Aberrazione sferica nelle lenti. Aberrazioni dell'obiettivo Aberrazioni del sistema ottico

e astigmatismo). Esistono aberrazioni sferiche del terzo, quinto e ordini superiori.

YouTube enciclopedico

• 1 / 5

  Distanza δs" lungo l'asse ottico tra i punti di fuga dello zero e dei raggi estremi viene chiamato aberrazione sferica longitudinale.

  Diametro δ" Il cerchio di dispersione (disco) è determinato dalla formula

  δ ′ = 2 h 1 δ s ′ a ′ (\displaystyle (\delta ")=(\frac (2h_(1)\delta s")(a"))),

  • 2H 1 - diametro del foro del sistema;
  • UN"- distanza dal sistema al punto dell'immagine;
  • δs"- aberrazione longitudinale.

  Per oggetti situati all'infinito

  A′ = f′ (\displaystyle (a")=(f")),

  Per costruire una curva caratteristica dell'aberrazione sferica longitudinale, l'aberrazione sferica longitudinale viene tracciata lungo l'asse delle ascisse. δs", e lungo l'asse delle ordinate - le altezze dei raggi sulla pupilla d'ingresso H. Per costruire una curva simile per l'aberrazione trasversale, le tangenti degli angoli di apertura nello spazio dell'immagine sono tracciate lungo l'asse x, e i raggi dei cerchi di dispersione sono tracciati lungo l'asse delle ordinate. δg"

  Combinando lenti così semplici, l'aberrazione sferica può essere corretta in modo significativo.

  Riduzione e correzione

  In alcuni casi, una piccola quantità di aberrazione sferica di terzo ordine può essere corretta sfocando leggermente l'obiettivo. In questo caso, il piano dell'immagine si sposta sul cosiddetto “migliori piani di installazione”, situato, di regola, nel mezzo, tra l'intersezione dei raggi assiali ed estremi, e non coincidente con il punto di intersezione più stretto di tutti i raggi di un raggio ampio (disco di minima dispersione). Questa discrepanza è spiegata dalla distribuzione dell'energia luminosa nel disco di minima dispersione, formando i massimi di illuminazione non solo al centro, ma anche ai bordi. Cioè possiamo dire che il “disco” è un anello luminoso con un punto centrale. Pertanto, la risoluzione del sistema ottico nel piano coincidente con il disco di minor diffusione sarà inferiore, nonostante il minor valore di aberrazione sferica trasversale. L'idoneità di questo metodo dipende dall'entità dell'aberrazione sferica e dalla natura della distribuzione dell'illuminazione nel disco di diffusione.

  L'aberrazione sferica può essere corretta con successo utilizzando una combinazione di lenti positive e negative. Inoltre, se le lenti non aderiscono tra loro, oltre alla curvatura delle superfici dei componenti, l'entità dell'aberrazione sferica sarà influenzata anche dalla dimensione del traferro (anche se le superfici che limitano questo traferro hanno la stessa curvatura). Con questo metodo di correzione, le aberrazioni cromatiche vengono solitamente corrette.

  A rigor di termini, l'aberrazione sferica può essere completamente corretta solo per qualche coppia di zone strette e, inoltre, solo per alcuni due punti coniugati. Tuttavia, in pratica, la correzione può essere abbastanza soddisfacente anche per i sistemi a due lenti.

  In genere, l'aberrazione sferica viene eliminata per un valore di altezza H 0 corrispondente al bordo della pupilla del sistema. In questo caso, il valore più alto di aberrazione sferica residua è previsto in quota H e determinato da una semplice formula
  h e h 0 = 0,707 (\displaystyle (\frac (h_(e))(h_(0)))=(0,707))

  Aberrazione sferica ()

  Se tutti i coefficienti, ad eccezione di B, sono uguali a zero, allora (8) assume la forma

  Le curve di aberrazione in questo caso hanno la forma di cerchi concentrici, i cui centri si trovano nel punto dell'immagine parassiale, e i raggi sono proporzionali alla terza potenza del raggio della zona, ma non dipendono dalla posizione () di l'oggetto nella zona visiva. Questo difetto dell'immagine è chiamato aberrazione sferica.

  L'aberrazione sferica, essendo indipendente, distorce sia i punti in asse che quelli fuori asse dell'immagine. I raggi che emergono dal punto assiale di un oggetto e formano angoli significativi con l'asse lo intersecheranno nei punti che si trovano davanti o dietro il fuoco parassiale (Fig. 5.4). Il punto in cui i raggi provenienti dal bordo del diaframma si intersecano con l'asse era chiamato fuoco marginale. Se lo schermo nell'area dell'immagine è posizionato ad angolo retto rispetto all'asse, allora esiste una posizione dello schermo in cui la macchia rotonda dell'immagine su di esso è minima; questa “immagine” minima è chiamata il cerchio più piccolo di dispersione.

  Coma()

  Un'aberrazione caratterizzata da un coefficiente F diverso da zero è chiamata coma. I componenti dell'aberrazione della radiazione in questo caso hanno, secondo (8). visualizzazione

  

  Come vediamo, con un raggio di zona fisso, un punto (vedi Fig. 2.1) quando cambia da 0 a due volte descrive un cerchio nel piano dell'immagine. Il raggio del cerchio è uguale e il suo centro è ad una distanza dal fuoco parassiale verso valori negativi A. Di conseguenza, questo cerchio tocca due rette passanti per l'immagine parassiale e componenti con l'asse A angoli di 30°. Se vengono utilizzati tutti i valori possibili, l'insieme di cerchi simili forma un'area limitata dai segmenti di queste linee rette e dall'arco del cerchio di aberrazione più grande (Fig. 3.3). Le dimensioni dell'area risultante aumentano linearmente con l'aumentare della distanza del punto dell'oggetto dall'asse del sistema. Quando la condizione Abbe senes è soddisfatta, il sistema fornisce un'immagine nitida di un elemento del piano dell'oggetto situato in prossimità dell'asse. Di conseguenza, in questo caso, l'espansione della funzione di aberrazione non può contenere termini che dipendono linearmente da. Ne consegue che se la condizione sinusale è soddisfatta, non vi è coma primario.

  Astigmatismo () e curvatura del campo ()

  È più conveniente considerare insieme le aberrazioni caratterizzate dai coefficienti C e D. Se tutti gli altri coefficienti in (8) sono uguali a zero, allora

  Per dimostrare l'importanza di tali aberrazioni, supponiamo innanzitutto che il raggio dell'immagine sia molto stretto. Secondo il § 4.6, i raggi di un tale raggio intersecano due brevi segmenti di curve, uno dei quali (linea focale tangenziale) è ortogonale al piano meridionale, e l'altro (linea focale sagittale) giace in questo piano. Consideriamo ora la luce proveniente da tutti i punti della regione finita del piano dell'oggetto. Le linee focali nello spazio dell'immagine si trasformeranno in superfici focali tangenziali e sagittali. In prima approssimazione queste superfici possono essere considerate sfere. Siano e i loro raggi, che sono considerati positivi se i corrispondenti centri di curvatura si trovano dall'altra parte del piano dell'immagine da cui si propaga la luce (nel caso mostrato in Fig. 3.4. i).

  I raggi di curvatura possono essere espressi attraverso i coefficienti CON E D. Per fare ciò, quando si calcolano le aberrazioni dei raggi tenendo conto della curvatura, è più conveniente utilizzare le coordinate ordinarie piuttosto che le variabili Seidel. Abbiamo (Fig. 3.5)

  

  Dove tu- piccola distanza tra la linea focale sagittale e il piano dell'immagine. Se vè quindi la distanza da questa linea focale all'asse

  
  

  se ancora trascurato E rispetto a, quindi da (12) troviamo

  

  Allo stesso modo

  

  Scriviamo ora queste relazioni in termini di variabili Seidel. Sostituendo in esse la (2.6) e la (2.8), otteniamo

  

  e allo stesso modo

  

  Nelle ultime due relazioni possiamo sostituire con e quindi, utilizzando la (11) e la (6), otteniamo

  Misurare 2C+D solitamente chiamato curvatura del campo tangenziale, grandezza D -- curvatura del campo sagittale, e la loro metà

  che è proporzionale alla loro media aritmetica, - semplicemente curvatura del campo.

  Dalle (13) e (18) segue che ad una altezza dall'asse la distanza tra le due superfici focali (cioè la differenza astigmatica del fascio che forma l'immagine) è pari a

  

  Mezza differenza

  

  chiamato astigmatismo. In assenza di astigmatismo (C = 0) abbiamo. Raggio R La superficie focale totale, coincidente, può in questo caso essere calcolata utilizzando una semplice formula, che comprende i raggi di curvatura delle singole superfici del sistema e gli indici di rifrazione di tutti i mezzi.

  Distorsione()

  Se nelle relazioni (8) solo il coefficiente è diverso da zero E, Quello

  Poiché questo non include le coordinate e, la visualizzazione sarà stigmatica e non dipenderà dal raggio della pupilla di uscita; tuttavia, le distanze dei punti dell'immagine rispetto all'asse non saranno proporzionali alle distanze corrispondenti dei punti dell'oggetto. Questa aberrazione è chiamata distorsione.

  In presenza di tale aberrazione, l'immagine di qualsiasi linea nel piano dell'oggetto che passa per l'asse sarà una linea retta, ma l'immagine di qualsiasi altra linea sarà curva. Nella fig. 3.6, e l'oggetto viene rappresentato sotto forma di un reticolo di rette parallele agli assi X E A e situati alla stessa distanza l'uno dall'altro. Riso. 3.6. b illustra il cosiddetto distorsione a barilotto (E>0), e la fig. 3.6. V- distorsione a cuscinetto (E<0 ).

  
  

  Riso. 3.6.

  È stato precedentemente affermato che delle cinque aberrazioni Seidel, tre (sferica, coma e astigmatismo) interferiscono con la nitidezza dell'immagine. Gli altri due (curvatura e distorsione del campo) cambiano posizione e forma. In generale, è impossibile costruire un sistema che sia esente sia da tutte le aberrazioni primarie sia da quelle di ordine superiore; dobbiamo quindi sempre cercare qualche soluzione di compromesso adeguata che tenga conto dei loro valori relativi. In alcuni casi, le aberrazioni di Seidel possono essere significativamente ridotte da aberrazioni di ordine superiore. In altri casi è necessario eliminare completamente alcune aberrazioni, anche se compaiono altri tipi di aberrazioni. Ad esempio, nei telescopi il coma deve essere completamente eliminato, perché se fosse presente l'immagine risulterà asimmetrica e tutte le misurazioni di precisione della posizione astronomica non avranno alcun significato . D'altra parte, la presenza di qualche curvatura di campo e la distorsione è relativamente innocua poiché può essere eliminata mediante calcoli appropriati.

  aberrazione ottica distorsione astigmatismo cromatico

  Il verificarsi di questo errore può essere rintracciato utilizzando esperimenti facilmente accessibili. Prendiamo una semplice lente convergente 1 (ad esempio una lente piano-convessa) con il diametro più grande possibile e una lunghezza focale piccola. Una sorgente luminosa piccola e allo stesso tempo abbastanza brillante può essere ottenuta praticando un foro in un grande schermo 2 con un diametro di circa , e fissando davanti ad esso un pezzo di vetro smerigliato 3, illuminato da una potente lampada da un corto distanza. È ancora meglio concentrare la luce di una torcia ad arco sul vetro smerigliato. Questo "punto luminoso" dovrebbe essere posizionato sull'asse ottico principale dell'obiettivo (Fig. 228, a).

  

  Riso. 228. Studio sperimentale dell'aberrazione sferica: a) una lente su cui cade un fascio largo dà un'immagine sfocata; b) la zona centrale dell'obiettivo restituisce un'immagine ben nitida

  Con l'aiuto di questa lente, sulla quale cadono ampi fasci di luce, non è possibile ottenere un'immagine nitida della sorgente. Non importa come muoviamo lo schermo 4, produce un'immagine piuttosto sfocata. Ma se limiti i raggi che cadono sull'obiettivo posizionando davanti ad esso un pezzo di cartone 5 con un piccolo foro opposto alla parte centrale (Fig. 228, b), l'immagine migliorerà notevolmente: puoi trovare una posizione del genere per lo schermo 4 che l'immagine della sorgente su di esso sarà abbastanza nitida. Questa osservazione è del tutto coerente con ciò che sappiamo dell'immagine ottenuta in una lente che utilizza fasci parassiali stretti (cfr. §89).

  

  Riso. 229. Schermo con fori per lo studio dell'aberrazione sferica

  Sostituiamo ora il cartoncino con foro centrale con un cartoncino con fori piccoli situato lungo il diametro della lente (Fig. 229). Il percorso dei raggi che passano attraverso questi fori può essere tracciato se l'aria dietro la lente è leggermente affumicata. Troveremo che i raggi che passano attraverso fori posti a diverse distanze dal centro della lente si intersecano in punti diversi: più il raggio esce dall'asse della lente, più viene rifratto e più vicino alla lente è il punto della sua intersezione con l'asse.

  Pertanto, i nostri esperimenti mostrano che i raggi che passano attraverso zone separate della lente situate a diverse distanze dall'asse danno immagini della sorgente che si trova a diverse distanze dalla lente. In una determinata posizione dello schermo, verranno visualizzate diverse zone dell'obiettivo: alcune sono più nitide, altre sono immagini più sfocate della sorgente, che si fonderanno in un cerchio luminoso. Di conseguenza, una lente di grande diametro produce un'immagine di una sorgente puntiforme non sotto forma di un punto, ma sotto forma di un granello di luce sfocata.

  Pertanto, quando si utilizzano fasci di luce ampi, non otteniamo un'immagine puntiforme anche quando la sorgente si trova sull'asse principale. Questo errore nei sistemi ottici è chiamato aberrazione sferica.

  

  Riso. 230. L'emergenza dell'aberrazione sferica. I raggi che emergono dalla lente a diverse altezze sopra l'asse danno immagini di un punto in punti diversi

  Per le lenti negative semplici, a causa dell'aberrazione sferica, anche la lunghezza focale dei raggi che passano attraverso la zona centrale della lente sarà maggiore rispetto ai raggi che passano attraverso la zona periferica. In altre parole, un raggio parallelo che passa attraverso la zona centrale della lente divergente diventa meno divergente di un raggio che passa attraverso le zone esterne. Forzando la luce dopo una lente convergente a passare attraverso una lente divergente, aumentiamo la lunghezza focale. Questo aumento sarà, tuttavia, meno significativo per i raggi centrali che per i raggi periferici (Fig. 231).

  

  Riso. 231. Aberrazione sferica: a) in una lente collettrice; b) in una lente divergente

  Pertanto, la lunghezza focale maggiore della lente convergente corrispondente ai raggi centrali aumenterà meno della lunghezza focale minore dei raggi periferici. Di conseguenza, la lente divergente, a causa della sua aberrazione sferica, equalizza la differenza di lunghezza focale dei raggi centrali e periferici, causata dall'aberrazione sferica della lente collettrice. Calcolando correttamente la combinazione di lenti convergenti e divergenti, possiamo effettuare questo allineamento in modo così completo che l'aberrazione sferica di un sistema di due lenti sarà praticamente ridotta a zero (fig. 232). Di solito entrambe le lenti semplici vengono incollate insieme (Fig. 233).

  

  Riso. 232. Correzione dell'aberrazione sferica mediante combinazione di lente convergente e divergente

  

  Riso. 233. Lente astronomica incollata, corretta per l'aberrazione sferica

  Da quanto sopra è chiaro che la distruzione dell'aberrazione sferica viene effettuata mediante una combinazione di due parti del sistema, le cui aberrazioni sferiche si compensano reciprocamente. Facciamo lo stesso quando correggiamo altre carenze del sistema.

  Un esempio di sistema ottico con aberrazione sferica eliminata sono le lenti astronomiche. Se la stella si trova sull'asse della lente, la sua immagine non è praticamente distorta dall'aberrazione, sebbene il diametro della lente possa raggiungere diverse decine di centimetri.

  Aberrazione è un termine polisemantico che viene utilizzato in vari campi del sapere: astronomia, ottica, biologia, fotografia, medicina e altri. Cosa sono le aberrazioni e quali tipi di aberrazioni esistono saranno discussi in questo articolo.

  Significato del termine

  La parola "aberrazione" deriva dalla lingua latina e letteralmente si traduce come "deviazione, distorsione, rimozione". Pertanto, l'aberrazione è il fenomeno della deviazione da un determinato valore.

  In quali ambiti scientifici si può osservare il fenomeno dell’aberrazione?

  Aberrazione in astronomia

  In astronomia viene utilizzato il concetto di aberrazione della luce. Si intende lo spostamento visivo di un corpo celeste o di un oggetto. È causato dalla velocità di propagazione della luce rispetto all'oggetto osservato e all'osservatore. In altre parole, un osservatore in movimento vede un oggetto in un luogo diverso da dove lo osserverebbe se fosse fermo. Ciò è dovuto al fatto che il nostro pianeta è in costante movimento, quindi lo stato di riposo dell’osservatore è fisicamente impossibile.

  Poiché il fenomeno dell’aberrazione è causato dal movimento della Terra, ne esistono due tipologie:

  • aberrazione quotidiana: la deviazione è causata dalla rotazione quotidiana della Terra attorno al proprio asse;
  • aberrazione annuale: causata dalla rivoluzione del pianeta attorno al Sole.

  Questo fenomeno fu scoperto nel 1727 e da allora molti scienziati hanno prestato attenzione all'aberrazione della luce: Thomas Young, Airy, Einstein e altri.

  Aberrazione del sistema ottico

  Un sistema ottico è un insieme di elementi ottici che convertono i fasci luminosi. Il sistema più importante di questo tipo per l'uomo è l'occhio. Tali sistemi vengono utilizzati anche per progettare strumenti ottici: fotocamere, telescopi, microscopi, proiettori, ecc.

  Le aberrazioni ottiche sono varie distorsioni delle immagini nei sistemi ottici che influenzano il risultato finale.

  Quando un oggetto si allontana dal cosiddetto asse ottico, si verifica la dispersione dei raggi, l'immagine finale è poco chiara, sfocata, sfocata o ha un colore diverso da quella originale. Questa è un'aberrazione. Quando si determina il grado di aberrazione, è possibile utilizzare formule speciali per calcolarlo.

  L'aberrazione dell'obiettivo è divisa in diversi tipi.

  Aberrazioni monocromatiche

  In un sistema ottico perfetto, anche il raggio proveniente da ciascun punto dell'oggetto è concentrato in un punto in uscita. In pratica questo risultato è impossibile da ottenere: il fascio, arrivando in superficie, si concentra in punti diversi. È questo fenomeno di aberrazione che fa sì che l'immagine finale diventi sfocata. Queste distorsioni sono presenti in qualsiasi sistema ottico reale ed è impossibile eliminarle.

  Aberrazione cromatica

  Questo tipo di aberrazione è causato dal fenomeno della dispersione: diffusione della luce. Colori diversi dello spettro hanno velocità di propagazione e gradi di rifrazione diversi. Pertanto, la lunghezza focale risulta essere diversa per ciascun colore. Ciò porta alla comparsa di contorni colorati o aree di colore diverso nell'immagine.

  

  Il fenomeno dell'aberrazione cromatica può essere ridotto utilizzando speciali lenti acromatiche negli strumenti ottici.

  Aberrazione sferica

  Un fascio di luce ideale in cui tutti i raggi passano attraverso un solo punto è detto omocentrico.

  Con il fenomeno dell'aberrazione sferica, i raggi luminosi che passano a distanze diverse dall'asse ottico cessano di essere omocentrici. Questo fenomeno si verifica anche quando il punto di origine si trova direttamente sull'asse ottico. Nonostante i raggi viaggino simmetricamente, i raggi distanti sono soggetti a una rifrazione più forte e il punto finale acquisisce un'illuminazione non uniforme.

  

  Il fenomeno dell'aberrazione sferica può essere ridotto utilizzando una lente con un raggio superficiale maggiore.

  Distorsione

  Il fenomeno della distorsione (curvatura) si manifesta nella discrepanza tra la forma dell'oggetto originale e la sua immagine. Di conseguenza, nell'immagine appaiono contorni distorti dell'oggetto. possono essere di due tipi: concavità dei contorni o loro convessità. Con il fenomeno della distorsione combinata, l'immagine può presentare uno schema di distorsione complesso. Questo tipo di aberrazione è causato dalla distanza tra l'asse ottico e la sorgente.

  Il fenomeno della distorsione può essere corretto mediante una speciale selezione delle lenti nel sistema ottico. Gli editor grafici possono essere utilizzati per correggere le fotografie.

  

  Coma

  Se il raggio di luce passa ad angolo rispetto all'asse ottico, si osserva il fenomeno del coma. L'immagine del punto in questo caso ha l'aspetto di una macchia sparsa, che ricorda una cometa, da qui il nome di questo tipo di aberrazione. Quando si fotografa, il coma appare spesso quando si scatta con un'apertura aperta.

  Questo fenomeno può essere corretto, come nel caso delle aberrazioni o distorsioni sferiche, selezionando le lenti, nonché mediante l'apertura, riducendo la sezione trasversale del raggio luminoso utilizzando i diaframmi.

  Astigmatismo

  Con questo tipo di aberrazione, un punto non situato sull'asse ottico può assumere nell'immagine l'aspetto di un ovale o di una linea. Questa aberrazione è causata da diverse curvature della superficie ottica.

  Questo fenomeno viene corretto selezionando una curvatura superficiale e uno spessore della lente speciali.

  Queste sono le principali aberrazioni caratteristiche dei sistemi ottici.

  Aberrazioni cromosomiche

  Questo tipo di aberrazione si manifesta con mutazioni e riarrangiamenti nella struttura dei cromosomi.

  Un cromosoma è una struttura nel nucleo cellulare responsabile della trasmissione delle informazioni ereditarie.

  Le aberrazioni cromosomiche di solito si verificano durante la divisione cellulare. Sono intracromosomici e intercromosomici.

  Tipi di aberrazioni:

  
  

  Le cause delle aberrazioni cromosomiche sono le seguenti:

  • esposizione a microrganismi patogeni - batteri e virus che penetrano nella struttura del DNA;
  • fattori fisici: radiazioni, ultravioletti, temperature estreme, pressione, radiazioni elettromagnetiche, ecc.;
  • composti chimici di origine artificiale: solventi, pesticidi, sali di metalli pesanti, ossido nitrico, ecc.

  Le aberrazioni cromosomiche portano a gravi conseguenze per la salute. Le malattie che causano portano solitamente i nomi degli specialisti che le hanno descritte: sindrome di Down, sindrome di Shershevsky-Turner, sindrome di Edwards, sindrome di Klinefelter, sindrome di Wolf-Hirschhorn e altre.

  Molto spesso, le malattie provocate da questo tipo di aberrazione colpiscono l'attività mentale, la struttura scheletrica, i sistemi cardiovascolare, digestivo e nervoso e la funzione riproduttiva del corpo.

  Non è sempre possibile prevedere la probabilità che si verifichino queste malattie. Tuttavia, già nella fase di sviluppo perinatale del bambino, con l'aiuto di studi speciali, si possono vedere le patologie esistenti.

  Aberrazione in entomologia

  L'entomologia è una branca della zoologia che studia gli insetti.

  Questo tipo di aberrazione appare spontaneamente. Di solito si esprime in un leggero cambiamento nella struttura corporea o nel colore degli insetti. Molto spesso, l'aberrazione si osserva nei lepidotteri e nei coleotteri.

  Le ragioni della sua comparsa sono l'influenza di fattori cromosomici o fisici sugli insetti nella fase precedente all'imago (adulto).

  

  Pertanto, l'aberrazione è un fenomeno di deviazione, distorsione. Questo termine appare in molti campi scientifici. Viene spesso utilizzato in relazione ai sistemi ottici, alla medicina, all'astronomia e alla zoologia.

  Fig. 1 Illustrazione dell'aberrazione sferica non corretta. La superficie alla periferia della lente ha una lunghezza focale inferiore a quella al centro.

  La maggior parte degli obiettivi fotografici sono costituiti da elementi con superfici sferiche. Tali elementi sono relativamente facili da produrre, ma la loro forma non è ideale per la formazione dell'immagine.

  Aberrazione sferica- questo è uno dei difetti nella formazione dell'immagine che si verifica a causa della forma sferica della lente. Riso. La Figura 1 illustra l'aberrazione sferica per una lente positiva.

  I raggi che attraversano la lente più lontano dall'asse ottico vengono focalizzati nella posizione Con. I raggi che passano più vicini all'asse ottico vengono focalizzati nella posizione UN, sono più vicini alla superficie della lente. Pertanto, la posizione del fuoco dipende dalla posizione in cui i raggi passano attraverso l'obiettivo.

  Se il fuoco laterale è più vicino alla lente rispetto al fuoco assiale, come accade con una lente positiva Fig. 1, allora dicono che è un'aberrazione sferica non corretto. Al contrario, se il fuoco marginale è dietro il fuoco assiale, si dice che lo sia l'aberrazione sferica ri-corretto.

  L'immagine di un punto realizzata da una lente con aberrazioni sferiche è solitamente ottenuta da punti circondati da un alone di luce. L'aberrazione sferica di solito appare nelle fotografie attenuando il contrasto e offuscando i dettagli più fini.

  L'aberrazione sferica è uniforme su tutto il campo, il che significa che la messa a fuoco longitudinale tra i bordi della lente e il centro non dipende dall'inclinazione dei raggi.

  Dalla Fig. 1 sembra che sia impossibile ottenere una buona nitidezza su un obiettivo con aberrazione sferica. In qualsiasi posizione dietro la lente dell'elemento fotosensibile (pellicola o sensore), invece di un punto chiaro, verrà proiettato un disco sfocato.

  Esiste però una messa a fuoco geometricamente "migliore" che corrisponde al disco di minor sfocatura. Questo insieme unico di coni di luce ha una sezione trasversale minima, in posizione B.

  Spostamento del focus

  Quando il diaframma è dietro l'obiettivo si verifica un fenomeno interessante. Se il diaframma è chiuso in modo tale da interrompere i raggi alla periferia dell'obiettivo, la messa a fuoco si sposta a destra. Con un'apertura molto chiusa, nella posizione si osserverà la migliore messa a fuoco C, ovvero, le posizioni dei dischi con la minore sfocatura quando l'apertura è chiusa e quando l'apertura è aperta differiranno.

  Per ottenere la migliore nitidezza ad apertura chiusa, la matrice (pellicola) deve essere posizionata nella posizione C. Questo esempio mostra chiaramente che esiste la possibilità che non venga raggiunta la migliore nitidezza, poiché la maggior parte dei sistemi fotografici sono progettati per funzionare con un'ampia apertura.

  Il fotografo mette a fuoco con l'apertura completamente aperta e proietta sul sensore il disco meno sfocato nella posizione. B, poi durante lo scatto l'apertura si chiude automaticamente al valore impostato e lui non sospetta nulla di ciò che segue in questo momento spostamento del fuoco, che gli impedisce di ottenere la migliore nitidezza.

  Naturalmente un'apertura chiusa riduce le aberrazioni sferiche anche in corrispondenza della punta B, ma comunque non avrà la massima nitidezza.

  Gli utenti DSLR possono chiudere l'apertura di anteprima per mettere a fuoco sull'apertura effettiva.

  Norman Goldberg ha proposto una compensazione automatica per gli spostamenti del focus. Zeiss ha lanciato una linea di obiettivi per telemetro per fotocamere Zeiss Ikon che presentano un design appositamente progettato per ridurre al minimo lo spostamento della messa a fuoco al variare dei valori di apertura. Allo stesso tempo, le aberrazioni sferiche negli obiettivi per le fotocamere a telemetro vengono notevolmente ridotte. Quanto è importante lo spostamento della messa a fuoco per gli obiettivi delle fotocamere a telemetro, chiedi? Secondo il produttore dell'obiettivo LEICA NOCTILUX-M 50mm f/1, questo valore è di circa 100 micron.

  Motivo di sfocatura fuori fuoco

  L'effetto delle aberrazioni sferiche su un'immagine a fuoco è difficile da distinguere, ma può essere chiaramente visto in un'immagine leggermente sfocata. L'aberrazione sferica lascia una traccia visibile nell'area fuori fuoco.

  Ritornando alla Fig. 1, si può notare che la distribuzione dell'intensità luminosa nel disco di sfocatura in presenza di aberrazione sferica non è uniforme.

  Incinta C un disco sfocato è caratterizzato da un nucleo luminoso circondato da un debole alone. Mentre il quadrante di sfocatura è in posizione UN ha un nucleo più scuro circondato da un anello luminoso di luce. Tali distribuzioni anomale della luce possono apparire nell'area fuori fuoco dell'immagine.

  Riso. 2 Cambiamenti nella sfocatura davanti e dietro il punto di messa a fuoco

  Esempio nella fig. 2 mostra un punto al centro dell'inquadratura, ripreso in modalità macro 1:1 con un obiettivo 85/1.4 montato su un obiettivo macro a soffietto. Quando il sensore si trova 5 mm dietro la messa a fuoco migliore (punto centrale), il disco di sfocatura mostra l'effetto di un anello luminoso (punto sinistro), dischi di sfocatura simili si ottengono con lenti reflex a menisco.

  E quando il sensore è 5 mm avanti rispetto alla messa a fuoco migliore (cioè più vicino all'obiettivo), la natura della sfocatura cambia verso un centro luminoso circondato da un debole alone. Come puoi vedere, la lente ha corretto eccessivamente l'aberrazione sferica, poiché si comporta in modo opposto all'esempio in Fig. 1.

  L'esempio seguente illustra l'effetto di due aberrazioni sulle immagini sfocate.

  Nella fig. 3 mostra una croce, fotografata al centro dell'inquadratura utilizzando lo stesso obiettivo 85/1.4. Il macrofur si allunga di circa 85 mm, il che dà un aumento di circa 1:1. La fotocamera (matrice) è stata spostata con incrementi di 1 mm in entrambe le direzioni dalla messa a fuoco massima. Una croce è un'immagine più complessa di un punto e gli indicatori di colore forniscono illustrazioni visive della sua sfocatura.

  

  Riso. 3 I numeri nelle illustrazioni indicano i cambiamenti nella distanza dalla lente alla matrice, questi sono millimetri. la fotocamera si sposta da -4 a +4 mm con incrementi di 1 mm dalla posizione di messa a fuoco migliore (0)

  L'aberrazione sferica è responsabile della natura dura della sfocatura a distanze negative e della transizione alla sfocatura morbida a quelle positive. Interessanti sono anche gli effetti cromatici che derivano dall'aberrazione cromatica longitudinale (colore assiale). Se l'obiettivo è assemblato in modo inadeguato, l'aberrazione sferica e il colore assiale sono le uniche aberrazioni che appaiono al centro dell'immagine.

  Molto spesso, l'intensità e talvolta la natura dell'aberrazione sferica dipendono dalla lunghezza d'onda della luce. In questo caso, l'effetto combinato dell'aberrazione sferica e del colore assiale viene chiamato . Da ciò risulta chiaro che il fenomeno illustrato in Fig. 3 mostra che questo obiettivo non è destinato all'uso come obiettivo macro. La maggior parte degli obiettivi sono ottimizzati per la messa a fuoco a campo vicino e all'infinito, ma non per la macro 1:1. Con questo approccio, gli obiettivi normali si comporteranno peggio degli obiettivi macro, che vengono utilizzati specificamente a distanze ravvicinate.

  Tuttavia, anche se l'obiettivo viene utilizzato per applicazioni standard, lo sferocromatismo può apparire nell'area fuori fuoco durante le riprese normali e influire sulla qualità.

  conclusioni
  Naturalmente, l'illustrazione in Fig. 1 è un'esagerazione. In realtà, la quantità di aberrazioni sferiche residue negli obiettivi fotografici è piccola. Questo effetto viene notevolmente ridotto combinando gli elementi dell'obiettivo per compensare la somma delle aberrazioni sferiche opposte, l'uso di vetro di alta qualità, la geometria della lente attentamente progettata e l'uso di elementi asferici. Inoltre, è possibile utilizzare elementi flottanti per ridurre le aberrazioni sferiche entro un certo intervallo di distanze di lavoro.

  Per gli obiettivi con aberrazione sferica non corretta, un modo efficace per migliorare la qualità dell'immagine è chiudere l'apertura. Per l’elemento sottocorretto in Fig. 1 Il diametro dei dischi di sfocatura diminuisce in proporzione al cubo del diametro dell'apertura.

  Questa dipendenza può differire per le aberrazioni sferiche residue in lenti dalla progettazione complessa, ma, di norma, la chiusura dell'apertura di uno stop dà già un notevole miglioramento dell'immagine.

  In alternativa, invece di combattere l’aberrazione sferica, un fotografo può sfruttarla intenzionalmente. I filtri ammorbidenti Zeiss, nonostante la loro superficie piatta, aggiungono aberrazioni sferiche all'immagine. Sono popolari tra i fotografi ritrattisti per ottenere un effetto morbido e un'immagine impressionante.

  © Paul van Walree 2004–2015
  Traduzione: Ivan Kosarekov