Aberacija- optinų sistemų klaidos.Aberacijos- optinių sistemų klaidos, vadinamos spindulių nukreipimas nuo idealios optinės sistemos. Šiuolaikinėj foto aparatūrai keliami dideli reikalavimai.Paraksialiųjų spindulių (sklindančių arti optinės ašies) optinė sistema beveik ideali, t. y. tašką atvaizduoja tašku, tiesią liniją – tiese, plokštumą – plokštuma. Tačiau, kai šviesos atvaizdo plotis ir atstumas nuo optinės ašies yra baigtinis, pažeidžiamos paraksialiosios optikos taisyklės. Tada objekto kurio nors taško skleidžiami spinduliai, praėję pro optinę sistemą, kertasi ne viename atvaizdo plokštumos taške, o sukuria šviesią dėmelę, t. y. atvaizdas iškraipomas – pasireiškia ydos (aberacijos). Pagrindinės jų yra sferinė ir chromatinė aberacijos, astigmatizmas, atvaizdo paviršiaus iškraipymas, distorsija, koma.Paprastieji lęšiai turi begale trukumų. Daugelis trukumų pašalinama parinkinėjant eilę lęšių į vieną centruotą optinę sistemą- objektyvą. Vaizdai gauti paprastųjų lęšių pagalba, turi įvairių trukumų. Optinių sistemų klaidos vadinamos aberacijomis, kurios būna:• Sferinės• Koma• Astigmatizmai• Distorsijos• Vaizdo lauko kreivumas• Chromatinė aberacija
Sferinės aberacijos
Platesnio tarpusavyje lygiagrečių šviesos spindulių pluoštelio kraštiniai, labiau nutolę nuo optinės lęšio ašies spinduliai, perėję pro lęšį arčiau jo kraštų, kerta optinę ašį arčiau negu centriniai spinduliai (2.1 a pav., taškas Fk), sklindantys arčiau optinės ašies (taškas Fc). Šis reiškinys vadinamas sferine aberacija. Nuotolis δf tarp Fk ir Fc yra ilginės sferinės aberacijos charakteristika. Ekrane, pastatytame tarp Fk ir Fc,
matomas šviesus skritulys, kurio spindulys proporcingas lęšio paviršiaus kreivumo spindulio kubui. Tai skersinė sferinė aberacija. Ji mažiausia (skritulio spindulys mažiausias) tada, kai ekrano atstumas nuo Fc lygus ¾ δf. Tada ekrano plokštumoje, kuri vadinama geriausio nustatymo plokštuma, objekto atvaizdas yra ryškiausias.
Sferinės oberacijos schema.Sferinės oberacijos sumažinamos derinant objektyvą iš glaudžiamojo ir sklaidomojo lęšių.KomaViena iš optinių sistemų aberacijų; tai vaizdas, panašus į kometos uodegą. Jis susidaro tada, kai nuo taško, esančio ne ant optinės ašies, į lęšį krenta stiprus šviesos srautas.
Koma, tai viena iš aberacijų, kai kiekvienas optinės sistemos plotas, nutolęs nuo jos ašies atstumu d, švytinčio taško vaizdo gaunamas žiedas, radiusas kurio didesnis, kuo didesnis d. Žiedų centrai nesutampa, rezultate jų uždėjimas, t.y. taško vaizdas, bendrai duodamas sistema, įgauna nesimetrinį išsklaidymo plėmą. Koma labai didelė paraboliniuose reflektoriuose ir yra pagrindinis faktorius, ribojantis jų matymo lauką. Sudėtingose optinėse sistemose, koma koreguojama kartu su sferine aberacija parinkinėjant lęšius.
AstigmatizmasAstigmatizmas yra viena iš optinės sistemos geometrinių aberacijų. Jį lemia nevienodas optinio paviršiaus kreivumas įvairiose krintančio į tą paviršių šviesos pluoštelio skerspjūvio plokštumose.
Astigmatizmas atsiranda, kai skerspjūvio spinduliai turi skirtingus suėjimo taškus. Astigmatizmas lūžimo kampų ir jų kampų priklausomybė. Kadangi atskiri spinduliai krenta ant laužiamojo paviršiaus skirtingu kampu, tai lūžta skirtingais kampais, susikirsdami skirtingose atstumuose nuo laužiamojo paviršiaus. Be to galima rasti tokią vietą paviršiuje, kur visi spinduliai randasi vienoje plokštumoje. Tokiu būdu, astigmatinis šviesos taškas formuoja taško vaizdinį kaip dvi astigmatines fokalines linijas, tam tikrose fokalinėse paviršiuose, kurie turi formą paviršių sukimo kreivų su skirtingais parametrais, ir liečiasi sistemos ašies taške.
Astigmatizmo pavyzdžiai:
Astigmatizmo korekcija.Kadangi astigmatizmas budingas ne tik ploniems spinduliams, bet ir platiesiems, diafragma neturi jokios įtakos aberacijos dydžiui. Todėl, kaip ir kitos aberacijos, astigmatizmas koreguojamas parenkant optinių komponentų kreivumą ir storį, o taipogi oro tarpų tarp jų.
Vienu iš pavyzdžiu paprastojo objektyvo su ištaisytu astigmatizmu, bus William Wollaston’o objektyvas minoklis.Čia spinduliai nukreipiami apertūrinės diafragmos pagalba ir, pasitinkami meniskinio lęšio, su neženkliu kampu prie normalių. Šiuo atveju, teigiamas astigmatizmas galinio (išgaubto) menisko paviršiaus, yra toks mažas, kad galima būtu kompensuoti neigiamą astigmatizmą priekio (įgaubtas) paviršiaus.
Tačiau šiuo atvėju ,net pilnai pašalinus astigmatizmą, vaizdo paviršiaus kreivumas bus gana didelis. Tokiu budu sukoreguotas astigmatizmas dar negarantuoja ryškumo visame vaizdo lauke.
Distorsija.Distorsija (lot. Distorsio, distortio- kreivumas)- optinių sistemų aberacija, sukurtas atvaizdas iškraipomas dėl nevienodo įvairių atvaizdo dalių ilginio didinimo. Distorsinis atvaizdo iškraipymas geriau matomas, kai tarp objekto AB ir lęšio L
arba tarp lęšio L ir atvaizdo A’B’ yra skylinė diafragma D.
Objekto ir lęšio matmenys turi būti dideli, lyginant su skylės skersmeniu. Pirmuoju atveju susidaro „statinės“ formos atvaizdas.
Iš tiesų, jei taškas A′ yra paradoksaliųjų spindulių sukurtas taško A atvaizdas (pirmas pav.), analogiškai taško B atvaizdas turėtų būti B′′. Tačiau iš taško B sklindančių spindulių reali eiga yra kitokia. Šie spinduliai, pereinantys lęšį arčiau kraštų, lūžę susikerta arčiau lęšio negu spinduliai, pereinantys arčiau lęšio centro. Dėl to atvaizdas susikuria taške B′, t. y. arčiau lęšio ir optinės ašies negu B′′. Šis efektas tuo stipresnis, kuo objekto taškas yra toliau nuo optinės ašies. Taškui B poslinkis yra didžiausias, C – mažesnis, o E – dar mažesnis. Todėl vienodo ilgio atkarpų AE ir CB atvaizdų A′E′ ir C′B′ projekcijos ekrane K yra nevienodos. Projekcija A′E′ yra didesnė negu C′B′. Centrinių objekto dalių atvaizdas padidintas labiau negu kraštinių.Kai diafragma yra tarp lęšio ir atvaizdo (antras pav.), dėl ankščiau minėtų priežasčių taško B atvaizdas yra arčiau lęšio, bet toliau nuo optinės ašies negu B′′. Dėl to kraštinių objekto dalių atvaizdas yra labiau padidintas negu centrinių ir atvaizdas yra „pagalvės“ formos.
Distorsija koreguojama parinkinėjant lęšius ir kitų optinės sistemos elementus. Esant skaitmeniniam atvaizde, gali būti ištaisyta programos pagalba.
Vaizdo lauko kreivumas.Aberacija, kurios rezultate plokščio objekto atvaizdas, perpendekuliarus objektyvo optinei ašiai, guli įgaubtame arba išgaubtame objektyvo pavišiuje. Ši aberacija duoda nevienodą ryškumą ryškumo zonoje. Todėl, kai centrinė atvaizdo dalis yra fokuse, tai jo kraštai bus neryškus. Jeigu ryškumą suvesti į kraštus, tai jo centras bus neryškus.
Vaizdo lauko kreivumas koreguojamas parinkinėjant lęšių paviršius, jų storį ir atstumą tarp jų. Kad aberacija būtu gerai panaikinta, įskaitant ir kitas aberacijas, paprastai reikia, kad objektyvas turėtu nemažiau dvejus neigiamus lęšius. Kitas lauko kreivumo dalinio kompensavimo metodas, kai trečiojo lygmens kreivumas kompensuojamas penktojo lygmens kreivumu. Tai lengviausiai pasiekti padidinus vieno iš lęšio storį. Jeigu “eiti” nuo optinės ašies, ryškaus atvaizdo paviršius pradžiai nukrypsta nuo liečiančios plokštumos, o arčiau krašto vėl artėja. Šis metodas naudojamas plačiakampiuose objektyvuose. Jeigu objektyve su fiksuotu židinio nuotoliu leidžiamoji geba kraštuose yra aukštesnė, nei lauke, kaip taisyklė, tai reiškia, kad buvo panaudotas būtent šis metodas.
Chromatinė aberacija.Chromatinė aberacija yra lęšio ar objektyvo židinio ilgio priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio. Chromatinė aberacija atsiranda dėl to, kad stiklo lūžio rodiklis vis didėja trumpėjant spindulių bangos ilgiui. Dėl šios priežąsties violetinių spindulių židinys yra arčiau lęšio, negu raudonųjų spindulių. Visi refraktoriai turi vieną bendrą trūkumą: jie sukuria netikrom spalvom nuspalvintą vaizdą. Tai lemia šviesos prigimtis. Siekiant išvengti chromatinės aberacijos yra naudojami achromatiniai objektyvai. Veidrodinės optikos reflektoriniai veidrodžiai šių trūkumų neturi.
1- chroamtinė aberacija
2- jos korekcija su achromatiniu lęšiu
Optinis stiklas i kiti optiniai irenginiai būna dispertiški, lūžio rodiklis yra skirtingas skirtingos spalvos spinduliams. Mėlynų spindulių lūžio koeficientas yra didesnis, nei raudonų, todėl jų fokusas FC randasi arčiau lęšio galinio pagrindinio taško, nei raudonųjų spindulių fokusas FK. Iš čia išeina, kad baltajai šviesai vienas fokusas neegzistuoja, o yra visų spalvų spindulių fokusų rinkinys.
Chromatinės aberacijos fotografuojamuose objektuose kruopščiai šalinamos. Lęšių sistema, kuriose suartinti fokusai dviejų ( pavyzdžiui, geltonų ir mėlinų) spindulių, vadinama achromatinė, o kuriose suartinti fokusai trijų ir daugiau spindulių, vadinama apochromatine.Chromatinės aberacijos korekcijos schema:1- kronas2- flintas3- žalias spindulys4- raudono ir mėlyno spindulių susiėjimo taškas