинут по отношению к основному фокусу лучей области Гаусса в сторону к линзе, для других зон, более удалённых от оптической оси, – в сторону от линзы.


Демонстрация сферической аберрации в коротком видеоролике

Соответственно этому кривая сферической аберрации изгибается и в некоторой точке пересекает проходящую через основной фокус линзы вертикаль. Для зоны, соответствующей точке пересечения, сферическая аберрация отсутствует. Невозможно уничтожить сферическую аберрацию полностью для всех зон пучка. Оптические системы с минимальной сферической аберрацией называют апланатическими системами.

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация — нарушение резкости изображений и их окрашивание, наблюдаемые при пользовании не монохроматическим светом. Вследствие призматического действия линзы и неодинакового значения показателя преломления стекла для излучений различных волн падающий на линзу световой поток не сходится в одной точки на оптической оси.

Красные лучи, имеющие большую длину волны и потому менее преломляемые, сходятся дальше, лучи же фиолетовые с меньшей длиной волны и преломляемые слабее, сходятся ближе.

Величина хроматической аберрации характеризуется разностью рефракций линзы для крайних лучей видимого спектра. В отличие от других видов хроматическая аберрация имеет место и для лучей области Гаусса.


Демонстрация хроматической аберрации на видео от Игнатьева Александра

Уничтожить хроматическую аберрацию возможно заменой одной линзы двумя или большим числом линз, сделанных из стекла различного показателя преломления. Система линз, свободная от хроматической аберрации, носит название ахроматической.

Астигматизм наклонных пучков лучей

Этот вид аберрации обусловлен тем, что пучки лучей, падающие даже на обычную со сферическими поверхностями линзу и идущие наклонно к оптической оси, после прохождения через линзу становятся астигматическими, то есть имеют форму так называемого коноида Штурма.

В результате всякий объект изображается нерезко, в особенности по краям.

Этот вид аберрации возможно уничтожить или уменьшить, подобрав радиусы кривизны линз по специальным оптическим расчётам. Оптические системы или линзы, свободные от этого вида аберрации, называют анастигматическими.

Оптическая дисторсия

Искажение изображений в результате непостоянства увеличения линзой точек предмета, различно удалённых от оптической оси называют дисторсией. Прямые линии, не проходящие через оптическую ось, изображаются линзой искривлёнными, причём это искривление тем сильнее, чем дальше от оптической оси расположена изображаемая линия. Оптические системы, свободные от дисторсии, называют ортоскопическими.

Оптическая кома

Комой в оптике называют своеобразное искажение и размытость изображения светящейся точки при широких наклонных пучках лучей, когда в создании оптического изображения (оно имеет форму хвоста кометы) принимают участие различные зоны линзы.

Искривление фокальной плоскости

Находящаяся перед линзой вертикальная плоскость изображается в виде искривленной поверхности с вогнутостью, обращённой к линзе. Этот, часто являющийся помехой, вид аберрации можно уничтожить соответствующим подбором линз в оптической системе.

Видеолекция на тему «Недостатки оптических линз»

В данной видеолекции рассматривается тема под названием «Недостатки линз», которая не входит в раздел оптики школьного материала по физике за 11 класс. Преподаватель Ришельевского лицея наглядно рассказывает о недостатках оптических линз, описывая теоретическую часть со схематическим представлением, а также приводя экспериментальные доказательства. Хочется отметить небывалую харизматичность преподавателя, который так органично выдает теоретическую часть в сочетании в наглядными примерами. Это стоит просмотра в качестве факультативного материала для школьников, изучающих раздел оптики по физике в 10-11 классах.

Аберрации объективов

© 2013 Vasili-photo.com

Аберрации фотографического объектива – это последнее, о чём стоит думать начинающему фотографу. Они абсолютно не влияют на художественную ценность ваших фотографий, да и на техническое качество снимков их влияние ничтожно. Тем не менее, если вы не знаете, чем занять своё время, прочтение данной статьи поможет вам разобраться в многообразии оптических аберраций и в методах борьбы с ними, что, конечно же, бесценно для настоящего фотоэрудита.

Аберрации оптической системы (в нашем случае – фотографического объектива) – это несовершенство изображения, которое вызывается отклонением лучей света от пути, по которому они должны были бы следовать в идеальной (абсолютной) оптической системе.

Свет от всякого точечного источника, пройдя через идеальный объектив, должен был бы формировать бесконечно малую точку на плоскости матрицы или плёнки. На деле этого, естественно, не происходит, и точка превращается в т.н. пятно рассеяния, но инженеры-оптики, разрабатывающие объективы, стараются приблизиться к идеалу насколько это возможно.

Различают монохроматические аберрации, в одинаковой степени присущие лучам света с любой длиной волны, и хроматические, зависящие от длины волны, т.е. от цвета.

Особняком стоит дифракция, которую хоть и можно отнести к аберрациям объектива, однако в силу её фундаментального характера и принципиальной неустранимости обычно рассматривают отдельно от прочих аберраций.

Монохроматические аберрации

В 1857 г. немецкий математик и астроном Филип Людвиг Зейдель выявил и математически описал пять т.н. монохроматических аберраций третьего порядка. Вот они:

  • Сферическая аберрация
  • Кома
  • Астигматизм
  • Кривизна поля изображения
  • Дисторсия

Настоящая статья написана для фотографов, а не для математиков, а потому нас, прежде всего, интересует не то, какие формулы описывают каждую из аберраций, а то, как аберрации проявляют себя в практической фотографии.

Рассмотрим их по порядку.

Сферическая аберрация

Особенность сферической линзы такова, что лучи света, проходящие через линзу вблизи её края, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центр. Объясняется это тем, что исходно параллельные лучи света падают на сферическую поверхность линзы под разными углами. Чем дальше лежит путь луча от оптической оси объектива, тем больше угол его падения, и тем сильнее он преломляется. В конечном итоге это приводит к невозможности сфокусировать точку иначе как в виде размытого по краям пятна, и всё изображение оказывается нерезким.

Ход световых лучей в идеальной линзе.
Ход лучей при сферической аберрации.

Диафрагмирование объектива заметно уменьшает сферическую аберрацию, поскольку при уменьшении отверстия диафрагмы отсекается часть лучей, проходящая через край линзы, а оставшиеся вблизи оптической оси лучи формируют более резкое изображение.

При конструировании объективов сферические аберрации устраняются комбинированием положительных и отрицательных линз, а также применением специальных асферических элементов, т.е. линз, преломляющая поверхность которых имеет асферическую форму, с тем расчётом, чтобы, вне зависимости от удалённости лучей света от оптической оси объектива, все они преломлялись по возможности одинаково, и таки сходились при фокусировке в одну точку. Чрезмерное исправление сферических аберраций, кстати, также ни к чему хорошему не приводит: пятно рассеяния становится ярче по краям, нежели в центре, что проявляется в виде кольцеобразного боке.

Кома

Коматическая аберрация или кома возникает, когда лучи света проходят через линзу под углом к оптической оси. В результате изображение точечных источников света приобретает по краям кадра вид ассиметричных пятен каплеобразной (или, в тяжёлых случаях, кометообразной) формы.

Коматическая аберрация.

Кома бывает заметна по краям кадра при съёмке с широко открытой диафрагмой. Поскольку диафрагмирование уменьшает количество лучей, проходящих через край линзы, оно, как правило, устраняет и коматические аберрации.

Конструкционно с комой борются примерно так же, как и со сферическими аберрациями.

Астигматизм

Астигматизм проявляется в том, что для наклонного (не параллельного оптической оси объектива) пучка света лучи, лежащие в меридиональной плоскости, т.е. плоскости, которой принадлежит оптическая ось, фокусируются отличным образом от лучей, лежащих в сагиттальной плоскости, которая перпендикулярна плоскости меридиональной. Это, в конечном итоге приводит к ассиметричному растягиванию пятна нерезкости. Астигматизм заметен по краям изображения, но не в его центре.

Астигматизм труден для понимания, поэтому я попробую проиллюстрировать его на простом примере. Если представить, что изображение буквы А находится в верхней части кадра, то при астигматизме объектива оно бы выглядело так:

Меридиональный фокус.
Сагиттальный фокус.
При попытке достичь компромисса мы получаем универсально нерезкое изображение.
Исходное изображение без астигматизма.

Для исправления астигматической разности меридионального и сагиттального фокусов требуется не менее трёх элементов (обычно два выпуклых и один вогнутый).

Очевидный астигматизм в современном объективе указывает обычно на непараллельность одного или нескольких элементов, что является однозначным дефектом.

Кривизна поля изображения

Под кривизной поля изображения подразумевают характерное для весьма многих объективов явление, при котором резкое изображение плоского объекта фокусируется объективом не на плоскость, а на некую искривлённую поверхность. Например, у многих широкоугольных объективов наблюдается выраженная кривизна поля изображения, в результате которой края кадра оказываются сфокусированы как бы ближе к наблюдателю, чем центр. У телеобъективов кривизна поля изображения обычно выражена слабо, а у макрообъективов исправляется практически полностью – плоскость идеального фокуса становится действительно плоской.

Кривизна поля изображения.

Кривизну поля принято считать аберрацией, поскольку при фотографировании плоского объекта (тестовой таблицы или кирпичной стены) с фокусировкой по центру кадра, его края неизбежно окажутся не в фокусе, что может быть ошибочно принято за нерезкость объектива. Но в реальной фотографической жизни мы редко сталкиваемся с плоскими объектами – мир вокруг нас трёхмерен, – а потому свойственную широкоугольным объективам кривизну поля я склонен рассматривать скорее как их достоинство, нежели недостаток. Кривизна поля изображения – это то, что позволяет получить одинаково резкими и передний, и задний план одновременно. Посудите сами: центр большинства широкоугольных композиций находится вдалеке, в то время как ближе к углам кадра, а также внизу, располагаются объекты переднего плана. Кривизна поля делает и то, и другое резким, избавляя нас от необходимости закрывать диафрагму сверх меры.

Кривизна поля позволила при фокусировке на дальние деревья получить резкими ещё и глыбы мрамора внизу слева.
Некоторая нерезкость в области неба и на дальних кустах справа меня в этой сцене мало беспокоила.

Следует, однако, помнить, что для объективов с выраженной кривизной поля изображения непригоден способ автоматической фокусировки, при котором вы сперва фокусируетесь на ближнем к вам объекте, используя центральный фокусировочный датчик, а затем перекомпоновываете кадр (см. «Как пользоваться автофокусом»). Поскольку объект при этом переместится из центра кадра на периферию, вы рискуете получить фронт-фокус вследствие кривизны поля. Для идеального фокуса придётся сделать соответствующую поправку.

Дисторсия

Дисторсия – это аберрация при которой объектив отказывается изображать прямые линии прямыми. Геометрически это означает нарушение подобия между объектом и его изображением вследствие изменения линейного увеличения по полю зрения объектива.

Выделяют два наиболее распространённых типа дисторсии: подушкообразная и бочкообразная.

При бочкообразной дисторсии линейное увеличение уменьшается по мере удаления от оптической оси объектива, в результате чего прямые линии по краям кадра изгибаются наружу, и изображение выглядит выпуклым.

При подушкообразной дисторсии линейное увеличение, напротив, возрастает с удалением от оптической оси. Прямые линии изгибаются внутрь, и изображение кажется вогнутым.

Кроме того, встречается комплексная дисторсия, когда линейное увеличение сперва уменьшается по мере удаления от оптической оси, но ближе к углам кадра снова начинает возрастать. В таком случае прямые линии приобретают форму усов.

Бочкообразная дисторсия.
Подушкообразная дисторсия.
Комплексная дисторсия.

Дисторсия наиболее выражена в зум-объективах, особенно с большой кратностью, но заметна и в объективах с фиксированным фокусным расстоянием. Для широкоугольных объективов характерна преимущественно бочкообразная дисторсия (экстремальный пример такой дисторсии – объективы типа fisheye или «рыбий глаз»), в то время как телеобъективам чаще свойственна подушкообразная дисторсия. Нормальные объективы, как правило, наименее подвержены дисторсии, но полностью исправляется она только в хороших макрообъективах.

Это не Земля закругляется, а обычная бочкообразная дисторсия.

У зум-объективов часто можно наблюдать бочкообразную дисторсию в широкоугольном положении и подушкообразную дисторсию в телеположении при практически свободной от дисторсии середине диапазона фокусных расстояний.

Степень выраженности дисторсии может также изменяться в зависимости от дистанции фокусировки: у многих объективов дисторсия очевидна, когда они сфокусированы на близлежащем объекте, но делается почти незаметной при фокусировке на бесконечность.

В XXI в. дисторсия не является большой проблемой. Практически все RAW-конвертеры и многие графические редакторы позволяют исправлять дисторсию при обработке фотоснимков, а многие современные камеры и вовсе делают это самостоятельно в момент съёмки. Программное исправление дисторсии при наличии надлежащего профиля даёт прекрасные результаты и почти не влияет на резкость изображения.

Хочу также заметить, что на практике исправление дисторсии требуется не так уж часто, ведь дисторсия бывает заметна невооружённым глазом только тогда, когда по краям кадра присутствуют заведомо прямые линии (горизонт, стены зданий, колонны). В сценах же, не имеющих на периферии строго прямолинейных элементов, дисторсия, как правило, совершенно не режет глаз.

Хроматические аберрации

Хроматические или цветовые аберрации обусловлены дисперсией света. Не секрет, что показатель преломления оптической среды зависит от длины световой волны. У коротких волн степень преломления выше, чем у длинных, т.е. лучи синего цвета преломляются линзами объектива сильнее, чем красного. Как следствие, изображения предмета, формируемые лучами различного цвета, могут не совпадать между собой, что приводит к появлению цветных артефактов, которые и называются хроматическими аберрациями.

В чёрно-белой фотографии хроматические аберрации не так заметны, как в цветной, но, тем не менее, они существенно ухудшают резкость даже чёрно-белого изображения.

Различают два основных типа хроматических аберраций: хроматизм положения (продольная хроматическая аберрация) и хроматизм увеличения (хроматическая разность увеличения). В свою очередь, каждая из хроматических аберраций может быть первичной или вторичной. Также к хроматическим аберрациям относят хроматические разности геометрических аберраций, т.е. различную выраженность монохроматических аберраций для волн разной длины.

Хроматизм положения

Хроматизм положения или продольная хроматическая аберрация возникает, когда лучи света с разной длиной волны фокусируются в разных плоскостях. Иными словами, лучи синего цвета фокусируются ближе к задней главной плоскости объектива, а лучи красного цвета – дальше, чем лучи зелёного цвета, т.е. для синего цвета наблюдается фронт-фокус, а для красного – бэк-фокус.

Хроматизм положения.

К счастью для нас, хроматизм положения научились исправлять ещё в XVIII в. путём комбинирования собирательной и рассеивающей линз, изготовленных из стёкол с разными показателями преломления. В результате продольная хроматическая аберрация флинтовой (собирательной) линзы компенсируется за счёт аберрации кроновой (рассеивающей) линзы, и лучи света с различной длиной волны могут быть сфокусированы в одной точке.

Исправление хроматизма положения.

Объективы, в которых исправлен хроматизм положения, называются ахроматическими. Практически все современные объективы являются ахроматами, так что о хроматизме положения на сегодняшний день можно спокойно забыть.

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения возникает за счёт того, что линейное увеличение объектива различается для разных цветов. В результате изображения, формируемые лучами с различной длиной волны, имеют немного разные размеры. Поскольку изображения разного цвета отцентрированы по оптической оси объектива, хроматизм увеличения отсутствует в центре кадра, но возрастает к его краям.

Хроматизм увеличения проявляется на периферии снимка в виде цветной каймы вокруг объектов с резкими контрастными краями, такими как, например, тёмные ветви деревьев на фоне светлого неба. В областях, где подобные объекты отсутствуют, цветная кайма может быть незаметной, но общая чёткость всё равно падает.

При конструировании объектива хроматизм увеличения исправить значительно труднее, чем хроматизм положения, поэтому эту аберрацию можно в той или иной степени наблюдать у весьма многих объективов. Этому подвержены в первую очередь зум-объективы с большой кратностью, особенно в широкоугольном положении.

Тем не менее, хроматизм увеличения не является сегодня поводом для беспокойства, поскольку он достаточно легко исправляется программными средствами. Все хорошие RAW-конвертеры в состоянии устранять хроматические аберрации в автоматическом режиме. Кроме того, всё больше цифровых фотоаппаратов снабжаются функцией исправления аберраций при съёмке в формате JPEG. Это означает, что многие объективы, считавшиеся в прошлом посредственными, сегодня с помощью цифровых костылей могут обеспечить вполне приличное качество изображения.

Этот фрагмент фотографии иллюстрирует хроматизм увеличения. Наведите курсор для сравнения с программно исправленым вариантом.

Первичные и вторичные хроматические аберрации

Хроматические аберрации подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные хроматические аберрации – это хроматизмы в своём исходном неисправленном виде, обусловленные различной степенью преломления лучей разного цвета. Артефакты первичных аберраций окрашены в крайние цвета спектра – сине-фиолетовый и красный.

При исправлении хроматических аберраций хроматическая разность по краям спектра устраняется, т.е. синие и красные лучи начинают фокусироваться в одной точке, которая, к сожалению, может не совпадать с точкой фокусировки зелёных лучей. При этом возникает вторичный спектр, поскольку хроматическая разность для середины первичного спектра (зелёных лучей) и для его сведённых вместе краёв (синих и красных лучей) остаётся не устранённой. Это и есть вторичные аберрации, артефакты которых окрашены в зелёный и пурпурный цвета.

Когда говорят о хроматических аберрациях современных ахроматических объективов, в подавляющем большинстве случаев имеют в виду именно вторичный хроматизм увеличения и только его. Апохроматы, т.е. объективы, в которых полностью устранены как первичные, так и вторичные хроматические аберрации, чрезвычайно сложны в производстве и вряд ли когда-нибудь станут массовыми.

Сферохроматизм

Сферохроматизм – это единственный заслуживающий упоминания пример хроматической разности геометрических аберраций и проявляется как едва заметное окрашивание зон вне фокуса в крайние цвета вторичного спектра.

Сферохроматизм.

Сферохроматизм возникает из-за того, что сферическая аберрация, о которой говорилось выше, редко бывает в равной степени скорректирована для лучей разного цвета. В результате пятна нерезкости на переднем плане могут иметь лёгкую пурпурную кайму, а на заднем плане – зелёную. Сферохроматизм в наибольшей степени свойственен светосильным длиннофокусным объективам, при съёмке с широко открытой диафрагмой.

О чём стоит беспокоиться?

Беспокоиться не стоит. Обо всём, о чём следовало побеспокоиться, разработчики вашего объектива, скорее всего, уже побеспокоились.

Идеальных объективов не бывает, поскольку исправление одних аберраций ведёт к усилению других, и конструктор объектива, как правило, старается найти разумный компромисс между его характеристиками. Современные зумы и так содержат по двадцать элементов, и не стоит усложнять их сверх меры.

Все криминальные аберрации исправляются разработчиками весьма успешно, а с теми, что остались легко поладить. Если у вашего объектива есть какие-то слабые стороны (а таких объективов – большинство), научитесь обходить их в своей работе. Сферическая аберрация, кома, астигматизм и их хроматические разности уменьшаются при диафрагмировании объектива (см. «Выбор оптимальной диафрагмы»). Дисторсия и хроматизм увеличения устраняются при обработке фотографий. Кривизна поля изображения требует дополнительного внимания при фокусировке, но тоже не смертельна.

Иными словами, вместо того чтобы обвинять оборудование в несовершенстве, фотолюбителю следует скорее начать совершенствоваться самому, досконально изучив свои инструменты и используя их в соответствии с их достоинствами и недостатками.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!


  Дата публикации: 15.11.2013

Вернуться к разделу «Матчасть»

Перейти к полному списку статей


Аберрации объективов | Фотография для начинающих

Сферическая аберрация

При детальном рассмотрении изображения точечного объекта, лежащего на оптической оси положительной линзы, заметно, что изображение представляет собой не точку, а пятно. Если, по закону преломления, аккуратно начертить лучи, проходящие через линзу объектива, то получим, что лучи, проходящие близко к краю линзы, отклоняются сильнее, чем проходящие через центральную точку. Если рассмотреть изображение в одной точке, то краевые лучи будут в фокусе, а центральные лучи будут размазывать изображение.

Если рассмотреть изображение в немного отдаленной точке, будет наоборот. Лучшее изображение находится в точке между этими двумя, представляет собой круг, его называют кружком рассеяния. То есть сферические аберрации возникают из-за преломления света под разными углами во время прохождения через сферическую поверхность линзы.

 

1. Сферическая оптика образует несовершенное изображение благодаря наличию сферических аберраций (распределяется неравномерно оптической мощности).

 

 

 

2. Асферические линзы имеют равномерную оптическую мощность на всех участках, создавая изображение высокого качества даже в условиях плохой освещенности.

 

 

Кривизна поля

Создаваемое сферической линзой изображение в плоскости, перпендикулярной оптической оси, не является плоским, оно имеет форму искривленной поверхности, напоминающую поверхность сферы. Так как поверхность матрицы или пленки плоские, то углы кадра будут нерезкие в сравнении с центром кадра. Или наоборот углы резкие — центр нет. Такая аберрация называется кривизной поля изображения.

 

 

Аберрация кома

Если точечный объект смещен относительно оптической оси, возникает аберрация, называемая комой. Такая аберрация напоминает комету, которую астрономы называют комой, оттуда и пошло название.

 

 

Дисторсия объектива

Если сфотографировать сетку с квадратными ячейками, то мы получим изображение в виде бочонка или подушки. Такого рода искажение зависит не только от самой линзы, но и от расположения диафрагмы внутри объектива. Изображение подобно проекции сетки на сфере. В центральной части кадра увеличение больше для бочкообразной дисторсии, а по краям — для подушкообразной дисторсии.

 

 

Астигматизм объектива

Это еще один вид искажения, лежащего вне оптической оси, точечного объекта. Условно можно сказать, что при фотографировании сетки вертикальные линии получаются резкими, а горизонтальные нерезкими или наоборот. Но чаще всего наблюдается эффект нерезкости сетки, когда линии сетки не перпендикулярны.

 

Хроматическая аберрация

Все вышеперечисленные аберрации работают одинаково для всех цветов. При хроматической аберрации лучи разного цвета преломляются по-разному. То есть фиолетовые лучи фиксируются в одной точке, а красные в другой. Это приводит к радужной кайме на отдельных элементах изображения.

Уровень всех аберраций выше к краям изображения. Для устранения аберраций в объективах используют линзы из различных сортов стекла. К примеру, при использовании одного вида стекла фиолетовые лучи фокусируются чуть ближе к линзе, чем красные, при другом наоборот. Путем соединения нескольких линз с противоположными хроматическими аберрациями производители объективов добиваются минимизации или полного устранения искажений.

Анатомия микроскопа — оптические аберрации

Ошибки линз в современной оптической микроскопии — досадная проблема, вызванная артефактами, возникающими при взаимодействии света со стеклянными линзами. Есть две основные причины неидеального действия линзы : Геометрические или сферические аберрации связаны со сферической природой линзы и приближениями, используемыми для получения уравнения Гаусса линзы; и Хроматические аберрации, которые возникают из-за изменений показателей преломления в широком диапазоне частот видимого света.

Как правило, эффекты оптических аберраций вызывают дефекты в характеристиках изображения, наблюдаемого через микроскоп. Хроматическая аберрация в конденсаторе подэтапа проиллюстрирована на рисунке 1, где синяя окантовка на краю изображения полевой диафрагмы обусловлена ​​хроматической аберрацией. Впервые к этим артефактам обратились в восемнадцатом веке, когда физик Джон Доллонд обнаружил, что хроматические аберрации можно уменьшить или скорректировать, используя комбинацию двух разных типов стекла при производстве линз.Позже, в девятнадцатом веке, были разработаны ахроматические объективы с высокой числовой апертурой, хотя геометрические проблемы с линзами все еще существовали. Современные составы стекла и антибликовые покрытия в сочетании с передовыми методами шлифования и производства практически устранили большинство аберраций современных объективов микроскопов, хотя этим эффектам все же следует уделять пристальное внимание, особенно при проведении количественной видеомикроскопии с большим увеличением и микрофотографии.

Сферическая аберрация — Эти артефакты возникают, когда световые волны, проходящие через периферию линзы, не попадают в фокус с теми, которые проходят через центр, как показано на рисунке 2. Волны, проходящие около центра линзы, преломляются лишь незначительно тогда как волны, проходящие вблизи периферии, в большей степени преломляются, что приводит к появлению различных фокальных точек вдоль оптической оси. Это один из самых серьезных артефактов разрешения, потому что изображение образца растянуто, а не в фокусе.

На рис. 2 в увеличенном масштабе показаны три гипотетических монохроматических световых луча, проходящих через выпуклую линзу. Наиболее сильно преломляются периферические лучи, затем лучи в середине, а затем лучи в центре. Большее преломление внешних лучей приводит к появлению фокальной точки (изображенной как фокальная точка 1), которая возникает перед фокальными точками, создаваемыми лучами, проходящими ближе к центру линзы (фокальные точки 2 и 3). Большая часть этого несоответствия в точках фокусировки возникает из-за приближений эквивалентности значений синуса и тангенса соответствующих углов, сделанных для уравнения Гаусса для сферической преломляющей поверхности :

n / s + n ‘/ s ‘= (n’-n) / r

, где n и n’ представляют показатель преломления воздуха и стекла, составляющего линзу, соответственно, s и s ‘ являются объектом и изображением расстояние, а r — радиус кривизны линзы.Это выражение определяет относительные местоположения изображений, образованных изогнутой поверхностью линзы, имеющей радиус r , зажатой между средами с показателями преломления n и n ‘. Уточнение этого уравнения часто называют коррекцией более высокого порядка (первого, второго или третьего) путем включения членов в куб апертурного угла, что приводит к более точным расчетам.

Сферические аберрации очень важны с точки зрения разрешения объектива, поскольку они влияют на совпадение изображений точек вдоль оптической оси и ухудшают характеристики объектива, что серьезно влияет на резкость и ясность образца.Эти дефекты линзы можно уменьшить за счет ограничения воздействия света на внешние края линзы с помощью диафрагм, а также за счет использования асферических поверхностей линз внутри системы. Современные объективы микроскопов высочайшего качества устраняют сферические аберрации различными способами, включая специальные методы шлифования линз, улучшенные составы стекла и лучший контроль оптических путей.

Хроматические аберрации — Этот тип оптического дефекта является результатом того факта, что белый свет состоит из множества длин волн.Когда белый свет проходит через выпуклую линзу, составляющие длины волны преломляются в соответствии с их частотой. Синий свет преломляется в наибольшей степени, за ним следуют зеленый и красный свет, явление, обычно называемое дисперсией . Неспособность объектива объединить все цвета в общий фокус приводит к немного разному размеру изображения и фокусу для каждой преобладающей группы длин волн. Это приводит к появлению цветных полос, окружающих изображение, как показано на Рисунке 3 ниже :

, где мы сильно преувеличили различия в преломляющих свойствах длин волн составляющих белого света.Это описывается как дисперсия показателей преломления компонентов белого света. Показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к его скорости в среде, такой как стекло. Для всех практических целей скорость света в воздухе практически идентична скорости света в вакууме. Как видно на рисунке 3, каждая длина волны формирует свою собственную независимую точку фокусировки на оптической оси линзы, эффект называется осевой или продольной хроматической аберрацией .Конечным результатом этой ошибки объектива является то, что изображение точки в белом свете окаймляется цветом. Например, если бы вы сфокусировались на «синей плоскости», точка изображения была бы окружена светом других цветов, с красным на внешней стороне кольца. Точно так же, если бы вы сфокусировали точку в «красной плоскости», точка изображения была бы окружена зеленым и синим цветом.

Хроматическая аберрация очень характерна для одиночных тонких линз, производимых с использованием классической формулы производителя линз , которая связывает образец и расстояние до изображения для параксиальных лучей.Для одиночной тонкой линзы, изготовленной из материала с показателем преломления n и радиусами кривизны r (1) и r (2) , мы можем записать следующее уравнение :

1 / с + 1 / s ‘= (n-1) (1 / r (1) -1 / r (2))

, где s и s’ определяются как расстояние до объекта и изображения соответственно. В случае сферической линзы фокусное расстояние ( f ) определяется как расстояние изображения для параллельных падающих лучей :

1 / f = 1 / s + 1 / s ‘

Фокусное расстояние f изменяется в зависимости от длины волны света, как показано на рисунке 3.Это изменение можно частично исправить, используя две линзы с разными оптическими свойствами, склеенные вместе. Попытки коррекции линз были впервые предприняты во второй половине 18 века, когда Доллонд, Листер и другие разработали способы уменьшения продольной хроматической аберрации. Объединив стекло короны и бесцветное стекло (каждый тип имеет разную дисперсию показателя преломления), им удалось привести синие и красные лучи к общей фокусировке, близкой к зеленому, но не идентичной ей. лучи.Эта комбинация называется линзой , дублетом , где каждая линза имеет свой показатель преломления и дисперсионные свойства. Дублеты линз также известны как ахроматические линзы или ахроматы для краткости, производные от греческих терминов «а», означающих без, и «цветность», означающих цвет. Эта простая форма коррекции позволяет точкам изображения на 486 нанометрах в синей области и 656 нанометрах в красной области теперь совпадать.Это наиболее широко используемые линзы, которые обычно встречаются в лабораторных микроскопах. Объективы, на которых нет специальной надписи, указывающей на иное, скорее всего, являются ахроматами. Ахроматы являются удовлетворительными объектами для повседневного лабораторного использования, но, поскольку они не корректируются для всех цветов, бесцветная деталь образца, вероятно, покажет в белом свете бледно-зеленый цвет в лучшем фокусе (так называемый вторичный спектр ). Простая ахроматическая линза показана на рисунке 4 ниже.

Как видно на этом рисунке, правильное сочетание толщины линзы, кривизны, показателя преломления и дисперсии позволяет дублету уменьшить хроматическую аберрацию за счет объединения двух групп длин волн в общую фокальную плоскость. Если плавиковый шпат вводится в состав стекла, используемого для изготовления линзы, то три цвета — красный, зеленый и синий — могут быть объединены в одну точку фокусировки, что приведет к незначительной хроматической аберрации. Эти линзы известны как апохроматические линзы , и используются для создания высококачественных объективов микроскопов без хроматических аберраций.Современные микроскопы используют эту концепцию, и сегодня часто можно встретить триплеты оптических линз (рис. 5), состоящие из трех линз, скрепленных вместе, особенно в более качественных объективах. Для коррекции хроматической аберрации обычный объектив 10-кратного ахроматного микроскопа состоит из двух дуплетов линз, как показано на рисунке 5 слева. Апохроматический объектив, показанный справа на рисунке 5, содержит два дублета линз и тройку линз для расширенной коррекции как хроматических, так и сферических аберраций.

Знаменитый немецкий производитель линз Эрнст Аббе был первым, кому в конце 19 века удалось создать апохроматические объективы. Поскольку в то время Аббе по конструктивным причинам не выполнил всю хроматическую коррекцию в самих объективах, он решил выполнить некоторую коррекцию через окуляр; Отсюда и термин окуляры компенсационные .

Помимо коррекции продольных (или осевых) хроматических аберраций, объективы микроскопов обнаруживают еще один хроматический дефект.Даже когда все три основных цвета переносятся в идентичные фокальные плоскости в осевом направлении (как во флюоритовом и апохроматном объективах), точечные изображения деталей вблизи периферии поля зрения не одинакового размера. Это происходит из-за того, что внеосевые потоки лучей рассеиваются, в результате чего составляющие длины волн формируют изображения на разной высоте в плоскости изображения. Например, синее изображение детали немного больше, чем зеленое изображение или красное изображение в белом свете, что приводит к цветовому искажению деталей образца во внешних областях поля зрения.Таким образом, зависимость осевого фокусного расстояния от длины волны дает зависимость поперечного увеличения также от длины волны. Этот дефект известен как боковая хроматическая аберрация или хроматическая разница увеличения . При освещении белым светом линза с боковой хроматической аберрацией будет создавать серию перекрывающихся изображений, различающихся как по размеру, так и по цвету.

В микроскопах с конечной длиной тубуса для коррекции боковой хроматической аберрации используется компенсирующий окуляр с хроматической разностью увеличения, противоположной разнице увеличения объектива.Поскольку этот дефект также встречается в ахроматах с большим увеличением, компенсирующие окуляры также часто используются для таких объективов. Действительно, многие производители конструируют свои ахроматы со стандартной боковой хроматической ошибкой и используют компенсирующие окуляры для всех своих целей. На таких окулярах часто присутствует надпись K или C или Compens . В результате компенсирующие окуляры имеют встроенную боковую хроматическую ошибку и сами по себе не корректируются идеально.В 1976 году компания Nikon представила оптику CF, которая исправляет боковую хроматическую аберрацию без помощи окуляра. Новые микроскопы с коррекцией на бесконечность решают эту проблему, вводя фиксированную величину боковой хроматической аберрации в линзу трубки, используемую для формирования промежуточного изображения со светом, исходящим от объектива.

Интересно отметить, что человеческий глаз имеет значительную хроматическую аберрацию. К счастью, мы можем компенсировать этот артефакт, когда мозг обрабатывает изображения, но можно продемонстрировать аберрацию, используя маленькую фиолетовую точку на листе бумаги.Если поднести к глазу, фиолетовая точка в центре станет синей, окруженной красным ореолом. По мере того как бумага перемещается дальше, точка становится красной в окружении синего ореола.

Хотя производители микроскопов затрачивают значительные ресурсы на производство объективов без сферической аберрации, пользователь может случайно внести этот артефакт в хорошо скорректированную оптическую систему. Используя неправильную монтажную среду (например, живую ткань или клетки в водной среде) с масляным иммерсионным объективом или вводя аналогичные несоответствия показателя преломления, микроскописты часто могут создавать артефакты сферической аберрации в здоровом микроскопе.Кроме того, при использовании сухих объективов с большим увеличением и большой числовой апертурой правильная толщина покровного стекла (предлагаемая 0,17 мм) имеет решающее значение; Следовательно, на таких объективах установлена ​​корректирующая манжета , позволяющая регулировать неправильную толщину покровного стекла, как показано на рисунке 6 ниже. Объектив слева был настроен на толщину покровного стекла 0,20 мм путем сближения линз корректирующего кольца. Размещая элементы объектива далеко друг от друга на другом конце (объектив справа на рисунке 6), объектив корректируется на толщину покровного стекла 0.13мм. Точно так же установка аксессуаров на световом пути объективов с конечной длиной трубки может привести к аберрациям при перефокусировке образца, если только такие аксессуары не были правильно спроектированы с дополнительной оптикой. Мы создали интерактивное учебное пособие на Java , предназначенное для ознакомления наших читателей с кольцами для объективной коррекции вариаций толщины покровного стекла.

Объективы различного качества различаются тем, насколько хорошо они передают разные цвета в общий фокус и одинаковым размером по всему полю зрения.Между ахроматической и апохроматической коррекцией есть также объективы, известные как полуапохроматы или, что довольно сбивает с толку, как флюориты. Флюориты дешевле, но корректируются почти так же хорошо, как и апохроматы; в результате они обычно также хорошо подходят для микрофотографии в белом свете.

Другие геометрические аберрации — К ним относятся различные эффекты, в том числе астигматизм , кривизна поля и коматические аберрации, которые легко исправить при правильном изготовлении линз.Тема кривизны поля уже подробно обсуждалась в предыдущем разделе. Коматические аберрации похожи на сферические аберрации, но они встречаются только с объектами вне оси и наиболее серьезны, когда микроскоп не выровнен. В этом случае изображение точки асимметрично, что приводит к форме, подобной комете (отсюда и термин «кома»). Кома часто считается самой проблемной аберрацией из-за асимметрии изображений. Это также одна из самых простых аберраций для демонстрации.В яркий солнечный день используйте увеличительное стекло, чтобы сфокусировать изображение солнца на тротуаре, и слегка наклоните стекло по отношению к основным солнечным лучам. Изображение Солнца при проецировании на бетон затем вырастает в кометоподобную форму, которая характерна для коматической аберрации.

Четкая форма, отображаемая изображениями с коматической аберрацией, является результатом различий в преломлении световых лучей, проходящих через различные зоны линзы при увеличении угла падения.Тяжесть коматической аберрации зависит от формы тонкой линзы, которая в крайнем случае приводит к тому, что меридиональные лучи, проходящие через периферию линзы, попадают в плоскость изображения ближе к оси, чем лучи, проходящие ближе к оси и ближе к главной оси. луч (см. рисунок 7). В этом случае периферийные лучи дают наименьшее изображение, а знак аберрации комы считается отрицательным . Напротив, когда периферийные лучи фокусируются дальше по оси и создают гораздо большее изображение, аберрация называется положительной .Форма «кометы» может иметь «хвост», направленный к центру поля зрения или в сторону, в зависимости от того, имеет ли коматическая аберрация положительное или отрицательное значение.

Коматические аберрации обычно корректируются с помощью сферических аберраций или путем создания линз различной формы для устранения этой ошибки. Объективы, которые предназначены для получения превосходных изображений для окуляров с широким полем зрения, должны быть скорректированы на кому и астигматизм с помощью специально разработанной многоэлементной оптики в тубусе, чтобы избежать этих артефактов на периферии поля зрения. .

Аберрации астигматизма похожи на аберрации коматики, однако эти артефакты не так чувствительны к размеру апертуры и сильнее зависят от наклонного угла светового луча. Аберрация проявляется в том, что внеосевое изображение точки образца выглядит как линия или эллипс вместо точки. В зависимости от угла внеосевых лучей, попадающих в линзу, линейное изображение может быть ориентировано в одном из двух различных направлений (рис. 8), тангенциально (меридионально) или сагиттально (экваториально).Отношение яркости единичного изображения будет уменьшаться, а четкость, детализация и контраст будут потеряны по мере увеличения расстояния от центра.

Ошибки астигматизма обычно исправляются конструкцией объективов, чтобы обеспечить точное расстояние между отдельными элементами линз, а также соответствующие формы линз и показатели преломления. Коррекция астигматизма часто выполняется вместе с коррекцией аберраций кривизны поля.

Из нашего обсуждения оптических аберраций должно быть ясно, что существует ряд факторов, которые влияют на характеристики оптических элементов в микроскопе.Несмотря на то, что в последние годы в исправлении этих артефактов был достигнут огромный прогресс, разработчикам все еще очень трудно полностью удалить или подавить все сложные оптические проблемы, связанные с микроскопией.

Авторы, вносящие вклад ., Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

Аберрации | Физика

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите оптическую аберрацию.

Реальные линзы ведут себя несколько иначе, чем моделируются с помощью уравнений тонкой линзы, создавая аберраций . Аберрация — это искажение изображения. Существует множество аберраций, связанных с размером линзы, материалом, толщиной и положением объекта.Одним из распространенных типов аберраций является хроматическая аберрация, связанная с цветом. Поскольку показатель преломления линз зависит от цвета или длины волны, изображения создаются в разных местах и ​​с разным увеличением для разных цветов. (Закон отражения не зависит от длины волны, поэтому у зеркал нет этой проблемы. Это еще одно преимущество зеркал в оптических системах, таких как телескопы.)

На рис. 1а показана хроматическая аберрация для одиночной выпуклой линзы и ее частичная коррекция с помощью двухлинзовой системы.Фиолетовые лучи изгибаются больше, чем красные, поскольку они имеют более высокий показатель преломления и поэтому фокусируются ближе к линзе. Рассеивающая линза частично исправляет это, хотя обычно это невозможно сделать полностью. Могут использоваться линзы из разных материалов и с разной дисперсией. Например, ахроматический дуплет, состоящий из собирающей линзы из стекла короны и расходящейся линзы из бесцветного стекла в контакте, может значительно уменьшить хроматическую аберрацию (см. Рисунок 1b).

Рисунок 1.(а) Хроматическая аберрация вызвана зависимостью показателя преломления линзы от цвета (длины волны). Линза более сильна для фиолетового (V), чем для красного (R), создавая изображения с разным расположением и увеличением. (b) Системы с несколькими линзами могут частично корректировать хроматические аберрации, но для них могут потребоваться линзы из разных материалов и увеличивать стоимость оптических систем, таких как камеры.

Довольно часто в системе визуализации объект находится не по центру. Следовательно, разные части линзы или зеркала не преломляют и не отражают изображение в одной и той же точке.Этот тип аберрации называется комой и показан на рисунке 2. Изображение в этом случае часто выглядит грушевидным. Другой распространенной аберрацией является сферическая аберрация, когда лучи, сходящиеся от внешних краев линзы, сходятся в фокусе ближе к линзе, а лучи ближе к фокусу оси дальше (см. Рисунок 3). Аберрации, вызванные астигматизмом в линзах глаз, обсуждаются в разделе «Коррекция зрения», а диаграмма, используемая для обнаружения астигматизма, показана на рисунке 4. Такие аберрации также могут быть проблемой для изготовленных линз.

Рис. 2. Кома — это аберрация, вызванная смещением объекта по центру, что часто приводит к получению изображения грушевидной формы. Лучи исходят из точек, которые не находятся на оптической оси, и они не сходятся в одной общей точке фокусировки.

Рис. 3. Сферическая аберрация вызвана фокусировкой лучей на разном расстоянии от линзы.

Рисунок 4. На этой диаграмме можно обнаружить астигматизм, неравномерность в фокусе глаза. Проверьте каждый глаз отдельно, посмотрев на центральный крест (без очков, если вы их носите).Если линии на одних осях кажутся темнее или четче, чем на других, у вас астигматизм.

Изображение, создаваемое оптической системой, должно быть достаточно ярким, чтобы его можно было различить. Часто бывает сложно получить достаточно яркое изображение. Яркость определяется количеством света, проходящего через оптическую систему. Оптическими компонентами, определяющими яркость, являются диаметр линзы и диаметр зрачков, диафрагм или диафрагм, расположенных перед линзами. В оптических системах часто есть входные и выходные зрачки, специально предназначенные для уменьшения аберраций, но они также неизбежно снижают яркость.Следовательно, оптические системы должны обеспечивать баланс между различными используемыми компонентами. Радужная оболочка глаза расширяется и сужается, действуя как входной зрачок. Вы можете видеть предметы более четко, если посмотрите через маленькое отверстие, проделанное рукой в ​​форме кулака. Прищурившись или используя небольшое отверстие в листе бумаги, вы также сделаете объект более резким.

Так как же исправить аберрации? Линзы также могут иметь поверхность особой формы в отличие от простой сферической формы, которую относительно легко изготовить.Дорогие объективы для фотоаппаратов имеют большой диаметр, поэтому они могут собирать больше света и требуют нескольких элементов для коррекции различных аберраций. Кроме того, достижения в области материаловедения привели к созданию линз с диапазоном показателей преломления, которые технически называются линзами с градиентным показателем преломления (GRIN). Очки часто обладают способностью обеспечивать диапазон фокусировки с использованием аналогичных приемов. Линзы GRIN особенно важны на конце оптических волокон в эндоскопах. Усовершенствованные вычислительные методы позволяют вносить ряд исправлений в изображения после того, как изображение было собрано и известны определенные характеристики оптической системы.Некоторые из этих методов представляют собой сложные версии того, что доступно в коммерческих пакетах, таких как Adobe Photoshop.

Сводка раздела

  • Аберрации или искажения изображения могут возникать из-за конечной толщины оптических инструментов, несовершенства оптических компонентов и ограничений на способы использования компонентов.
  • Средства для исправления аберраций варьируются от лучших компонентов до вычислительных методов.

Концептуальные вопросы

  1. Перечислите различные типы аберраций.Что их вызывает и как их можно уменьшить?

Задачи и упражнения

Интегрированные концепции. (a) Во время лазерной коррекции зрения на роговицу пациента проецируется короткая вспышка ультрафиолетового света 193 нм. Он образует пятно диаметром 1,00 мм и выделяет 0,500 мДж энергии. Рассчитайте глубину абляции слоя, предполагая, что ткань роговицы имеет те же свойства, что и вода, и изначально имеет температуру 34,0 ° C. Температура ткани повышается до 100ºC и испаряется без дальнейшего повышения температуры.
(b) Означает ли ваш ответ, что форму роговицы можно точно контролировать?

Глоссарий

аберрация: отказ лучей сходиться в одном фокусе из-за ограничений или дефектов линзы или зеркала

Решения проблем и упражнения

(а) 0,251 мкм; (b) Да, эта толщина означает, что форму роговицы можно очень точно контролировать, обеспечивая нормальное зрение вдаль у более чем 90% пациентов.

аберраций: сферические и хроматические | япония.com

Аберрации — это дефекты оптики объектива камеры, которые приводят к ухудшению качества изображения. Различные объективы будут подвержены аберрациям в разной степени, и в некоторых случаях эти нежелательные эффекты могут быть смягчены путем остановки или с помощью алгоритмов коррекции объектива, встроенных в камеры более высокого класса.В фотографии нас волнуют два типа аберраций — сферические и хроматические.

Изгиб света

Задача объектива в любой фотографической системе — фокусировать свет, попадающий в объектив, на датчик. Вогнутая часть стекла — это самая основная часть линзы, используемая для достижения такого результата. Благодаря преломлению — изгибу света, когда он проходит через другую среду — свет, попадающий в линзу, фокусируется на датчике или пленке. Это изгибание происходит из-за того, что волны проходят с разной скоростью через разные среды.Например, свет будет проходить через вакуум быстрее, чем через воздух или стекло.

Связь между скоростью света в вакууме и скоростью, с которой он распространяется в другой среде, определяется его показателем преломления , n:

n = c / v

… где c — скорость света в вакууме, а v — скорость света через рассматриваемое вещество. Например, показатель преломления воды равен 1,33. Это означает, что свет проходит в воде в 1,33 раза медленнее, чем в вакууме.

Закон Снеллиуса показывает, как изменение показателя преломления от одной среды к другой связано с углом, под которым преломляется свет; но, по сути, чем больше относительный показатель преломления, тем больше угол преломления. Стекло, в зависимости от состава и качества, обычно имеет показатель преломления 1,5–1,7. Следовательно, свет изгибает больше, проникая в стекло из вакуума, чем в воду из вакуума.

К сожалению, линзы несовершенны, и они не всегда могут заставить световые лучи отклоняться так, как мы этого хотим.Более того, задача фокусировки усложняется тем, что показатель преломления также зависит от длины волны!

Сферические аберрации

Сферические аберрации вызывают более «мягкие» изображения, которые мы часто получаем при съемке на светосильном объективе или близко к нему. Они возникают из-за увеличения преломления на краю линзы по сравнению с центром (где луч света падает на стекло под более острым углом) и приводят к тому, что лучи не сходятся в одной и той же точке фокусировки.

Эффекты сферических аберраций можно уменьшить, остановив линзу и, таким образом, расширив плоскость фокуса, но, очевидно, за счет потери той « резкости », которая является причиной того, что мы так много платим за светосильные линзы (наряду с возможностью снимать при слабом освещении). В результате на окончательном изображении детализация становится меньше по сравнению со съемкой со средней диафрагмой (сравните текст при / 2 и ƒ / 8).

Остановив линзу, вы создаете более широкую глубину резкости и, таким образом, даете линзе более широкую цель, в которой лучи света должны сходиться.

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации возникают из-за того, что степень преломления света линзой зависит от длины волны. Другими словами, он не может заставить все цвета в луче света сходиться в одной и той же точке, что иногда приводит к нежелательной цветовой окантовке, как это видно на фотографии ниже.

Как упоминалось выше, показатель преломления зависит не только от скорости волны, проходящей через среду, но и от ее длины волны.Для стекла показатель преломления немного увеличивается с длиной волны в видимом спектре. Это означает, что цвета на более коротком конце спектра (например, синий) более рассеиваются стеклом, чем цвета на более длинном конце (например, красный). Именно этим феноменом объясняется цветовая радуга, наблюдаемая при прохождении света через призму. Думая о фотографии и необходимости сосредоточить все видимые цвета на одной точке, мы можем увидеть проблему, которую представляет вогнутое стекло:

Диаграмма выше представляет то, что мы называем продольной (или осевой) хроматической аберрацией .Этот тип хроматической аберрации можно устранить, остановив линзу, потому что это расширяет плоскость фокуса, тем самым давая лучам более широкую область для схождения, чтобы избежать заметного ухудшения изображения (аналогично тому, как мы могли бы смягчить эффекты сферических аберраций с помощью остановка).

Другой тип хроматической аберрации — это латеральная (или поперечная) хроматическая аберрация . Это основано на тех же принципах, что и выше, но возникает из-за того, что цвета попадают в плоскость фокуса в разных вертикальных точках.Обычно он виден только по углам на высококонтрастных изображениях в виде пурпурной окантовки (как на фотографии выше).

В отличие от продольного брата, его нельзя исправить, остановив линзу (проблема не связана с глубиной плоскости фокуса). Некоторые современные зеркальные камеры позволяют пользователям предварительно загружать профиль объектива, с помощью которого камера запускает алгоритмы для компенсации эффекта боковых хроматических аберраций.

Идея объектива камеры как единого куска вогнутого стекла, очевидно, слишком упрощена, а влияние аберраций резко снижено (но не полностью устранено) за счет конструкции объектива и соединения нескольких частей стекла для коррекции нежелательных физических эффектов.

Справочник по сферической аберрации

Вы когда-нибудь задумывались, почему большинство объективов имеют тенденцию быть более мягкими при съемке с большой диафрагмой?

Может быть, вы пейзажный фотограф и любите снимать с широким углом, но изображения, как правило, получаются мягкими, особенно в углах?

Это небольшое руководство по сферической аберрации поможет вам понять, что происходит и что вы можете с этим сделать.

Что такое сферическая аберрация?

Большинство объективов фотоаппаратов имеют сферическую поверхность, так как их легче производить. Тем не менее, сферические поверхности не являются беспроблемными.

Одна из наиболее распространенных проблем сферических линз — сферическая аберрация.

Эта проблема возникает, когда проходящие световые лучи не могут собраться вместе в одной точке фокусировки. Световые лучи, падающие на края линзы, преломляются иначе (выходят в разных местах), чем лучи, которые находятся ближе к центру.

Периферийные лучи могут выходить либо слишком сильно (положительная сферическая аберрация), либо недостаточно (отрицательная сферическая аберрация).

Вот как это выглядит:

Световые лучи, проходящие около горизонтальной оси, будут преломляться меньше, чем лучи, проходящие ближе к краю линзы (периферийные лучи).

В результате световые лучи, попадающие на линзу в разных точках, в конечном итоге попадают в разные места вдоль оптической оси, но никогда не сходятся.

Чаще всего лучи, проходящие через край линзы, изгибаются сильнее, чем лучи, проходящие ближе к центру.

Однако мы хотим от линз, чтобы все световые лучи собирались вместе в одной точке фокусировки, как на изображении ниже:

Когда весь свет сходится в одной точке, изображения получаются полностью резкими от центра к углам. К сожалению, поскольку большинство наших линз имеют сферическую форму, почти всегда будут некоторые лучи, которые не сходятся в намеченной точке фокусировки.

Почему возникает сферическая аберрация?

Есть три основных причины этой конкретной проблемы с оптическими устройствами.

Первое — это конструкция линз. Кривизна линзы влияет на ее характеристики. Как правило, сферические аберрации чаще возникают с линзами с более коротким фокусным расстоянием, чем с более длинными.

Во-вторых, качество материалов, из которых изготовлен объектив. Некачественные материалы являются основным фактором, и именно поэтому мы часто «получаем то, за что платим», когда покупаем стекло.

В-третьих, как линзы размещаются внутри корпуса.Если они даже немного отклонены, световые лучи, попадающие в разные части линзы, не смогут сойтись в фокусной точке.

В чем разница между сферической аберрацией и хроматической аберрацией?

Хроматическая аберрация похожа на сферическую аберрацию в том смысле, что она возникает из-за того, как свет преломляется через сферическую линзу.

Это немного отличается в том смысле, что там, где возникает сферическая аберрация, когда линза не может сфокусировать свет одного цвета, хроматическая аберрация возникает, когда линза не может сфокусировать различные цвета (длины волн) в одной точке.

Каждая линза имеет так называемый показатель преломления (способность отклонять свет). Этот показатель преломления часто будет изменяться в зависимости от длины волны, в результате чего длина волны каждого цвета будет изгибаться под немного другим углом.

В результате получается изображение с эффектами радуги или, чаще, с цветными полосами света (обычно пурпурными или зелеными), вместо которых должны быть четкие границы.

Линзы с более высоким показателем преломления, как правило, имеют меньшую хроматическую аберрацию, чем стекло с более низким показателем преломления, но в той или иной степени она присутствует во всех сферических линзах.

Ирония заключается в том, что большинство линз имеют ту или иную форму коррекции сферической аберрации, и часто именно эта попытка коррекции может вызвать появление пурпурных оттенков на переднем плане и зеленых оттенков на заднем плане в областях, не находящихся в фокусе.

Хорошая новость заключается в том, что хроматическую аберрацию часто можно исправить при постобработке. Любое программное обеспечение, применяющее коррекцию объектива, подойдет.

Как исправить сферическую аберрацию?

Исправить сферическую аберрацию не так просто, как исправить хроматические аберрации.

Очевидно, что покупка линз более высокого качества уменьшит количество проблем в целом, и вы сможете полностью избежать сферических аберраций, если сможете позволить себе асферические линзы.

Другой вариант — приобрести линзу с градиентным индексом. Линзы с градиентным показателем преломления устраняют проблемы со сферической аберрацией, увеличивая свой показатель преломления в центре и постепенно уменьшая его по мере продвижения к краю линзы.

Если эти два варианта выходят за рамки вашего бюджета, есть еще один вариант: остановиться.Это не всегда должно быть много. Иногда остановка всего на треть или две ступени может привести к резкому увеличению резкости.

Например, если у вас объектив 50 мм f / 1,8 и у вас получаются размытые края при съемке на открытой диафрагме, уменьшите диафрагму до f / 2 или f / 2,2, и вы, вероятно, заметите значительное увеличение резкости краев.

Помимо этого, у вас есть еще один вариант — повысить резкость при постобработке.

Заключительные слова

Все сферические линзы имеют сферическую аберрацию.Сколько будет зависеть в основном от качества объектива.

Тем не менее, это не обязательно должно быть проблемой. Если ваш объект находится в центре фотографии, слегка размытые края не имеют значения. Это особенно верно для портретов и макросъемки, где вы, скорее всего, в любом случае будете использовать малую глубину резкости для расфокусированного фона.

Однако, если вам нужна резкость по всему кадру, лучше всего приобрести лучшие объективы, которые вы можете себе позволить (в любом случае, это хорошая идея).

А ты? Как вы подойдете к решению этой проблемы?

Что такое сферическая аберрация?

Сферическая аберрация — это оптическая проблема, которая возникает, когда все входящие световые лучи фокусируются в разных точках после прохождения через сферическую поверхность. Световые лучи, проходящие через линзу около ее горизонтальной оси, преломляются меньше, чем лучи, расположенные ближе к краю или «периферии» линзы, и в результате попадают в разные точки поперек оптической оси. Другими словами, параллельные световые лучи падающего света не сходятся в одной и той же точке после прохождения через линзу.Из-за этого сферическая аберрация может влиять на разрешение и четкость, затрудняя получение резких изображений. Вот иллюстрация, показывающая сферическую аберрацию:

Как показано выше, световые лучи преломляются или меняют свой угол при прохождении через линзу. Те, что ближе к верхней и нижней части иллюстрации, в конечном итоге сходятся на более коротком расстоянии вдоль оптической оси (черная / красная пунктирная линия), в то время как те, что ближе к оптической оси, сходятся на большем расстоянии, создавая разные фокусные точки вдоль та же ось.Точка наилучшего фокуса с «кружком наименьшей путаницы» показана толстой зеленой линией. Сферическая аберрация вызвана не только конструкцией линз, но и качеством материала линз. Линзы из некачественного материала и большие пузыри могут сильно повлиять на преломление света.

В идеальном объективе все световые лучи сходятся в одной точке фокусировки, как показано ниже:

Следовательно, лучшая точка фокусировки с кружком наименьшей путаницы находится прямо в этой точке фокусировки.Однако нормальная сферическая конструкция линз не позволила бы вышеуказанному случиться, поэтому производители на протяжении многих лет разрабатывали специализированные точные методы для уменьшения эффекта сферической аберрации.

Способы уменьшения сферической аберрации

В современных линзах используются различные методы для значительного уменьшения сферической аберрации. В одном из методов используется специальная апсерическая (то есть несферическая) поверхность линзы, которая с одной стороны изогнута наружу с единственной целью сведения световых лучей в одну точку фокусировки, как показано ниже:

Сферическая аберрация наиболее выражена. когда диафрагма объектива широко открыта (максимальная диафрагма).Остановка объектива даже одним стопом резко снижает сферическую аберрацию, поскольку лепестки диафрагмы блокируют внешние края сферических линз. Яркий пример этого можно найти в статье о смещении фокуса.

Если вам интересно узнать больше, ниже приведен список статей о других типах аберраций и проблем, которые мы ранее публиковали на сайте Photography Life:

Хроматическая аберрация в сферических линзах — Esco Optics, Inc.

Сферические линзы, радиус кривизны которых остается постоянным от края до края, подвержены различным типам оптических аберраций.Эти аберрации вызваны не дефектами материалов или технологий производства, а скорее законами самой оптики. Один из распространенных типов аберраций, связанных со световыми лучами, проходящими через оптическую ось сферической линзы, известен как хроматическая аберрация.

Хроматическая аберрация в сферических линзах

Хроматическая аберрация возникает из-за того, что линза преломляет различные цвета, присутствующие в белом свете, под разными углами в зависимости от их длины волны.Красный свет, например, не преломляется под тем же углом, что и зеленый или синий свет, поэтому точка фокусировки на оптической оси линзы находится дальше от линзы для красного света. Точно так же зеленый свет фокусируется ближе к линзе, чем красный свет, а синий свет фокусируется в плоскости, которая находится ближе всего к линзе. Это явление обычно называют дисперсией и в определенной степени наблюдается во всех элементах линз сферической формы. Неспособность объектива объединить все цвета в общую фокальную плоскость приводит к немного разному размеру изображения и фокальной точке для каждой из трех преобладающих групп длин волн.В результате образуется цветная кайма или ореол, окружающий изображение, с изменением цвета ореола при изменении фокуса объектива.

Коррекция хроматической аберрации в сферических линзах

Хроматическая аберрация в сферических линзах усугубляется разницей в увеличении изображения, которая возникает в результате изменения фокальных плоскостей для каждой цветовой группы, эффект, называемый хроматической разностью увеличения. Аберрации этого типа могут быть значительно уменьшены или устранены путем создания составных линз, которые состоят из отдельных элементов, обладающих различными свойствами рассеивания цвета.Esco Optics предлагает широкий выбор оптических очков, которые теперь доступны для дизайнеров линз. Например, коронное стекло обладает диспергирующими свойствами, которые позволяют объединять его в дуплет линзы с элементом из бесцветного стекла для создания ахроматической дуплетной системы линз, которая фокусирует синие и красные длины волн в одной плоскости изображения. Дополнительное усовершенствование оптической системы с помощью еще более сложных формул и форм стекла может еще больше уменьшить хроматические аберрации.

Помощь в устранении хроматической аберрации в сферических линзах

Опытные профессионалы в области линз в Esco Optics могут работать с дизайнерами линз над устранением хроматической аберрации в сферических линзах, рекомендуя наилучшее сочетание специализированных материалов и технологий производства для конкретного приложения дизайнера.

Что такое хроматическая аберрация?

Хроматическая аберрация, также известная как «цветная кайма» или «пурпурная кайма», является распространенной оптической проблемой, которая возникает, когда линза не может привести все длины волн цвета к одной и той же фокальной плоскости и / или когда длины волн цвета сфокусированы в разных положениях в фокальной плоскости. Хроматическая аберрация вызвана дисперсией линзы, когда свет разных цветов движется с разной скоростью при прохождении через линзу. В результате изображение может выглядеть размытым, или вокруг объектов могут появиться заметные цветные края (красный, зеленый, синий, желтый, фиолетовый, пурпурный), особенно в условиях высокой контрастности.

Идеальный объектив сфокусировал бы все длины волн в одну точку фокусировки, где находится лучший фокус с «кругом наименьшей путаницы», как показано ниже:

На самом деле показатель преломления для каждой длины волны у линз разный, который вызывает два типа хроматической аберрации — продольную хроматическую аберрацию и боковую хроматическую аберрацию.

Продольная хроматическая аберрация

Продольная хроматическая аберрация, также известная как «LoCA» или «боке», возникает, когда разные длины волн цвета не сходятся в одной точке после прохождения через объектив, как показано ниже:

Линзы с В задачах с продольной хроматической аберрацией может появиться окаймление вокруг объектов по всему изображению, даже в центре.Красный, зеленый, синий или комбинация этих цветов могут появляться вокруг объектов. Продольную хроматическую аберрацию можно значительно уменьшить, остановив линзу. Объективы с фиксированным фокусным расстоянием с быстрой диафрагмой обычно гораздо более подвержены LoCA, чем более светосильные объективы.

Вот пример продольной хроматической аберрации, которая видна на разных расстояниях:

NIKON D3S + 35mm f / 1.4 @ 35mm, ISO 200, 1/320, f / 1.4

Обратите внимание на зеленый цвет в верхней части изображения, переходя в нейтральный в середине, затем становясь фиолетовым в нижней части изображения, которая находится ближе к камере.Такая продольная хроматическая аберрация присутствует даже на дорогих объективах высокого класса, таких как Nikon 35mm f / 1.4G. Этот тип окантовки LoCA / боке можно значительно уменьшить при постобработке. Например, в Lightroom 4.1 есть инструмент «De-Fringe tool», который позволяет выбрать пипетку в модуле «Lens Corrections» и выбрать цвет бахромы, который необходимо скорректировать. С помощью такого инструмента можно либо полностью избавиться от окантовки, либо значительно ее уменьшить.

Вот еще один пример продольной хроматической аберрации с зеленой и пурпурной каймой, видимой с обеих сторон стволов и ветвей деревьев:

Нижняя обрезка была скорректирована в подмодуле Lightroom «Коррекция линзы» одним щелчком мыши.То же самое можно сделать в Photoshop, но для этого потребуется больше шагов (если не использовать инструмент Camera RAW).

Боковая хроматическая аберрация

Боковая хроматическая аберрация, также известная как «поперечная хроматическая аберрация», возникает, когда разные длины волн цвета попадают под углом фокусировки в разных положениях вдоль одной и той же фокальной плоскости, как показано ниже:

В отличие от LoCA, боковая Хроматическая аберрация никогда не появляется в центре и видна только в углах изображения в высококонтрастных областях.Синяя и пурпурная окантовка часто встречается на некоторых объективах типа «рыбий глаз», широкоугольных и некачественных объективах. В отличие от продольной хроматической аберрации, боковую хроматическую аберрацию нельзя удалить, остановив линзу, но ее можно удалить или уменьшить с помощью программного обеспечения для постобработки.

Вот кадрирование угла объектива Nikon 35mm f / 1.8G с довольно сильным боковым CA в углах:

К сожалению, у многих объективов одновременно присутствуют как продольные, так и поперечные хроматические аберрации.Единственный способ уменьшить эти аберрации — это остановить линзу (чтобы уменьшить LoCA), а затем исправить боковой CA в программном обеспечении постобработки, таком как Lightroom и Photoshop.

В то время как многие современные производители линз используют специальные методы для уменьшения хроматических аберраций с использованием ахроматических / апохроматических оптических конструкций и специальных элементов со сверхнизкой дисперсией, хроматическая аберрация по-прежнему остается проблемой для большинства объективов с фиксированным и зумом, и нам просто нужно научиться обходить ее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.