Сферическая аберрация — это искажение в оптических системах из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси.

Несовпадение лучей может снижать качество изображения в светосильных объективах. Решение заключается в использовании одного или нескольких элементов специальной «асферической» формы, которые располагаются в непосредственной близости к отверстию диафрагмы. Это позволяет достичь полного совмещения лучей на всей плоскости изображения и обеспечить высокую четкость и контрастность даже при максимальном значении диафрагмы. Асферические элементы также могут использоваться в других точках оптической схемы для уменьшения искажений. Качественно изготовленные асферические элементы могут сократить общее число оптических элементов в оптической схеме, уменьшая таким образом общий размер и вес объектива.

Сферическая аберрация

Сферическую аберрацию принято рассматривать для пучка лучей, выходящего из точки предмета, расположенной на оптической оси. Однако, сферическая аберрация имеет место и для других пучков лучей, выходящих из точек предмета, удаленных от оптической оси, но в таких случаях она рассматривается как составная часть аберраций всего наклонного пучка лучей. Причём, хотя эта аберрация и называется сферической, она характерна не только для сферических поверхностей.

сферическая аберрация

В результате сферической аберрации цилиндрический пучок лучей, после преломления линзой (в пространстве изображений) получает вид не конуса, а некоторой воронкообразной фигуры, наружная поверхность которой, вблизи узкого места, называется каустической поверхностью. При этом изображение точки имеет вид диска с неоднородным распределением освещённости, а форма каустической кривой позволяет судить о характере распределения освещённости. В общем случае, фигура рассеяния, при наличии сферической аберрации, представляет собой систему концентрических окружностей с радиусами пропорциональными третьей степени координат на входном (или выходном) зрачке.

Сферическая аберрация линзы

Сферическая аберрация линзы (системы линз) объясняется тем, что её преломляющие поверхности встречают отдельные лучи сколько-нибудь широкого пучка под различными углами. Вследствие чего, более удалённые от оптической оси лучи преломляются сильнее, нежели нулевые лучи, и образуют свои точки схода удалённые от фокальной плоскости.

В отдельных случаях небольшая величина сферической аберрации третьего порядка может быть исправлена за счёт некоторой дефокусировки объектива. При этом плоскость изображения смещается к, так называемой, «плоскости лучшей установки», находящейся, как правило, посередине, между пересечением осевых и крайних лучей, и не совпадающей с самым узким местом пересечения всех лучей широкого пучка (кругом наименьшего рассеяния). Это несовпадение объясняется распределением световой энергии в круге наименьшего рассеяния, образующей максимумы освещённости не только в центре, но и на краю. То есть, можно сказать, что «круг» представляет из себя яркое кольцо с центральной точкой. Поэтому, разрешение оптической системы в плоскости совпадающей с кругом наименьшего рассеяния будет ниже, несмотря на меньшую величину поперечной сферической аберрации. Пригодность этого метода зависит от величины сферической аберрации и характера распределения освещённости в круге рассеяния.

Остаточная сферическая аберрация приводит к тому, что изображение точки так и не станет точечным. Оно останется кругом, хотя и значительно меньшего размера, чем в случае неисправленной сферической аберрации.

Для уменьшения остаточной сферической аберрации часто прибегают к рассчитанному «переисправлению» на краю зрачка системы, придавая сферической аберрации краевой зоны положительное значение (δs’ > 0). При этом, лучи, пересекающие зрачок на высоте he, перекрещиваются ещё ближе к точке фокуса, а краевые лучи, хотя и сходятся за точкой фокуса, не выходят за границы круга рассеяния. Таким образом, размер круга рассеяния уменьшается и возрастает его яркость. То есть улучшается как детальность, так и контраст изображения. Однако, в силу особенностей распределения освещённости в круге рассеяния, объективы с «переисправленной» сферической аберрацией часто обладают «двоящим» размытием вне зоны фокуса.

Курсы для фотографа:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.