Szférikus aberráció
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. május 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .A szférikus aberráció az optikai rendszerek olyan aberrációja, amely az optikai tengelytől eltérő távolságra áthaladó fénysugarak fókuszpontjainak eltéréséből adódik [1] . Ez a pontforrásból származó sugarak homocentrikusságának megsértéséhez vezet anélkül, hogy megsértené e sugarak szerkezetének szimmetriáját (ellentétben a kómával és az asztigmatizmussal ). Megkülönböztetni a harmadik, ötödik és magasabb rendű szférikus aberrációt [2] .
Elbírálási feltételek
Szférikus aberrációt általában az optikai tengelyen elhelyezkedő pontból kijövő sugárnyalábra gondolnak. Szférikus aberráció azonban más, az optikai tengelytől távol eső pontokból kilépő sugárnyaláboknál is előfordul, de ilyen esetekben a teljes ferde sugárnyaláb aberrációinak szerves részének tekintendő. Sőt, bár ezt az aberrációt gömb alakúnak nevezik , nem csak a gömbfelületekre jellemző.
A gömbi aberráció következtében a párhuzamos sugarak lencse általi megtörés után (képtérben) nem kúp, hanem valamilyen tölcsér alakú alakot vesznek fel, amelynek a szűk keresztmetszethez közeli külső felületét marónak nevezzük . felület. Ebben az esetben a fókuszban lévő kép kör alakú, a megvilágítás nem egyenletes eloszlásával, és a kausztikus görbe alakja lehetővé teszi a megvilágítás eloszlásának megítélését. Általános esetben a képalak gömbi aberráció jelenlétében koncentrikus körök rendszere, amelyek sugarai arányosak a bejárati (vagy kilépő) pupillánál lévő koordináták harmadik hatványával.
A lencse (lencserendszer) szférikus aberrációja azzal magyarázható, hogy törőfelületei bármely széles nyaláb egyes nyalábjaival különböző szögben találkoznak [P 1] , aminek következtében az optikai tengelytől távolabb eső sugarak jobban megtörnek, mint az optikai tengelyhez közeli [P 2] sugarak, és metszéspontjaikat a fókuszsíktól távolabb alkotják [3] .
Becsült értékek
Az optikai tengely mentén az optikai tengelyhez közeli és attól távol eső sugarak metszéspontjai közötti δs' távolságot longitudinális gömbaberrációnak nevezzük .
A szórókör δ' átmérőjét ezután a képlet határozza meg
,
ahol
- 2 óra 1 - a rendszer furatának átmérője;
- a' a rendszer és a képpont távolsága;
- δs' a longitudinális aberráció.
A végtelenben található objektumokhoz
,
ahol
- f' a hátsó gyújtótávolság .
Az egyértelműség kedvéért a gömbi aberrációt általában nem csak táblázatok formájában, hanem grafikusan is bemutatják.
Grafikus ábrázolás
Általában a hosszirányú δs' és a keresztirányú δg' szférikus aberrációk grafikonjait a gerendák koordinátáinak függvényében adják meg [ 4 ] .
A hosszirányú szférikus aberráció karakterisztikus görbéjének megszerkesztéséhez a hosszirányú gömbi aberrációt δs' az abszcissza tengely mentén , a sugarak magasságát a h bemeneti pupillánál pedig az ordináta tengely mentén ábrázoljuk . A keresztirányú aberrációhoz hasonló görbe megszerkesztéséhez a képtérben a rekesznyílás szögeinek érintőit az abszcissza tengely mentén , a δg' szórási körök sugarait pedig az ordináta tengely mentén ábrázoljuk.
A pozitív (kollektív) lencsék negatív szférikus aberrációt hoznak létre, azaz δs' < 0 minden zónára. Ezért a grafikonon egy ilyen lencse hosszirányú aberrációjának jelleggörbéje az y tengelytől balra van . A negatív (diffúz) lencsék aberrációja ellentétes előjelű, és a megfelelő hosszirányú aberrációs görbe az y tengelytől jobbra lesz .
Az ilyen egyszerű lencsék kombinálásával a szférikus aberráció jelentősen korrigálható.
Leépítés és javítás
A többi harmadrendű aberrációhoz hasonlóan a szférikus aberráció a felületek görbületétől és a lencse optikai teljesítményétől függ . Ezért a nagy törésmutatójú optikai üvegek használata csökkentheti a szférikus aberrációt azáltal, hogy növeli a lencsefelületek sugarát, miközben megőrzi optikai erejét.
Ezenkívül a különböző felületgörbületű lencsék esetében a lencse iránya a fénysugár útjához képest számít. Így például a sík-domború lencsék gömbi aberrációja, amely sík felületével a nyaláb felé néz, nagyobb lesz, mint ugyanazon lencsénél, de a nyalábbal találkozik a domború felületével. Így az első [P 3] lencsefelület és a második felület görbületi arányának megválasztása is a szférikus aberráció csökkentésének egyik eszköze lesz.
A szférikus aberrációra észrevehető hatást biztosít a lencse (vagy más optikai rendszer) membránja , mivel ebben az esetben a széles sugár peremsugarai le vannak vágva. Nyilvánvaló, hogy ez a módszer nem alkalmas olyan optikai rendszerekre, amelyek nagy apertúra-arányt igényelnek .
Egyes esetekben kismértékű harmadrendű szférikus aberráció korrigálható az objektív némi defókuszálásával [R 4] . Ebben az esetben a képsík eltolódik az úgynevezett „jobb telepítési síkra” , amely általában középen, az axiális és a szélső sugarak metszéspontja között helyezkedik el, és nem esik egybe az összes sugár legkeskenyebb metszéspontjával. széles sugár sugarai (a legkisebb szórás köre) [P 5 ] . Ezt az eltérést a fényenergia legkisebb szórású körben való eloszlása magyarázza, amely nem csak a középpontban, hanem a szélén is megvilágítási maximumokat képez [5] . Vagyis azt mondhatjuk, hogy a "kör" egy fényes gyűrű, központi ponttal. Emiatt az optikai rendszer felbontása a legkisebb szórási körrel egybeeső síkban kisebb lesz, annak ellenére, hogy kisebb a keresztirányú szférikus aberráció. A módszer alkalmassága a szférikus aberráció nagyságától és a szórási körben a megvilágítás eloszlásának természetétől függ.
A szférikus aberrációt meglehetősen sikeresen korrigálják pozitív és negatív lencsék kombinációjával [6] . Sőt, ha a lencsék nincsenek ragasztva, akkor az alkatrészek felületének görbületén túl a légrés nagysága is befolyásolja a szférikus aberráció mértékét (még akkor is, ha az ezt a légrést korlátozó felületek azonos görbületűek). ). Ezzel a korrekciós módszerrel általában a kromatikus aberrációt is korrigálják .
Szigorúan véve a szférikus aberráció csak néhány keskeny zónapárnál korrigálható teljesen, ráadásul csak bizonyos két konjugált pontnál. A gyakorlatban azonban a korrekció még kétlencsés rendszerek esetében is elég kielégítő lehet.
Általában a szférikus aberrációt a rendszer pupillája szélének megfelelő h 0 magasság egy értékénél kiküszöböljük . Ebben az esetben a maradék szférikus aberráció legnagyobb értéke a h e magasságban várható , amelyet egy egyszerű képlettel határozunk meg.
A maradék szférikus aberráció oda vezet, hogy egy pont képe soha nem lesz pont. Kör marad, bár jóval kisebb, mint a korrigálatlan szférikus aberráció esetén.
A maradék szférikus aberráció csökkentése érdekében gyakran folyamodunk a rendszer pupillájának szélén a számított „korrekcióhoz”, ami pozitív értéket ad a peremzóna szférikus aberrációjának ( δs' > 0). Ebben az esetben a pupillát h e [P 6] magasságban keresztező sugarak még közelebb metszik egymást a fókuszponthoz, és a peremsugarak, bár a fókuszpont mögé konvergálnak, nem lépnek túl a szórási körön. Így a szórási kör mérete csökken, fényereje pedig nő. Vagyis a kép részletessége és kontrasztja is javul. A szórási körben a megvilágítás eloszlásának természetéből adódóan azonban a "túlkorrigált" szférikus aberrációjú lencsék gyakran "duplázó" elmosódást okoznak .
Egyes esetekben jelentős "újrajavítás" megengedett. Így például Carl Zeiss Jena korai " Síkjai " pozitív szférikus aberrációt mutattak ( δs' > 0) mind a pupilla marginális, mind a középső zónájában. Ez a megoldás némileg csökkenti a kontrasztot teljes rekesznyílásnál, de észrevehetően növeli a felbontást kis rekesznyílásoknál .
Lásd még
Jegyzetek
- ↑ Vagy azt is mondhatjuk, hogy a gömblencse optikai ereje nem egyenletes, és az optikai tengelytől való távolság növekedésével növekszik
- ↑ Ezeket a sugarakat paraxiális sugaraknak is nevezik .
- ↑ A jelek szabályai és a GOST 7427-76 szerint a törő és fényvisszaverő felületek és az azokat elválasztó közegek a fényterjedés irányában követett sorrendben vannak számozva.
- ↑ Az aberrációk elmélete szerint a defókuszálás az első, azaz alacsonyabb rendű aberráció.
- ↑ A konvergáló lencsén áthaladó széles sugár összes sugarának legkeskenyebb metszéspontja a Gauss-síktól balra (fókuszpont) található, ¾ δs' távolságra.
- ↑ Ezeket a gerendákat néha középzóna gerendáknak is nevezik .
Források
- ↑ Fotokinotechnika, 1981 , p. 322.
- ↑ Volosov, 1978 , p. 133, 138.
- ↑ Kis formátumú fényképezés, 1959 , p. 292.
- ↑ Volosov, 1978 , p. 115.
- ↑ Volosov, 1978 , p. 113.
- ↑ Kis formátumú fényképezés, 1959 , p. 293.
Irodalom
- E. A. Iofis . Fényképtechnika / I. Yu. Shebalin. - M.,: "Szovjet Enciklopédia", 1981. - S. 322 . — 447 p.
- D. S. Volosov . fejezet II. A lencsék optikai aberrációi // Fényképészeti optika. - 2. kiadás - M.,: "Művészet", 1978. - S. 91-234. — 543 p.
- A. N. Vedenov. Az objektív hátrányai és korrekciója az objektívben // Kis formátumú fényképezés / I. V. Barkovsky. - L.,: Lenizdat, 1959. - S. 291-297. — 675 p.
- N. P. Zakaznov, S. I. Kiryushin, V. I. Kuzichev. V. fejezet Optikai rendszerek részletei // Optikai rendszerek elmélete / TV Abivova. - M . : "Mérnökség", 1992. - S. 53 -91. — 448 p. - 2300 példány. — ISBN 5-217-01995-6 .
- V. N. Churilovsky . I. fejezet Geometriai optika // Optikai eszközök elmélete / A. P. Grammatin. - M . : "Mérnökség", 1966. - S. 28-35. — 274 p. - 14.000 példány.
Linkek
 Szótárak és enciklopédiák |
|---|