Хроматизм в оптике: \»врага надо знать в лицо!\»

Статья Аберрации телескопов и тестирование оптики

Оптика телескопа абсолютно совершенной может быть лишь в теории – в математических расчётах и то далеко не всегда. Тонкая структура правильного изображения телескопа нарушается вмешательством множества факторов. Это могут быть аберрации присущие самой оптической системе, но также искажения изображения, вызванные некоторыми механическими узлами телескопа, температурной средой в трубе и турбуленцией атмосферы.

Любитель астрономии, требующий от своего телескопа действительно высокого качества изображения всегда должен осознавать, каким видам аберраций подвержен его телескоп, и с какими разновидностями подобных искажений можно вполне успешно бороться, выявив причину.

Введение

Не особо вдаваясь в тонкости теории распространения света, необходимо выделить несколько основоположных понятий. Ещё со школьной скамьи нам известно, что свет, как и любое другое излучение имеет волновую природу.

В однородной среде волны света имеют сферическую форму, которые и образуют волновой фронт, о котором мы ещё поговорим ниже. Нормали к фронту, вдоль которых, собственно и распространяется свет, называют лучами. В контексте астрономических наблюдений мы работаем с параллельным пучком света, источник которого находится в «бесконечности».

Задача телескопа собрать параллельный пучок света от наблюдаемого объекта в одну точку в фокусе, чего можно добиться, придав поверхности объектива определённую кривизну. Но важно также понимать саму природу взаимодействия света с оптическими деталями.

В вакууме скорость распространения света составляет приблизительно 300 тыс. км/сек, но попадая в более плотную среду, свет двигается медленней и отношение между скоростью распространения света в абсолютно разряженной среде со скоростью распространения в веществе называют коэффициентом преломления. Соответственно, чем меньше скорость света в среде, тем выше коэффициент его преломления.

Но здесь не так всё просто, свет от небесных объектов может иметь разные длины волн и, попадая в оптическую среду, волны разной длинны имеют разный коэффициент преломления. Следствием этого является разложение света на спектр – это явление называется дисперсией света. Именно этими вещами обусловлена значительная часть проблем линзовых объективов.

Зеркальные телескопы лишены проблем связанных с дисперсией света, т.к. зеркало не пропускает свет, а имеет лишь одну поверхность, покрытую светоотражающим слоем. При попадании лучей на поверхность зеркала, они отражаются под углом к самой поверхности равным углу падения. То есть плоское зеркало отражает попавший на него параллельный пучок света под углом 90 градусов к поверхности и оставляет пучок всё таким же параллельным, а вогнутое зеркало телескопа отражает свет под меньшим углом, собирая пучок света в фокус. Из этого выходит, что фокусное расстояние телескопа всецело зависит от угла отражения света, а, следовательно, и величины кривизны зеркала.

 

В данном случае мы рассмотрели явления связанные с пучком света, попавшим в объектив от точечного источника, например одной звезды, которая находится точно на оптической оси телескопа. Но ведь телескоп строит изображения и более сложных объектов. Наклонные пучки света, попадающие в объектив телескопа под некоторым углом к оптической оси, всё также собираются телескопом в фокус, но уже не точно на оптической оси, а немного сбоку. Масса изображений точек собранных телескопом в фокус и определяет так называемую фокальную плоскость, или изображение наблюдаемого объекта, построенное телескопом. От величины апертуры и, как следствие, светособирающих способностей, разрешения и зависит детальность изображения в фокальной плоскости, которое мы рассматриваем с помощью окуляра.

Исходя из вышесказанного, не особо углубляясь в расчёты, можно сделать вывод, что телескоп должен строить в фокальной плоскости изображение «бесконечно» удалённой звезды в виде точки. Но на практике, при большом увеличении звезда в телескоп выглядит как маленький кружок (кружок Эри), концентрично к которому видны слабые световые кольца, яркость которых, быстро падает от центра к краям. Обусловлено это волновой природой света, а именно дифракцией. Суть явления можно понять по приведенной ниже картинке, здесь в графической форме изображён градиент распределения энергии в самом кружке Эри и в постепенно затухающих дифракционных кольцах вокруг него.

Основные виды аберраций

Сферическая аберрация. Особенностью сферических поверхностей, так часто применяемых в оптике, является то, что сферическое зеркало или линза не способны собрать строго в одну точку параллельный пучок света из-за разности оптической силы поверхности в центре и по краям. Таким образом, каждая из круговых зон объектива строит собственный фокус на оптической оси не в соответствии с остальными зонами.

Это приводит к размытости изображения и невозможности навести точно фокус. В рефракторах, где поверхности линз сферические, с этой проблемой можно бороться, рассчитывая оптические компоненты объектива таким образом, чтобы сферическая аберрация одной линзы компенсировалась сферической аберрацией строго определённой величины другой линзы.

В телескопах рефлекторах большинства систем сферическую аберрацию можно исправить лишь асферизацией поверхности зеркала при полировке. Для этого на поверхности зеркала наносится точно рассчитанный рельеф, который собственно и приводит к одинаковой оптической силе всех зон, позволяя им сводить пучок в один фокус. Как правило, если речь идёт о телескопе Ньютона, главное зеркало имеет параболическую форму, которая, в общем, и придает всей его поверхности строго одинаковую оптическую силу.

Сферическую аберрацию можно заметить, сравнивая предфокальное и зафокальное изображение звезды. Если они абсолютно идентичны, телескоп имеет хорошо скорректированную оптику, если же дифракционные картины по разным сторонам от фокуса имеют существенную разницу в структуре, градиенте и яркости колец, значит, телескоп всё-таки имеет довольно существенную сферическую аберрацию.

 

Хроматическая аберрация. Это искажение в той или иной мере присуще всем линзовым объективам. Причиной его становится та самая дисперсия света, о которой мы упоминали ранее, когда лучи разных длин волн имеют разный коэффициент преломления в одной оптической поверхности.

Хроматизм проявляет себя на изображении телескопа как радужная каёмка, вокруг наблюдаемого объекта и внутри его деталей, а изображение звезды просто приобретает неестественную цветовую окраску.

 

Значительный хроматизм приводит к размытому изображению и значительной потере разрешения телескопа. Ещё в ХIХ веке был изобретён изящный способ коррекции этой аберрации благодаря применению в объективе стёкол с разной дисперсией, например доступных тогда крона и флинта. То есть, грубо говоря, хроматизм, созданный первой линзой из крона, компенсируется хроматизмом второй линзы из флинта, благодаря чему удаётся свести в фокус основные длинны волн света.

Это схема ахроматического объектива, по которой выполнено большинство современных недорогих любительских рефракторов.

Но даже в таком объективе имеет место быть так называемый остаточный хроматизм, который вносят остальные длинны волн света нескорректированные объективом. С развитием науки стекловарения в ХХ-ом веке были созданы и получили распространение так называемые апохроматические объективы, низкодисперсное стекло которых, имеет существенно меньший коэффициент преломления и сводит большое количество волн света. 

Кома и астигматизм. Наклонные пучки света, преломившиеся в линзе или отражённые зеркалом, распространяются в трубе телескопа не симметрично к своей оси, что и является причиной видимых пятен комы на краю поля зрения телескопа.

 

Разумеется, кома проявляется тем больше, чем выше светосила телескопа, поэтому в телескопах-астрографах, где высокая светосила, как правило, является одним из обязательных условий для достижения хорошего результата, используют специальные корректоры комы, которые устанавливаются перед фокальной плоскостью и благодаря своей линзовой системе «выравнивают» звёзды по краю.

 

Как и кома, астигматизм это аберрация наклонных пучков, присущая, опять же, более светосильным системам. При попытке сфокусировать изображение, на краю поля мы получим горизонтальный штрих вместо точечного изображения звезды. При перефокусировке штрих сменится на вертикальный, а промежуточные дифракционные картинки будут иметь форму эллипса.

Кривизна поля. Эта аберрация присуща в той или иной мере очень многим объективам и проявляется в том, что объектив строит изображение фокальной плоскости вовсе не на плоскости, а на некоторой, обычно близкой к сфере поверхности. Например, в телескопах Ньютона эта поверхность имеет сферу, обращённую своей вогнутой стороной к зеркалу. К счастью, при визуальных наблюдениях в телескоп эта аберрация практически не даёт о себе знать, т.к. окуляр рассматривает ещё относительно плоскую часть фокальной поверхности. Но для астрофотографов, которые снимают на достаточно крупные ПЗС-матрицы, перекрывающие практически всю фокальную поверхность, кривизна поля создаёт много проблем. В итоге на снимках звёзды получаются чёткими лишь в небольшом центральном участке поля, а чем дальше к краям кадра, тем более расфокусированный вид имеет звёздное поле. Борются с этой проблемой, опять-таки применяя разные внефокальные корректоры. Для телескопов Ньютона функция спрямления поля заложена в современных корректорах комы, а для рефракторов используют специальные корректоры-спрямители – флэтнеры (flatener).

Неоптические искажения

Помимо аберраций присущих оптическим системам в теории, существуют также факторы, негативно влияющие на качество изображения на практике. К сожалению, некоторые из этих факторов оказывают зачастую большее влияние на получаемую картинку, чем незначительные и остаточные аберрации оптики.

Центральное экранирование. Это одна из главных проблем телескопов рефлекторов. Дело в том, что вторичное зеркало, проекция которого в телескопе рефлекторе или катадиоптрике попадая на главное зеркало, экранирует какую-то часть пучка света. Это приводит к тому, что происходит перераспределение энергии в изображении звезды из кружка Эри в дифракционные кольца. Чем больше центральное экранирование системы, тем больше энергии переходит в кольца, соответственно телескоп на порядок хуже справляется с одной из своих основных теоретических задач – созданием точечного изображения звезды в фокальной плоскости.

Конечно же, это также приводит к падению контраста изображения и даже потери разрешающей способности, в особенности при наблюдении тесных двойных звёзд, когда яркое первое дифракционное кольцо может просто скрывать от нас второй компонент в паре.

Центральное экранирование считается либо в процентном соотношении линейных размеров вторичного зеркала к апертуре, либо площади вторичного зеркала к площади апертуры. Давайте представим телескоп, апертура которого 200мм, а диаметр кружка проекции вторичного зеркала составляет 50мм. В таком случае центральное экранирование системы составит 25%, а экранирование главного зеркала по площади около 6%. Будьте осторожны, некоторые производители в спецификациях любят хитро манипулировать этой цифрой, утверждая, что экранирование их телескопов равно, например, 10-12%, не уточняя при этом, что это линейное экранирование, или экранирование по площади апертуры.

Пережатие оптики в оправах. Объектив телескопа, как правило, как-то закреплен или зажат в оправе, степень и сила этого зажатия строго рассчитываемы. В некоторых случаях, между стенкой главного зеркала и крепёжными лапками оправы необходимо строго рассчитать величину щели в несколько десятых, или даже сотых долей миллиметра. Всё это делается для того, чтобы скомпенсировать разницу коэффициентов температурного расширения (КТР) между стеклом и материалом оправы (алюминий, сталь). Если же этого не учитывать, при перепаде температур металлическая оправа может сжаться гораздо сильнее, чем главное зеркало телескопа. Из-за этого зеркало может быть пережатым и, соответственно, на ничтожно малую величину изменить свою форму. Но, так как во время астрономических наблюдений мы стремимся достичь максимального качества изображения, для нас важны изменения поверхности зеркала вплоть до величины нескольких длин волн видимого диапазона света. Проблемы, связанные с пережатием зеркала в оправе, или неправильной его разгрузкой всегда явно заметны на дифракционной картине. Если Вы видите, что расфокусированное изображение звезды имеет не концентричную округлую форму, а вместо этого больше напоминает квадрат, или треугольник, будьте уверены, зеркало Вашего телескопа сильно зажато в оправе.

Что же делать в такой ситуации? В идеале, конечно, лучше обратится в сервисный центр одного из поставщиков астрономического оборудования в Вашем регионе, или магазин, в котором Вы приобрели телескоп. Если по тем или иным причинам, у Вас нет такой возможности, попробуйте отыскать, например, через Интернет, опытных любителей астрономии в Вашем городе и обратиться к ним. Не осознавая всех тонкостей и допусков на установку главного зеркала в оправе, самому лучше не браться за исправление ошибок производителей.

Тепловые потоки внутри трубы. Это явление может приносить довольно много искажений в изображение. Причиной тепловых потоков воздуха в трубе, как правило, являются какие-то ещё не до конца остывшие и термостабилизировавшиеся с окружающей средой элементы. Тепловые потоки проявляет себя очень заметно, искажая концентричность дифракционной картины.

Если труба телескопа металлическая, во время наблюдений холодной зимней ночью можно провести простой и наглядный эксперимент. Просто приложить к трубе тёплую руку и расфокусировать изображение. На дифракционной картине Вы сможете во всей красе увидеть струи тёплого воздуха созданные Вашей рукой и переданные через стенку трубы её внутренней среде.

 

В большинстве случаев подобные проблемы присущи довольно крупным телескопам рефлекторам, 250-300мм зеркало которых требует уже достаточно большого времени на термостабилизацию. Многие производители для ускорения процесса остывания зеркала предусматривают в оправе возможность крепления компьютерного куллера, который сможет обдувать зеркало окружающим трубу воздухом. Обычно, применение активного охлаждения зеркала в несколько раз ускоряет процесс термостабилизации.

Атмосферная турбуленция. Хотя в нашем списке факторов влияющих на качество изображения атмосферная турбуленция находится на последнем месте, к сожалению, её влияние, зачастую может во много раз превосходить влияние огрехов оптики телескопа. Наблюдая в условиях неустойчивой атмосферы и сильной турбуленции, даже самый качественный телескоп не способен будет дать хорошего изображения. Более подробно о проблемах связанных с плохими условиями наблюдений можно ознакомиться в статьях «Искусство визуальных наблюдений», а сейчас мы приводим наглядную иллюстрацию того, как может влиять даже незначительная атмосферная турбуленция на качество изображения небесных объектов и дифракционной картины звезды.

Заключение

Всегда нужно помнить, что тестирование оптики по звёздам требует довольно большого наблюдательного опыта, хороших окуляров позволяющих комфортно наблюдать на большом увеличении и самое главное – превосходных условий наблюдений, которые в большей части широт Украины удаётся достигнуть буквально несколько раз в году. В большинстве же случаев, причиной основных искажений изображения является вовсе не проблема с качеством оптики, а неспокойная атмосфера, неподходящая наблюдательная площадка и неостывшая и не отъюстированная оптика телескопа. Ниже мы приводим небольшой список, в первых пунктах которого указаны наиболее вероятные причины плохого изображения:

• Атмосферная турбуленция

• Локальная турбуленция

• Плохая юстировка

• Аберрации системы

• Тёплые потоки воздуха внутри трубы

• Центральное экранирование

• Светорассеивание на оптических поверхностях и блики

• Аберрации окуляра

Хроматизм

Пользователи также искали:

чем отличается хроматизм от альтерации, хроматизм оптика, хроматизм положения, хроматизм увеличения, виды хроматизма, вспомогательный хроматизм, хроматизма, Хроматизм, хроматизм, положения, вспомогательный хроматизм, хроматизм и альтерация, чем отличается хроматизм от альтерации, хроматизм оптика, хроматизм увеличения, хроматизм положения, музыке, виды, вспомогательный, альтерация, отличается, альтерации, оптика, увеличения, виды хроматизма, хроматизм в музыке, античные философы. хроматизм,

…

Аберрации и параллакс оптических прицелов

21 марта 2019

Аберрации и параллакс оптических прицелов

В связи с большим распространением среди людей, близких к стрелковому спорту (снайпер — тоже спортсмен) и охоте, большого количества разнообразных оптических приборов (биноклей, зрительных труб, телескопических и коллиматорных прицелов) все чаще стали возникать вопросы, связанные с качеством изображения, даваемого такими приборами, а также о факторах, влияющих на точность прицеливания. 

Так как народ у нас все больше с образованием и/или имеющий доступ к Интернету, то большинство все же где-то слышало или видело такие связанные с данной проблемой слова, как ПАРАЛЛАКС, АБЕРРАЦИЯ, ДИСТОРСИЯ, АСТИГМАТИЗМ и т.п. 
Так что же это такое и так ли оно на самом деле страшно?

Аберрации оптического прицела – это последнее, о чём стоит думать его владельцу. Они практически не влияют на точность выстрела. 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 общего развития в этой области.

Аберрации оптической системы (в нашем случае – оптического прицела) – 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 идеальную оптическую схему, 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 оптические схемы прицелов, 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.

Монохроматические аберрации

В 1857 году 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 охотников, 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.

Искусственное диафрагмирование объектива прицела 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.
Минусом этого пути является уменьшение поля зрения и появление так называемого «тоннельного эффекта», когда при взгляде через прицел на заданном производителем расстоянии от глаза до окуляра, мы наблюдаем визуальное изображение цели очерченное толстым темным «кольцом», что крайне раздражает при прицеливании в динамике, когда мы пытаемся «поймать» нашу быстро передвигающуюся цель в поле обзора прицела.

При конструировании объективов прицелов 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 в итоге 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 асимметричных пятен каплеобразной (или, в тяжёлых случаях, кометообразной) формы.

Коматическая аберрация.

Кома бывает заметна по краям изображения при наблюдении в недорогие оптические прицелы малой кратности («загонники»). 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 асимметричному 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 недорогих «загонников» наблюдается выраженная кривизна поля изображения, в результате которой края кадра оказываются сфокусированы как бы ближе к наблюдателю, чем центр. У прицелов большой кратности кривизна поля изображения обычно выражена слабо.

Кривизна поля изображения.

 

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 краям изображения снова начинает возрастать. В таком случае прямые линии приобретают форму усов.

	Бочкообразная дисторсия.
	Подушкообразная дисторсия.
	Комплексная дисторсия.

Дисторсия наиболее выражена в прицелах с большой кратностью, но заметна и в прицелах с фиксированным фокусным расстоянием. Для широкоугольных «загонников» характерна преимущественно бочкообразная дисторсия (экстремальный пример такой дисторсии – объективы типа fisheye или «рыбий глаз»), в то время как в прицелах с большой кратностью чаще свойственна подушкообразная дисторсия. Как правило, прицелы известных марок (Калес, Вортекс, Лейка и др.) наименее подвержены дисторсии.

Это не Земля закругляется, а обычная бочкообразная дисторсия.

У прицелов переменной кратности часто можно наблюдать бочкообразную дисторсию в широкоугольном положении (на малой кратности) и подушкообразную дисторсию в телеположении (на большой кратности зума) при практически свободной от дисторсии середине диапазона фокусных расстояний.

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

Хочу также заметить, что на практике исправление дисторсии требуется не так уж часто, ведь дисторсия бывает заметна невооружённым глазом только тогда, когда по краям изображения 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. Поэтому если Вы не снайпер, работающий в городской застройке, этот эффект будет Вам практически незнаком. 

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.

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.

Практически все современные объективы прицелов известных производителей 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 наблюдаемого изображения, но возрастает к его краям.

Хроматизм увеличения проявляется на периферии изображения 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 прицела хроматизм увеличения исправить значительно труднее, чем хроматизм положения, поэтому эту аберрацию можно в той или иной степени наблюдать у весьма многих прицелов. Этому подвержены в первую очередь прицелы с большой кратностью, особенно в широкоугольном положении.

Этот фрагмент фотографии иллюстрирует хроматизм увеличения. 

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 объективов прицелов, 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.

Что же из всего вышеизложенного важно для уважаемого читателя?

Сколь-нибудь серьезное влияние на точность прицеливания в оптический прицел могут оказать сферическая аберрация, кома, астигматизм и хроматическая аберрация. 
Но, как правило, уважающие себя фирмы делают все от них зависящее, чтобы максимально исправить эти аберрации. 
Критерием исправления аберраций является предел разрешения оптической системы. 
Измеряется он в угловых величинах, и чем он меньше (при равном увеличении), тем лучше прицел исправлен на аберрации.
Дисторсия не оказывает влияния на разрешение прицела и проявляется в некотором искажении резко видимого изображения. 
Многие могли сталкиваться с такими приборами, как дверные глазки и фотообъективы типа «Рыбий глаз», в которых дисторсия специально не исправляется. 
Как правило, дисторсия в оптических прицелах также исправляется. 

Теперь о понятии параллакса.

В разговорах «бывалых», когда речь заходит об оптических прицелах, зачастую всплывает понятие «параллакс». При этом упоминается множество фирм и моделей прицелов и звучат разнообразные оценки.

Так что же такое параллакс?
Параллаксом называют видимый сдвиг изображения цели по отношению к изображению прицельной марки, если глаз отодвигается в сторону от центра окуляра. Это происходит вследствие того, что изображение цели сфокусировано не совсем в фокальной плоскости прицельной марки.
Максимальный параллакс возникает, когда глаз достигает границы выходного зрачка прицела.
Но даже в этом случае прицел с постоянной кратностью увеличения 4х, отстроенный от параллакса на 150 м (на заводе) даст ошибку около 20 мм на дистанции 500 м.
На коротких дистанциях эффект параллакса практически не сказывается на точности выстрела. Так, для упомянутого выше прицела на дистанции 100 м, ошибка составит лишь около 5 мм. Также следует иметь в виду, что при удержании глаза по центру окуляра (на оптической оси прицела), эффект параллакса практически отсутствует и не сказывается на точности стрельбы в большинстве охотничьих ситуаций.

Прицелы с заводской отстройкой от параллакса

Любой прицел с фиксированной системой фокусировки объектива может быть отстроен от параллакса только на какую-либо одну определенную дистанцию. Большинство прицелов имеют заводскую отстройку от параллакса на 100-150 м.
Исключением являются прицелы малой кратности увеличения, ориентированные на использование с дробовиком или комбинированным оружием (40-70 м) и так называемые «тактические» и им подобные прицелы для стрельбы на дальние дистанции (300 м и более).

По мнению специалистов, не стоит обращать серьезного внимания на параллакс при условии, что дистанция стрельбы простирается в пределах: на 1/3 ближе … на 2/3 дальше дистанции заводской отстройки прицела от параллакса.
Пример: «тактический» прицел постоянной кратности KAHLES ZF 95 10×42 отстроен от параллакса на заводе на дистанцию 300 м.
Это означает, что при стрельбе на дистанциях от 200 до 500 м Вы не ощутите эффект параллакса. Кроме того, при стрельбе на 500 м на точность выстрела влияет масса факторов, связанных, в первую очередь, с характеристиками оружия, баллистикой боеприпасов, погодными условиями, стабильностью положения оружия в момент прицеливания и выстрела, приводящих к отклонению точки попадания от точки прицеливания на величины, значительно превышающие отклонение, вызванное параллаксом при стрельбе из винтовки, зажатой в тиски в абсолютном вакууме.
Другой критерий: параллакс не проявляется существенным образом, пока кратность увеличения не превышает 12х. Другое дело — прицелы для целевой стрельбы и варминтинга, как, скажем, 6-24х44 или 8-40х56.

Прицелы с возможностью отстройки от параллакса

Целевая стрельба и варминтинг требуют максимальной точности прицеливания. Для обеспечения требуемой точности на разных дистанциях стрельбы выпускаются прицелы с дополнительной фокусировкой на объективе, окуляре или на корпусе центральной трубки и соответствующей шкалой расстояний. Такая система фокусировки позволяет совместить изображение цели и изображение прицельной марки в одной фокальной плоскости.
Чтобы устранить параллакс на выбранной дистанции, необходимо проделать следующее:
1. Изображение прицельной марки должно быть четким. Этого необходимо добиться с помощью фокусировочного механизма вашего прицела (диоптрийная коррекция).
2. Каким-либо способом измерьте расстояние до цели. Поворотом фокусировочного кольца на объективе или маховика на корпусе центральной трубки установите измеренное значение дистанции напротив соответствующей метки.
3. Надежно зафиксируйте оружие в максимально стабильном положении и посмотрите в прицел, сконцентрировавшись на центре прицельной марки. Слегка приподнимите, а затем опустите голову. Центр прицельной марки должен быть абсолютно неподвижным по отношению к цели. В противном случае выполните дополнительную фокусировку, вращая кольцо или барабан до полного устранения движения центра марки.
Преимущество прицелов с отстройкой от параллакса на корпусе центральной трубки или на окуляре состоит в том, что при настройке прицела стрелку, приготовившемуся к стрельбе, нет необходимости менять положение.

Вместо вывода
Ничего не бывает просто так. Появление в прицеле дополнительного регулировочного узла не может не сказаться на общей надежности конструкции, а при надлежащем исполнении — на цене. К тому же, возникновение необходимости думать о дополнительной настройке в стрессовой ситуации не может не сказаться на точности Вашего выстрела, и тогда в промахе будете виноваты Вы сами, а не Ваш прицел.

Поделиться в соц. сетях:

8.3.2. Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения – это аберрация, при которой увеличение оптической системы зависит от длины волны (рис.8.3.9). Вследствие этого вместо изображения точки образуется цветная полоска.

	yλ′
yλ′	1
	yλ′0
2
Рис. 8.3.9. Хроматизм увеличения.

Численно абсолютный хроматизм увеличения (первичный спектр)

определяется как разность величины изображения для крайних длин волн:

∆y′хр = yλ′	− yλ′	2	(8.3.7)
1

Вторичный спектр (вторичный хроматизм увеличения) определяется как разность величины изображения для центральной и крайних длин волн:

∆y′хр		=	yλ′	− yλ′	− yλ′		(8.3.8)
			2	2
	2			2		0

Хроматизм увеличения измеряется в тех же единицах, что и величина изображения: для ближнего типа – в миллиметры, для дальнего типа – в угловой мере.

Относительный хроматизм увеличения:

первичный спектр:

∆хр (%)=		yλ′1			− yλ′2			100%			(8.3.9)
					yλ′
						0
вторичный спектр:
	(%)=			yλ′		−	yλ′
∆хр2					1			2		100%	(8. 3.10)
						yλ′0			−1

Если выразить увеличение для различных длин волн в виде: Vλ0 = yyλ′0 ,

V		=		yλ′		, то относительный			хроматизм увеличения можно записать в
				1
λ				y
	1
следующем виде:
		Vλ			−Vλ		2	100%	(8. 3.11)
				1
				Vλ0

Хроматизм увеличения принято рассматривать только в одной плоскости установки. Поскольку типы хроматических аберраций не связаны друг с другом, хроматизм увеличения может исправляться независимо от хроматизма положения. В частности, если оптическая система тонкая (рис.8.3.10), а апертурная диафрагма совпадает с ней, то хроматизм положения присутствует, а хроматизма увеличения нет.

главный луч	= y’λ = y’λ
y’λ
0	1	2
λ1 λ0 λ2
Рис. 8.3.10. Хроматизм положения и увеличения тонкой линзы.

Если в системе исправлен первичный хроматизм увеличения, то это ахромат по хроматизму увеличения, если исправлен вторичный хроматизм увеличения, то это апохромат по хроматизму увеличения, если хроматизм увеличения не исправлен, то это неахромат по хроматизму увеличения.

Тепловизионная оптика | АО «ЗАВОД «ЮПИТЕР»

Тепловизионная оптика

Производство тепловизионной оптики занимает достойное место в деятельности завода. Наличие современного измерительного оборудования, а также большой опыт производства ночной и тепловизионной оптики позволяет нашему заводу производить инфракрасную тепловизионную оптику мирового уровня качества. Подтверждением высокого качества оптических изделий является высокий объем заказов на германиевую оптику нашего производства. По объему выпуска германиевой оптики наше предприятие является одним из ведущих в России .Продукция предприятия экспортируется в 12 стран.

Германий пропускает излучение в диапазоне 2-16 микрон и имеет высокий показатель преломления, что позволяет получить высокие оптические свойства в диапазоне 8-12 мкм.  Нельзя недооценивать важность диаметра линз в видеонаблюдения и в безопасности. Малые диаметры объектива не в состоянии собрать от удаленных объектов необходимое количество инфракрасного излучения для нагрева пикселей болометра. Особенно важное значение имеет размер линзы в инфракрасной оптики, так как болометр другими словами, термометр, который нагревается инфракрасными лучами. Чувствительность тепловизора в значительной степени зависит от оптики объектива.

Особое внимание стоит обратить на качество самих объективов. Большое значение имеет не только диаметр входного отверстия и не только обработка и качество поверхности линз, но и оптическая схема объектива. Для качественного изображения и уверенной детекции при малых тепловых потоках оптическая схема приобретает сущственное значение. Большинство объективов создаются трехлинзовыми со сферическими поверхностями. Это позволяет избежать астигматизм, хроматизм и абберации одной линзы. Однако большое количество линз уменьшает пропускную способгность объектива. Специалисты оптики нашего завода специально для каждой задачи рассчитывают объективы с эффективным соотношением необходимых параметров.

На все поверхности германиевых линз наносится покрытие для «просветления». Это связано с большим коэффициентом преломления и ИК-излучение без покрытия отражается от поверхности линз не заходя внутрь объектива. Завод располагает для этого электронно-лучевыми вакуумными установками высокой производительности и качества.

Основной характеристикой объективов является частотно-контрастная характеристика (ЧКХ)

Пример ЧКХ объектива с двумя германиевыми линзами.

Пример ЧКХ трехлинзового объективы с фокусным расстоянием 100мм, двумя германиевыми линзами и одной линзой из селенида цинка

 

Definition and synonyms of хроматизм in the Russian dictionary

PRONUNCIATION OF ХРОМАТИЗМ IN RUSSIAN

WHAT DOES ХРОМАТИЗМ MEAN IN RUSSIAN?

Click to see the original definition of «хроматизм» in the Russian dictionary. Click to see the automatic translation of the definition in English.

Chromatism

Хроматизм

Chromatism is a polysemantic term. Ancient authors in the concept included such concepts as ‘color’, ‘paint’ and ’emotions’. Chromatism is an interdisciplinary study of a real person in a real environment. Chromatism is firmly based on the reproducibility of monuments of world culture, which has always objectified the real life of man. The founders are Empedocles, Plato, Goethe; in the Modern Times — Freud, Jung, Serov. ▪ Chromatism in optics — the property of a white light beam when passing through refracting media to decompose into rays of different colors. ▪ Chromatism is the property of some substances to color the light passing through them. Хромати́зм  — многозначный термин. Античные авторы в понятие включали такие концепты как ‘цвет’, ‘краска’ и ‘эмоции’. Хроматизм  — междисциплинарное изучение реального человека в реальной среде. Хроматизм прочно базируется на воспроизводимости памятников мировой культуры, которой всегда объективировалась реальная жизнь человека. Основоположники — Эмпедокл, Платон, Гёте; в Новейшее время — Фрейд, Юнг, Серов. ▪ Хроматизм в оптике — свойство белого светового луча при прохождении через преломляющие среды разлагаться на лучи разного цвета. ▪ Хроматизм — свойство некоторых веществ окрашивать проходящий сквозь них свет.

Definition of хроматизм in the Russian dictionary

CHROMATISM 1. m. Raising or lowering the step of the fret or step of the main scale to a semitone. 2. m. The property of some substances to color passing through them light. ХРОМАТИЗМ 1. м. Повышение или понижение ступени лада или ступени основного звукоряда на полутон. 2. м. Свойство некоторых веществ окрашивать проходящий сквозь них свет.

Click to see the original definition of «хроматизм» in the Russian dictionary. Click to see the automatic translation of the definition in English.

RUSSIAN WORDS THAT RHYME WITH ХРОМАТИЗМ

Synonyms and antonyms of хроматизм in the Russian dictionary of synonyms

TRANSLATION OF ХРОМАТИЗМ

Find out the translation of хроматизм to 25 languages with our Russian multilingual translator. The translations of хроматизм from Russian to other languages presented in this section have been obtained through automatic statistical translation; where the essential translation unit is the word «хроматизм» in Russian.

Translator Russian —

Chinese 音阶

1,325 millions of speakers

Translator Russian —

Spanish cromatismo

570 millions of speakers

Translator Russian —

English chromaticism

510 millions of speakers

Translator Russian —

Hindi chromaticism

380 millions of speakers

Translator Russian —

Arabic كرومتيسسم

280 millions of speakers

Translator Russian —

Portuguese cromatismo

270 millions of speakers

Translator Russian —

Bengali chromaticism

260 millions of speakers

Translator Russian —

French chromatisme

220 millions of speakers

Translator Russian —

Malay chromaticism

190 millions of speakers

Translator Russian —

German Chromatik

180 millions of speakers

Translator Russian —

Japanese 音階

130 millions of speakers

Translator Russian —

Korean 반음계

85 millions of speakers

Translator Russian —

Javanese chromaticism

85 millions of speakers

Translator Russian —

Vietnamese Keyboard

80 millions of speakers

Translator Russian —

Tamil chromaticism

75 millions of speakers

Translator Russian —

Marathi chromaticism

75 millions of speakers

Translator Russian —

Turkish chromaticism

70 millions of speakers

Translator Russian —

Italian cromatismo

65 millions of speakers

Translator Russian —

Polish chromatyki

50 millions of speakers

Translator Russian —

Romanian cromatism

30 millions of speakers

Translator Russian —

Greek χρωματικότητας

15 millions of speakers

Translator Russian —

Afrikaans chroma

14 millions of speakers

Translator Russian —

Swedish chromaticism

10 millions of speakers

Translator Russian —

Norwegian kromatikk

5 millions of speakers

TENDENCIES OF USE OF THE TERM «ХРОМАТИЗМ»

The map shown above gives the frequency of use of the term «хроматизм» in the different countries.

Examples of use in the Russian literature, quotes and news about хроматизм

10 RUSSIAN BOOKS RELATING TO

«ХРОМАТИЗМ»

Discover the use of хроматизм in the following bibliographical selection. Books relating to хроматизм and brief extracts from same to provide context of its use in Russian literature.

1

Хроматизм интеллекта: теория и практика

Формулируется новая теория культуры взаимодействия человека с социумом и с космосом, основанная на естественнонаучной концепции …

Ольга Чечина, 2015

2

Микроскопы — Страница 239

Такой линзовый компенсатор способен устранить хроматизм увеличения ‚то 596 и более. 29. Онуляры для ультрафиолетовой области спентра: Окуляры ‚тля ультрафиолетовой области спектра применяются сов— местно с . ..

Г.Е. Скворцов, 2013

3

Цветовые архетипы интеллекта евразийцев

Цветовой солнечный календарь является неисследованным элементом культуры Евразии. С учётом современных представлений об …

Ольга Чечина, 2015

4

Судьбы традиционной культуры: сборник статей и материалов …

то о том же ладе в широком смысле), но никак не о хроматизме».12 М. Ройтерштейн различает «хроматизм как явление и как форму записи». Xроматизм как явление, по его словам, «представляет собой обогащение …

5

Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета:

Рис. 2. 1 1 . Хроматизм положения. Лучи разных длин волн собираются в разных фокусах. Луч С относится к А — 0,6563 мкм, а луч Р — к А — 0,4861 мкм рациях, приведенные выше, всецело пригодны к чисто зеркальным системам.

Н. Н. Михельсон, 1995

6

Телевизионная съемка кометы Галлея: — Страница 48

Рассмотрим возможности устранения хроматизма положения и хроматизма увеличения в этой системе. Применяя приведенные выше формулы, получим, что условие устранения хроматизма положения в данной системе имеет …

Роальд Зиннурович Сагдеев, ‎Институт космических исследований (Академия наук СССР), 1989

7

Базис: Музыкальное и аппликактурное мышление гитариста

Для примера, рассмотрим несколько основных приемов, которыми пользуется джазовый гитарист Пат Метини при «конструировании» длинных хроматизированных пассажей. 1. «Вход в хроматизм» — переход из гаммы в хроматизм …

8

Любительская астрофотография — Страница 26

Голубые лучи, входящие в состав белого света звезды, сфокусируются ближе к объективу, красные дальше. Это 0 Ж хроматизм положения (рис. 14, а). Разница междувфокусными расстояниями лучей с длиной волны 4861 А (На), …

Л.Л. Сикорук, ‎М.Р. Шпольский, 1986

9

Известия — Выпуски 204-205 — Страница 120

Особое внимание необходимо было обратить на исправление хроматизма увеличения, который ется серьезным препятствием для точны рических работ. Для оптики астрографа Д. Д. Максутов предложил использовать …

Главная астрономическая обсерватория (Совиет Унион), 1987

10

Прикладная оптика — Страница 145

к V Учитывая, что 2л Ь^С? = 81хр, и вводя обозначения к = у1/к11, 5зхр = 2 8$куСч, □ г=1 для хроматизма увеличения получим к Ауь0=— <5ихр = -у- ^ УгСу = у’ [&51хр + 58 хр], (4. хр является хроматической суммой, …

Михаил Иванович Апенко, ‎Александр Семенович Дубовик, 1982

8 NEWS ITEMS WHICH INCLUDE THE TERM «ХРОМАТИЗМ»

Find out what the national and international press are talking about and how the term хроматизм is used in the context of the following news items.

Юстировка бинокля — устраняем двоение изображения в …

По ее краю будет виден хроматизм. Чем он будет меньше, тем более четкую картинку вы получите. Теперь, переведите бинокль на какую-нибудь яркую … «Татарам.ru, Apr 15»

Женщины, которые вдохновляют. Нигяр Нариманбекова: О …

Стилю, в котором я пишу, название я тоже дала сама — онирический хроматизм на базе экспрессионизма, где сновидения и реальность смешиваются . .. «1news.az, Apr 15»

Теплый прицел из холодной Сибири

Здесь мы нацелены на создание жидкостных оптических материалов и линз, которые позволят исправить хроматизм оптических систем в широком … «Комсомольская правда, Jan 15»

Венера Гимадиева: «Мой график расписан до 2017-го, но в нем …

Я так поняла, он не имеет музыкального образования, но Серебренников знал, что такое хроматизм (мелодический ход на полутон от диатонической к … «БИЗНЕС Online. Татарстан, Dec 14»

“Папа был не только гениальным художником, но и человеком …

У нас с ним совершенно разные стили и направления в живописи: если мое направление – это онирический хроматизм на базе экспрессионизма, то у … «Зеркало. az, Dec 13»

Нигяр Нариманбекова: «Я непременно сделаю выставку, где …

Я его назвала онирический хроматизм на базе экспрессионизма, где сновидения и реальность смешиваются во времени и пространстве. «1news.az, Oct 13»

Представлена зеркальная камера Pentax K-3

… пыли, поддержку HDR и наличие программной коррекции искажений, включая геометрические искажения, хроматизм увеличения и виньетирование. «iXBT.com, Oct 13»

Rolls Royce Ghost — cовершенство исполнения и ода статусу

Конечно, перечислять весь разнообразный хроматизм архитектоники и мелодизма, большей частью из которого никого уже не удивишь, нет … «Avtoavto.ru, Aug 10»

(PDF) Correction of chromatism of mid-infrared zoom lenses

Коррекция хроматизма вариообъективов среднего ИК-диапазона Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Антонов А.И.

Компьютерная оптика, 2019, том 43, №4 545

 

min max

1,nnn





   (2)

где n, min

n и max

n – показатель преломления оптиче-

ского материала на центральной и крайних длинах волн.

В случае апохроматической коррекции система

уравнений (1) дополняется выражением

2

1

0,

i

i

ii







 (3)

где параметр

 

min min max

innnn





   – (4)

это относительная частная дисперсия оптического

материала (см., например, [1 – 3]).

Нетрудно видеть, что выполнение условия (1) лег-

ко обеспечивается соответствующим соотношением

оптических сил Φ1 и Φ2, а одновременное выполнение

и условия (3) возможно лишь при равенстве частных

дисперсий γ1 = γ2. В видимом диапазоне это достига-

ется использованием специальных марок стекла, объ-

единяемых в группы особых флинтов и кронов [4]. В

ИК и, в частности, в среднем ИК-диапазоне ассорти-

мент оптических материалов гораздо уже, что и де-

монстрирует табл. 1. Показатели преломления и ко-

эффициенты дисперсии оптических материалов, при-

ведённых в этой таблице, рассчитаны авторами

настоящей статьи при λmin = 3 мкм, = 4 мкм и

λmax = 5 мкм по дисперсионным формулам каталога

«INFRARED» программы оптического проектирова-

ния ZEMAX [5] и работы [6].

Табл. 1. Оптические материалы

и их основные характеристики

№ Марка n ν γ

1 M

F2 1,3488289 13,4663 0,4291

2 CaF2 1,4096399 21,6830 0,4346

3 BaF2 1,4566982 45,0944 0,4397

4 Al2O3 1,6607309 5,8638 0,6886

5 AGCL 1,9999569 205,9362 0,5081

6 ZNS

BROAD 2,2524696 109,6359 0,4841

7 ZnSe 2,4331588 177,9947 0,5489

8 AMTIR1 2,5144281 198,2490 0,6059

9 AMTIR3 2,6209994 173,3841 0,5990

10 Silicon 3,4253005 236,5013 0,6847

11 Germa-niu

4,0250577 107,2939 0,6889

Введём функцию, позволяющую сравнивать ма-

териалы с точки зрения достижимости апохромати-

зации. Левую часть уравнения (3) легко привести к

виду

12 2

121

12 2

().

 







 

 (5)

Если условие ахроматизации выполнено, т.е.

сомножитель при γ1 обращён в ноль, то величина,

определяющая степень отступления от условия апо-

хроматизации, равна (γ2–γ1)(Φ2/ν2) и её модуль можно

принять за оценочную функцию. Используя систему

уравнений (1), нетрудно получить Φ2 / ν2 = 1 / (ν2 – ν1), и в

результате требуемая оценочная функция принимает

вид

21

21

.M



 (6)

В табл. 2 представлены скомпонованные в пары

оптические материалы табл. 1, обеспечивающие

наименьшее значение данной оценочной функции.

Кроме того, в этой таблице приведена оценка вторич-

ного спектра



 тонкого двухлинзового компонента

с фокусным расстоянием f



= 100 мм, выполненного из

соответствующей пары оптических материалов. Учи-

тывая существенное влияние на качество изображе-

ния, формируемого компонентом, работающим с по-

лихроматическим излучением, сферохроматизма, в

табл. 2 приведён также интервал значений волновой

сферической аберрации WS на краю зрачка, соответ-

ствующего относительному отверстию 1:2, при усло-

вии полного устранения этой аберрации для цен-

тральной длины волны среднего ИК-диапазона

 = 4 мкм.

Табл. 2. Остаточный хроматизм двухлинзового

компонента, выполненного из представленных пар

оптических материалов

№ Пара оптических

материалов M



,

мкм WS / Δy



,

мкм

1 Germanium / Al2O3 2,6E–006 ≈0 0,05 4,3

2 Silicon / Al2O3 1,7E–005 1,68 0,05 8,5

3 Germanium / Silicon 3,2E–005 3,95 0,073 3,2

4 BaF2 / СaF2 2,2E–004 21,99 2,20 16

5 ZnS_broad / AgCl 2,5E–004 24,81 0,27 1,6

6 BaF2 / MgF2 3,3E–004 33,60 1,43 5,7

7 ZnS_broad / СaF2 5,6E–004 56,88 0,53 2,6

8 Silicon / ZnS_broad 1,6E–003 156,4 1,66 1,5

Как следует из табл. 2, вторичный спектр компо-

нентов, выполненных из пар материалов с 1-й по 5-ю,

не превышает допуск, ограниченный дифракцией и

составляющий для коротковолнового края рабочего

спектрального диапазона ≈ 25 мкм. При этом строгую

апохроматизацию, т.е. практическое равенство задних

фокальных отрезков на трёх длинах волн λmin, и

λmax, обеспечивает только 1-я пара оптических мате-

риалов. Что касается 6-й и 7-й пар материалов, то

максимумы их вторичных спектров лежат в районе

дифракционного допуска, соответствующего длинно-

волновому краю рабочего спектрального диапазона

(≈ 42 мкм). Поэтому можно считать, что все пары оп-

тических материалов от 2-й до 7-й обеспечивают кор-

рекцию хроматизма положения, близкую к апохрома-

тизации.

Обращаясь к хроматизму увеличения, напомним,

что он устраняется автоматически при устранении

хроматизма положения тонкой оптической системы.

У системы же с конечными толщинами линз и воз-

душных промежутков при устранённом хроматизме

положения хроматизм увеличения зависит от выбора

оптических материалов. Представленные в табл. 2

значения Δy  вычислялись для склеенного компонента,

выполненного из соответствующей пары оптических

Продольная и поперечная хроматическая аберрация

Поскольку показатель преломления пропускающей среды зависит от длины волны света, возникает дисперсия, когда белый свет пропускает такую ​​среду. Преломление сильнее для коротковолнового света, например синего, и менее интенсивного для длинноволнового света, например красного.

Различные виды стекол вызывают преломление или дисперсию различной интенсивности. В фотографических объективах наблюдается тот же эффект.Поэтому необходимо исправить эти аберрации, иначе вы увидите эти эффекты на изображениях.

Существует два основных типа хроматических аберраций:
, LATERAL, (или поперечный) и LONGITUDINAL , хроматическая аберрация.

Имеется ПРОДОЛЬНАЯ ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ , если объектив не может фокусировать разные цвета в одной и той же фокальной плоскости. Это вызвано прямым падающим светом. Фокусы разного цвета лежат в разных точках в продольном направлении вдоль оптической оси.

Продольная хроматическая аберрация приводит к появлению цветных областей на изображениях, которые возникают, потому что не все три цвета могут быть отображены в фокусе.

Наклонно падающий свет приводит к БЕРЕГОВАЯ ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ . В этом случае все цвета находятся в фокусе в одной плоскости, но фокусы не расположены вдоль оптической оси.

Этот вид аберрации приводит не к окрашенным областям, а к полосам, возникающим вокруг объектов с высокой контрастностью, поскольку увеличение зависит от длины волны.

Способ устранения хроматической аберрации — использование разных линз в одной оптической системе. Различные типы очков преломляют свет с разной интенсивностью, поэтому, если вы комбинируете разные глаастипы, вы можете уменьшить аберрации. Примером может служить ахромат, оптическая система, сочетающая преломляющую и рассеивающую линзы.

Выпуклая линза преломляет лучи короткой длины волны (синий) сильнее, чем лучи длинной волны (красный), а вогнутая линза, которая появляется после, делает противоположное: она распространяет красные лучи сильнее, чем синие.Речь идет о компенсации разницы в фокусе, и разные световые лучи встречаются в одном фокусе.

CS

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация Еще одним свойством света является зависимость показателя преломления прозрачной среды от длины волны света. Взаимосвязь зависит от материала (типа стекла) и определяется эмпирически.

Учитывая, что закон Снеллиуса, который предсказывает преломление, основан на показателе преломления, отсюда следует, что преломление света зависит от длины волны.

Рефракция зависит от длины волны

Закон Снеллиуса

Призма создает радугу за счет дисперсии: Зависящее от длины волны преломление . (рисунок из Википедии)

Зависимость показателя преломления от длины волны для различных очков (рисунок из Википедии).

Влияние дисперсии на формирование изображения простыми линзами: хроматическая аберрация

Когда белый свет проходит через простые линзы, дисперсия приводит к разделению света на составляющие его длины волн (явление призмы).В результате получается размытое изображение с цветными каймами.

Когда объект находится на оптической оси, хроматический разброс вдоль оси. Это называется «продольной или осевой хроматической аберрацией».

Когда объект находится вне оптической оси, хроматика распространяется под прямым углом к ​​оси. Это называется «боковой хроматической аберрацией».

Метод преодоления хроматической аберрации заключается в соединении двух линз с разными индексами дисперсии.Тогда хроматический разброс одной линзы будет компенсирован перефокусировкой другой. Самой ранней парой линз, вызвавшей это явление, был ахроматический дублет , изобретенный Джоном Доллондом (1706–1761) в 1750-х годах.

В дублете положительная линза изготовлена ​​из Crown Glass (a; V> 50), а отрицательная, вторая линза — из Flint Glass (b; V <50).

Численное описание дисперсии стекла было дано Эрнстом Аббе.Это «число Аббе», «V», определяется как функция показателя преломления, измеренного для трех выбранных длин волн света:
D-, F- и C-линии (589,2 нм, 486,1, 656,3; зеленый, синий и красный).

Хроматическая аберрация

Хроматическая продольная ошибка, также называемая хроматической аберрацией, в первую очередь является нормальным эффектом, который проявляется на всех сферических линзах. Эффект преломления света призмой основан на этом эффекте: преломление света зависит от длины волны, т.е.е. в зависимости от цвета используемого света фокус линзы смещается в зависимости от длины волны.

Хроматическая аберрация

Белый свет с некорректированной системой линз. Особенно по краю картинки видна.

Хроматическая продольная ошибка

Разница в фокусировке приводит к появлению цветных полос

В частности, при использовании сверхширокоугольной оптики и разноцветного освещения это приводит к значительному уменьшению или увеличению изображений, поскольку точки фокусировки (и, следовательно, фокусное расстояние объектива) смещаются.

Ошибка может быть исправлена ​​остановкой объектива, так как это увеличивает глубину резкости и уменьшает размытые зоны.
Конструктивно эту ошибку можно исправить, сгруппировав две линзы, так называемые дихроматы. Эффекты продольной аберрации сильно преломляющей и низкопреломляющей расходящейся линз нейтрализуют друг друга. В качестве альтернативы можно использовать очень дорогие асферические линзы.

Коррекция хроматической аберрации (продольной)

Боковая аберрация имеет ту же причину, что и продольная аберрация, и возникает с лучами света, близкими к краю.Разноцветные части изображения имеют разный размер. Эту ошибку нельзя исправить остановкой.

Линзы с цветовой коррекцией

Особенно в случае цветных приложений важно, чтобы в изображении не было ошибок цвета. Благодаря своей конструкции линзы с цветовой коррекцией придают большое значение предотвращению хроматической аберрации. Если линза скорректирована для двух цветов, синего и красного, мы говорим о ахроматах . Если линзы оптимизированы для синего, зеленого и красного света, чтобы избежать цветовых ошибок, мы говорим о апохроматической коррекции .На практике вы скоро заметите, исправлен ли ваш объектив в этом отношении или нет. Осветите красным светом и сфокусируйте свое изображение. Теперь измените свет и используйте синюю подсветку. Если изображение стало расплывчатым и вам пришлось перефокусироваться, ваш объектив специально не корректируется. Смещение фокуса еще больше при использовании ИК-подсветки. Для этих целей существуют специальные линзы с ИК-коррекцией .

Важное значение для машинного зрения

• Хроматические продольные ошибки могут быть немного скомпенсированы за счет остановки оптики, хроматические поперечные ошибки, к сожалению, нет.Пожалуйста, притормози!
• При использовании монохромной камеры эта ошибка также видна на изображении, но не в виде цветной, а серой полосы. Если использование белого света не требуется строго, вы можете работать с цветным монохроматическим светодиодным светом. Хроматическая продольная ошибка таким образом не может возникнуть.
• Купите подходящую оптику, конструкция линз которой исправляет как можно больше ошибок.

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 дизайнерам 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.

Объяснение оптических аномалий и исправлений линз

Если вы потратите много времени на просмотр раздела линз на веб-сайте B&H или следите за последними объявлениями о новом стекле, вы, вероятно, столкнетесь с рядом фраз, которые сами по себе неизвестны для тех, у кого недостаточно острого, отточенного понимания фотографических и оптических фанатов. Научно звучащие слова, такие как асферические элементы, хроматическая аберрация, кома, низкая дисперсия и высокий показатель преломления, для непрофессионала часто приводят к неточным представлениям о том, как работает объектив или что он делает для лучшего качества изображения.Но что именно делает элемент с аномальной частичной дисперсией? А почему вам не нужна сферическая аберрация? Этот глоссарий терминов и объяснений должен помочь разобраться в некоторых лингвистических и концептуальных препятствиях, с которыми сталкиваются при изучении нового объектива.

Аберрация

В самом основном определении аберрация — это то, что отклоняется от нормы, обычно нежелательным образом. Что касается оптики, это описывает неспособность лучей света, проходящих через линзу, сходиться в одной точке.Аберрации делятся на две категории: хроматические и монохроматические, которые затем подразделяются на определенные типы каждой аберрации.

Хроматическая аберрация

Одна из наиболее часто называемых оптических аномалий и одна из основных причин, по которой продолжают развиваться новые линзы, хроматическая аберрация описывает то, как линза не может фокусировать различные длины волн цвета в одной и той же точке. Вспомните свои уроки физики и вспомните цветовой спектр и то, как вы можете использовать призму, чтобы разделить белый свет на радугу; По сути, это то, что происходит, когда свет достигает вашей линзы и рассеивается.Хорошо спроектированные линзы могут реорганизовывать этот свет и фокусировать каждую длину волны в одной и той же точке, обеспечивая высокую точность цветопередачи и совмещения.

Пример хроматической аберрации, когда длины волн красного, зеленого и синего цветов не сходятся в одной точке, что приводит к появлению цветовой окантовки.

С практической точки зрения хроматические аберрации обычно можно распознать или назвать цветной окантовкой. Это чаще всего наблюдается в высококонтрастных ситуациях, когда темный объект помещается на ярком фоне.Если объектив не может корректировать хроматическую аберрацию, края объекта приобретают цветную дымку, часто пурпурную, но иногда и ряд других цветов, что также снижает четкость и кажущуюся резкость. Вместо того, чтобы ваше изображение было черным объектом на белом фоне, изображение, зараженное хроматической аберрацией, покажет этот черный объект, окруженный размытой «полосой» цвета перед белым фоном. Для дальнейшего уточнения этой концепции хроматические аберрации обычно делятся на два поджанра:

Сильная хроматическая аберрация присутствует по краям жалюзи, где можно увидеть красную, зеленую и синюю окантовку.

Продольная хроматическая аберрация Этот тип аберрации возникает, когда волны разного цвета не сходятся в одной и той же точке, что приводит к появлению цветных полос вокруг объектов по всему изображению, от центра к краям. Продольные хроматические аберрации чаще всего возникают при более широких настройках диафрагмы, и их можно контролировать, остановив объектив.

Боковая хроматическая аберрация Этот тип аберрации возникает, когда световые волны разных длин (цветов) фокусируются в одной плоскости, но в разных положениях из-за угла, под которым свет попадает в линзу.Боковые хроматические аберрации видны только по краям кадра, а не в центре, и их нельзя исправить, остановив объектив. Вместо этого вы должны полагаться на пост-продакшн или решения в камере, чтобы уменьшить этот тип аберрации.

Хорошо скорректированные, более сложные оптические конструкции успешно справляются с обоими этими типами аберраций, при этом более низкое качество, а иногда и более экстремальные конструкции линз («рыбий глаз» или сверхбыстрые линзы) подвержены хроматической аберрации.

Монохроматическая аберрация

Монохроматическая аберрация вызывается одной длиной волны, а не разными (окрашенными) длинами волн. Их называют монохроматическими, потому что аберрации возникают из-за несовершенства оптической конструкции линз и не зависят от цвета и фокусировки различных длин волн.

Сферическая аберрация Этот тип аберрации возникает из-за того, что световые лучи входят в линзу, а не сходятся в одной точке. Сферические элементы линзы меньше преломляют лучи, когда они входят вдоль горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости пленки или сенсора, чем лучи, которые входят в линзу ближе к периферии.Из-за этой разницы в преломлении световые лучи, попадающие в линзу параллельно, не сходятся в одной и той же точке после прохождения через оптику. Короче говоря, невозможность добиться такой конвергенции может вызвать заметное снижение четкости, резкости и разрешения изображения.

Пример сферической аберрации, когда различные световые лучи не сходятся в одной и той же точке, что приводит к потере четкости и резкости.

Кома (также называемая коматической аберрацией) Кома — это эффект, который возникает, когда световые лучи от точечных источников проходят через линзу под углом, а не прямо.Когда конструкция линзы не может сфокусировать эти угловые световые лучи в одной и той же точке, точечный источник света будет изображаться в виде светового пятна в форме капли или кометы, а не круглого. Подобно сферической аберрации, кому можно свести к минимуму, опустив линзу.

Пример комы, когда угловые световые лучи приводят к тому, что точечные источники света воспроизводятся в форме капли, а не в виде круглой подсветки.

Каплевидные блики на этом изображении являются примером коматической аберрации.

Астигматизм Одна из наиболее сложных аберраций для описания, астигматизм по концепции похож на кому и вызван тем, что лучи, попадающие в линзу вдоль сагиттальной плоскости, фокусируются в другой точке, чем лучи вдоль тангенциальной плоскости. Это вызывает искажение по краям и углам изображения. Астигматизм в некоторой степени присутствует во всех линзах, но более заметен в тех случаях, когда оптическая конструкция не полностью параллельна или симметрична.Как и другие монохроматические аберрации, эффекты астигматизма можно уменьшить, остановив линзу.

Кривизна поля Связанная с астигматизмом, кривизной поля или кривизной поля, это естественная аберрация практически всех линз из-за их изогнутой структуры и того, как они проецируют свет на плоский датчик или плоскость пленки. Поскольку линза естественно излучает свет изогнутым образом, края и углы изображения могут казаться мягкими или искаженными по сравнению с более резкой центральной областью изображения.Еще больше усложняет проблему то, что некоторые линзы не проецируют кривизну поля четко очерченной формы и, скорее, имеют более абстрактную волнистую кривизну поля из-за различных комбинаций различных элементов объектива. Кривизну поля можно увидеть с помощью диаграммы MTF объектива, где провалы, кривые или наклоны линий указывают относительную резкость от центра кадра к краям. Остановка линзы, опять же, может уменьшить влияние кривизны поля.

Пример сильной кривизны поля, это изображение показывает резкую центральную область с сильным размытием и искажением по углам и краям кадра.

Искажение Наконец, искажение — это форма аберрации, которая описывает, когда изображение, созданное линзой, не сохраняет свою прямолинейность. В зависимости от типа используемого объектива возникают две основные формы искажения: бочкообразное искажение и подушкообразное искажение. Типы искажений, которые они описывают, являются самореферентными: бочкообразное искажение может привести к выпуклости прямых линий по направлению к краям изображения (как деревянная бочка), а искажение в виде подушкообразных подушек создает прямые линии с изгибом к центру (как подушка).Оба эти искажения чаще всего наблюдаются в зум-объективах, особенно в более широком диапазоне их диапазона фокусных расстояний, но могут также проявляться в некоторых фиксированных объективах, особенно с широким или большим фокусным расстоянием. Широкоугольные объективы чаще всего демонстрируют бочкообразное искажение, а телеобъективы имеют тенденцию демонстрировать некоторую форму подушкообразного искажения. Кроме того, возможен и третий тип искажения — искажение усов. Это сочетание бочкообразного искажения в центре и подушкообразного искажения по краям изображения и названо в честь формы преувеличенных усов (вспомните Капитана Крюка).

Искажение ствола	Подушкообразное искажение	Искажение усов

бочкообразное искажение с небольшим искажением усов по краям.

На этой фотографии показано подушкообразное искажение.

Последняя оптическая аномалия, связанная со сферической аберрацией, — это смещение фокуса. Технически это не аберрация, эта проблема возникает, когда изображение фокусируется на максимальной диафрагме объектива перед остановкой для создания изображения, что приводит к нечеткой фотографии. Общая для объективов с фиксированным фокусным расстоянием с максимальной светосилой, эта проблема заключается в том, что неисправленный объектив используется самым ошибочным образом для получения фокуса (широко открытый), а затем его сферическая аберрация исправляется путем остановки, несмотря на то, что точка, в которой световые лучи сходятся больше не в плоскости намеченного фокуса.Эта проблема не только влияет на более светосильные объективы, но и часто возникает при работе с объектами крупным планом, поскольку потеря фокуса на дюйм на рабочем расстоянии в один фут более значительна, чем потеря фокуса на дюйм на объекте, находящемся на расстоянии тридцати футов.

Сдвиг фокуса может происходить при использовании ручной автофокусировки или автофокусировки (с определением фазы), поскольку в обоих случаях фокусировка достигается при максимальной диафрагме объектива. Несколько способов исправить смещение фокуса включают в себя некую форму компромисса, который обычно влияет на работу вашего объектива или камеры в других ситуациях.Вы можете использовать настройки точной настройки автофокуса, чтобы целенаправленно ввести передний или задний фокус для компенсации смещения фокуса. Вы можете работать с упреждающей фокусировкой или фокусировкой с определением контраста, поскольку эти методы могут работать с объективами с диафрагмой меньше максимальной. Наконец, вы можете просто полагаться на глубину резкости, чтобы компенсировать незначительное смещение фокуса на близком расстоянии.

Теперь, когда мы рассмотрели хороший набор аберраций, с которыми вы обязательно столкнетесь, давайте взглянем на некоторые способы исправления или минимизации этих аберраций.

Корректирующие элементы

Асферический элемент

Асферический элемент является одним из наиболее распространенных типов специализированных элементов, которые выделяются при описании характеристик линзы. Это именно то, что звучит: элемент линзы, отшлифованный, отформованный или иным образом приданный в форму, которая не является полностью сферической. Как упоминалось выше в отношении сферических аберраций, простой сферический элемент не способен преломлять световые лучи в одну точку схождения из-за своей изогнутой формы.С другой стороны, асферический элемент может более эффективно фокусировать лучи, входящие с краев и углов, чтобы уменьшить сферическую аберрацию, кому и астигматизм. Асферические элементы, как правило, более полезны при более широких фокусных расстояниях, хотя они присутствуют в некоторых более длинных телеобъективах. Кроме того, в конструкцию линзы добавляются асферические элементы, чтобы заменить множество сферических элементов, тем самым уменьшая вес и сложность конструкции линзы.

Сферическая линза	Асферическая линза

Стекло с низкой дисперсией

Часто представлено с различной степенью интенсивности, например сверхнизкой, сверхнизкой, или сверхнизкая дисперсия, а также аномальная дисперсия или аномальная частичная дисперсия, короче говоря, стекло с низкой дисперсией используется для уменьшения или контроля эффектов хроматической аберрации.Поскольку для коррекции монохроматических аберраций обычно используются асферические элементы, для борьбы с продольными и поперечными хроматическими аберрациями используются различные типы стекла с низкой дисперсией. Этот особый тип стекла обеспечивает одинаковое преломление цветных световых лучей для достижения надлежащей конвергенции и совмещения каждого из них, в результате чего на изображениях отсутствует цветная окантовка. Так же, как асферические элементы чаще встречаются в объективах с широким и нормальным фокусным расстоянием, стекло с низкой дисперсией чаще используется в конструкциях объективов с большим фокусным расстоянием и телеобъективов.

Этот апохроматический рисунок показывает, что длина волн красного, зеленого и синего цветов сходится в одной точке, что приводит к нейтральному цветовому балансу без окаймления.

Элемент флюорита

Элемент особого типа с низкой дисперсией, эти элементы, обычно встречающиеся в телеобъективах, состоят из встречающегося в природе, хотя в настоящее время производимого синтетическим путем, типа кристалла, который имеет особенно низкую дисперсию и низкий показатель преломления. По сравнению с другими типами стекла с низкой дисперсией флюоритовые элементы используются для значительного уменьшения хроматических аберраций, а также имеют меньший вес, чем их стеклянные аналоги.Недостатком флюорита является то, что это более дорогой и длительный процесс производства этого материала по сравнению с другими типами стекла с низкой дисперсией и, как таковой, используется для более экзотических и сложных конструкций линз.

Флюорит, представленный в различных формах, используется для уменьшения хроматических аберраций.

Апохромат

Что касается вышеупомянутых тем, апохроматическая линза, также называемая апохроматом или обозначенная включением апохромата в название линзы, представляет собой конструкцию линзы с высокой степенью коррекции, которая должна создавать изображения с меньшим количеством хроматических и сферических аберраций, чем другие современные линзы, называемые ахроматами (или ахроматическими линзами).Все современные линзы попадают в одну из этих двух свободно определенных категорий, хотя исторически простые линзы также относятся к третьей категории. Если ахроматы предназначены для фокусировки красных и синих длин волн в одной и той же плоскости, чтобы уменьшить наиболее распространенные типы цветовой окантовки, апохроматы дополнительно исследуют точность цветопередачи, также фокусируя длины волн зеленого цвета в одной и той же точке, чтобы дополнительно минимизировать хроматические аберрации . Кроме того, апохроматы более искусны в уменьшении сферических аберраций, чем ахроматы.

Дифракционная оптика и фазовые элементы Френеля

Относительно новинка в мире оптики и встречается только в нескольких телеобъективах от пары известных производителей. Дифракционная оптика и фазовые элементы Френеля являются еще одним средством уменьшения хроматических аберраций. Вместо того, чтобы полагаться на специальные типы стекла, чтобы влиять на преломление света разных длин волн, эти элементы физически регулируют путь света до его фокусировки. Сами элементы состоят из небольших концентрических кругов (ла Френеля) и соединены с общим преломляющим элементом в конструкции линзы.Затем это сочетание существенно расфокусирует и, точнее, перефокусирует разноцветные волны на одну и ту же точку, чем другие оптические комбинации. И это сделано таким образом, чтобы избежать использования нескольких стеклянных элементов, тем самым уменьшая вес всей конструкции. Недостатком элементов дифракционной оптики и фазового Френеля является то, что они могут способствовать более интенсивной вспышке при фотографировании сильных точечных источников света, что можно исправить только во время пост-обработки.

Дифракционная оптика / фазовая конструкция Френеля, этот тип элемента напоминает линзу Френеля и помогает контролировать аберрации и устраняет необходимость в использовании нескольких стеклянных элементов.

Элемент с высоким показателем преломления

Другой тип элемента, задачей которого является замена нескольких «обычных» стеклянных элементов для уменьшения общего веса, стекло с высоким показателем преломления используется для коррекции кривизны поля и других монохроматических аберраций для повышения четкости и резкости .

Плавающие элементы

Плавающий элемент или система плавающих элементов, специально разработанная для улучшения качества изображения при более близком расстоянии фокусировки, представляет собой отдельный элемент или группу оптических элементов, которые регулируют свое положение во время фокусировки для обеспечения стабильной работы во всем диапазоне фокусировки.Многие из вышеупомянутых корректирующих элементов и методов применяются для уменьшения аберраций при фокусировке на бесконечность и больше не так полезны при фокусировке на объектах с близкого расстояния. За счет реализации элемента или группы элементов, которые меняют свое положение во время фокусировки, эффекты корректирующих элементов сохраняются.

Эта конструкция с плавающими элементами показывает, как перемещаются только задние группы для регулировки фокуса, чтобы обеспечить стабильную работу во всем диапазоне фокусировки.

Имитатор хроматической аберрации (продольной и поперечной)

Имитатор хроматической аберрации (продольной и поперечной)

Используйте эту веб-страницу для моделирования / исследования продольных и поперечных (также известных как «осевые и поперечные») хроматических аберраций, категории дефектов оптического фокуса, включающих «цветные полосы» и размытость.

Связанные страницы:

Симулятор

Подробная информация с практическими рекомендациями находится ниже на этой странице.Чтобы попробовать это прямо сейчас, перетащите ползунок фокуса для настройки фокуса, перетащите кривые или нажмите кнопку «предустановки», чтобы изменить «оптические параметры», или нажмите радиокнопку, чтобы изменить изображение. Боковая хроматическая аберрация может быть связана с продольной или напрямую контролироваться. (Симулятор лучше всего работает с мышью; на некоторых устройствах перетаскивание может быть затруднительным.)

Идеальная оптика (без хроматической аберрации)

Идеальная камера или микроскоп фокусирует все цвета в белом свете одинаково, с таким же увеличением, как на рисунке 1 (многие изображения на рисунках ниже были созданы с помощью симулятора выше, с использованием изображения «квадратов»; используйте симулятор, чтобы увидеть изображения фигур в полном размере и для их динамического изучения):

Рис. 1а.Оптическая система Ideal передает все цвета белого света в одну и ту же точку фокусировки.

Рис. 1б. Идеально сфокусированные белые квадраты на черном фоне четкие и не имеют цветных полос.

Боковая (поперечная) хроматическая аберрация

Боковая («поперечная») хроматическая аберрация возникает, когда увеличение изображения зависит от цвета света, как на рисунке 2. Здесь все цвета в фокусе, но синяя часть изображения больше, чем зеленая, которая больше, чем красный.Три изображения выравниваются по оптической оси, но все больше расходятся с расстоянием от оптической оси, что приводит к появлению «цветных полос», особенно по краям кадра.

Рис. 2а. Боковая хроматическая аберрация , при которой увеличение изображения зависит от цвета света, что приводит к появлению «цветных полос».

Рис. 2б. Квадраты имеют цветные полосы, которые становятся все более резкими по мере удаления от центра.

Программное обеспечение

в цифровых камерах может в некоторой степени компенсировать боковую хроматическую аберрацию, изменяя размер изображений в каждом цветовом канале, чтобы их увеличения лучше согласовывались.

Продольная («осевая») хроматическая аберрация

Оптическая система, страдающая продольной («осевой») хроматической аберрацией, имеет фокусные расстояния, которые меняются в зависимости от цвета света, как на рисунке 3. Красный, зеленый и синий цвета разделены, и только зеленый находится в фокусе. Цвета не в фокусе перетекают в соседние области, создавая ложные цвета.

Рис. 3а. Продольная хроматическая аберрация , при которой фокусное расстояние зависит от цвета света (например,, здесь в фокусе только зеленый).

Рис. 3б. Расфокусированные цвета переходят в соседние области. В фокусе только зеленый цвет; красный и синий переходят в соседний черный, оставляя зеленый по краям квадратов.

Степень размытия, создаваемого продольной хроматической аберрацией («LoCa»), можно уменьшить, используя только центральную часть объектива, например, уменьшив диафрагму, увеличив глубину резкости. LoCA все еще присутствует, но менее серьезный, повышая резкость изображения.

Если поверхность наилучшей фокусировки оптической системы изогнута, а плоскость изображения (например, сенсора камеры) плоская, несоответствие вызывает радиально-зависимые различия в оптимальном фокусном расстоянии, и, таким образом, хроматическая аберрация из-за продольной СА может также изменяться в радиальном направлении.

Ахроматические и апохроматические линзы

Хроматическую аберрацию можно уменьшить за счет конструкции линзы. «Ахроматический» дизайн линз пытается объединить два цвета, обычно красный и синий, в одном и том же фокусе.«Апохроматический» дизайн линз объединяет три цвета в одном фокусе и обычно имеет меньшую ошибку фокусировки между цветами.

‘Распространение кромки’

Продольную хроматическую аберрацию (LoCA) и фокусирующую способность оптической системы можно измерить, наблюдая, насколько хорошо она может отображать резкую кромку, как описано в Focus Analyzer: Создание и анализ изображения наклонной кромки. Плохая фокусировка приводит к тому, что краевое изображение растягивается на большее количество пикселей.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму измеренного разброса края для каждого цветового канала края, сфотографированного с помощью стереомикроскопа, в зависимости от фокусного расстояния, т. Е., по горизонтальной оси отложено расстояние от линзы, по вертикальной оси — размер краевого разброса; чем ниже, тем лучше / формирователь:

Рис. 4. Диаграмма распределения кромок для стереомикроскопа, произведенная Focus Analyzer (из анализа этого стереомикроскопа).

Рис. 5. Вид (реальный, а не смоделированный) через стереомикроскоп, на напечатанном лазером полутоновом узоре при повороте ручки фокусировки вперед и назад. Хроматическая аберрация приводит к тому, что черно-белое изображение имеет зеленоватый оттенок с одной стороны наилучшего фокуса и синеватый с другой стороны.(Нажмите ESC, чтобы остановить анимацию.)

Свет каждого из трех цветов лучше всего фокусируется на расстоянии, соответствующем самой низкой точке на их кривой (т. Е. Минимальный разброс по краям). Таким образом, рисунок 4 говорит о том, что стереомикроскоп лучше всего фокусирует зеленый и красный свет на расстоянии ближе, чем лучшее расстояние для синего. Красный и зеленый лучше всего фокусируются примерно на одинаковом расстоянии; Лучшее расстояние фокусировки для синего несколько больше, и даже на лучшем расстоянии фокусировки синий не такой резкий, как красный и зеленый.Лучшая фокусировка синего выше по вертикальной оси (что указывает на больший разброс краев), чем лучший фокус красного или зеленого из-за оптических проблем, отличных от продольной хроматической аберрации.

(Нажмите кнопку «стереомикроскоп» на имитаторе, чтобы загрузить кривые фокусировки, как на рисунке 4.)

На рис. 5 выше показано видео, записанное с помощью стереомикроскопа при просмотре черно-белого объекта (полутоновый узор, напечатанный лазером), во время которого фокус поднимался и опускался в точке наилучшего фокуса.Хроматическая аберрация приводит к тому, что размытое изображение по обе стороны диапазона фокусировки становится зеленоватым с одной стороны наилучшей фокусировки и синеватым с другой стороны. Такой «ложный цвет» при расфокусировке свидетельствует о хроматической аберрации (исследуйте это с помощью симулятора).

На рисунке 6 показаны измерения разброса края для другой оптической системы, макрообъектива, установленного на камеру DSLR:

Рис. 6. Диаграмма распределения краев макрообъектива DSLR, произведенная Focus Analyzer (на основе анализа этого макрообъектива).

(Нажмите кнопку «макрообъектив» на симуляторе, чтобы загрузить кривые фокусировки, как на рисунке 6.)

Как пользоваться симулятором

Кривые на левой панели симулятора управляют размытием каждого цветового канала как функцией фокусного расстояния. Перетащите кривые в сторону или вертикально на диаграмме, чтобы переместить кривую цвета выделенной кнопки (нажмите кнопку, чтобы изменить цвета). Горизонтальное положение кривых влияет на продольную хроматическую аберрацию; вертикальное положение добавляет «базовую» расфокусировку.Кнопки «preset» устанавливают кривые для моделирования различных оптических систем.

Боковая аберрация может быть указана с помощью ползунков или может быть связана с продольной аберрацией (продольная хроматическая аберрация может вызвать окантовку, пропорциональную внеосевому радикальному расстоянию из-за того, что центр эллипса «размытия» луча находится дальше радиально, чем соответствующая ось луча).

Перетащите ползунок фокуса, чтобы изменить фокус. По мере перемещения ползунка симулятор будет отображать изображение в соответствии с кривыми и настройками.

Целевое изображение можно выбрать с помощью переключателей «Изображения». «Цветные полосы» — хорошая цель для изучения того, как размытие влияет на «растекание» цвета.

Предупреждения

Моделирование предназначено для того, чтобы обеспечить лишь общее, субъективное ощущение эффектов хроматической аберрации, опираясь на средства обработки изображений, встроенные в браузеры. Чтобы узнать о более сложном моделировании, прочтите статьи в блоге Франса ван ден Берга о моделировании дифракции и расфокусировки и сферической аберрации.

Nikon | Спортивная оптика | Аберрации

Спортивная оптика

Строение и оптические технологии

Бинокль

Nikon получил высокую оценку благодаря своей превосходной оптической системе. Компания Nikon знает, что яркое изображение и четкие детали являются приоритетом для биноклей, и прилагает все усилия для этого. Коррекция аберрации линзы жизненно важна.
Бинокль Nikon предназначен для правильной коррекции аберрации, описанной ниже, для получения наиболее яркого и резкого изображения.

Искажения

Искажение вызвано вариациями увеличения изображения в зависимости от расстояния от оптической оси. Есть два типа искажения: положительное и отрицательное.
Это искажение изображения, независимо от его видимости, увеличивается пропорционально кубу угла падения.

Хроматическая аберрация

Стекло ED и вторичный спектр

Видимый свет состоит из огней различной длины волны.Собрать все эти источники света в точку идеально подходит для объективов.
С одной линзой, поскольку свет изгибается так же, как и с призмой, фокусные расстояния источников света с разными длинами волн различаются. В результате не все световые лучи достигают одной и той же точки, что вызывает хроматическую аберрацию.
Ахроматические линзы, изготовленные из обычных стеклянных материалов, могут соответствовать фокусным расстояниям двух разных длин волн. Например, для красного и синего цветов, которые содержат оба конца длин волн видимого света, хроматическая аберрация может быть уменьшена до определенной степени путем согласования их фокусных расстояний.Однако при более подробном рассмотрении, поскольку свет с другими длинами волн, например зеленый, имеет другое фокусное расстояние, возникает остаточная хроматическая аберрация. Эта остаточная хроматическая аберрация известна как вторичный спектр.
Комбинации обычных стекол не могут решить эту проблему вторичного спектра, но необходимы особые оптические материалы, которые обладают уникальными характеристиками дисперсии.
Стекло ED (со сверхнизкой дисперсией) обладает этой уникальной характеристикой и в сочетании с другими стеклами сводит к минимуму влияние вторичного спектра.По сравнению с ахроматическими линзами стекло ED значительно снижает хроматическую аберрацию.

Руководство по спортивной оптике -Бинокли-

---

Основная информация о бинокле

---

Как выбрать бинокль

---

Как пользоваться биноклем

---

Структура и оптические технологии

---

Руководство по спортивной оптике-Зрительные трубы-

.