Aberacije optičkih sistema(iz latinskog aberratio– devijacija) – izobličenja, greške ili netačnosti slika koje formiraju optički sistemi. Razlog za njihovu pojavu je taj što snop odstupa od pravca u kojem bi trebao ići u optičkom sistemu koji je blizu idealnom. Različite povrede homocentričnosti (različitosti, korespondencije ili boje) u strukturi snopova zraka koji izlaze iz optičkog sistema karakterišu aberacije.

Najčešći tipovi aberacija u optičkim sistemima mogu se smatrati:

1. Sferna aberacija. Karakterizira ga nedostatak imidža. Kod njega se svetlosni zraci koje emituje jedna tačka objekta, prolazeći u blizini ose optičkog sistema, i zraci koji prolaze kroz delove sistema udaljene od ose, ne sakupljaju u jednoj tački.

2. Kome. Ovo je naziv za aberaciju koja se javlja tokom kosog prolaska svetlosnih zraka kroz optički sistem. Kao rezultat toga, uočava se kršenje simetrije snopa zraka u odnosu na njegovu osu i slika tačke (koju kreira sistem) poprima oblik asimetrične tačke raspršenja.

3. Astigmatizam. O b Kaže se da se ova aberacija javlja kada svjetlosni talas doživi deformaciju dok prolazi kroz optički sistem. Kao rezultat toga, uočava se deformacija u kojoj se snopovi zraka koji izlaze iz jedne točke objekta ne sijeku u jednoj tački, već se nalaze u dva međusobno okomita segmenta na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Takve zrake se nazivaju astigmatskim.

4. Distorzija. Ovo je naziv aberacije, koju karakterizira kršenje geometrijske sličnosti između objekta i slike objekta. Uzrokuje ga razlika u linearnom optičkom uvećanju u različitim područjima slike.

5. Zakrivljenost polja slike. Uz ovu aberaciju, opaža se proces kada se slika ravnog objekta pokaže oštra na zakrivljenoj površini, a ne na ravni, kako bi trebala biti.

Sve gore navedene vrste aberacija u optičkim sistemima nazivaju se geometrijske ili Seidelove aberacije. U stvarnim sistemima, određene vrste geometrijskih aberacija mogu se naći izuzetno retko. Mnogo češće možemo uočiti simbiozu svih aberacija. A metoda izolacije pojedinih vrsta aberacija je umjetna tehnika osmišljena da olakša analizu fenomena.

U isto vrijeme postoji i hromatska aberacija. Postoji veza između ovoga o vrsti aberacije i zavisnosti indeksa prelamanja optičkih medija o talasnoj dužini svetlosti. Manifestacije ove aberacije uočene su u optičkim sistemima koji uključuju elemente napravljene od refraktivnih materijala. Na primjer, sočiva. Takođe napominjemo da ogledala karakteriše ahromatičnost.

Manifestacija hromatskih aberacija može se uočiti kada se pojavi strano obojenje slike, kao i kada se na slici objekta pojave obojene konture koje ranije nisu primećene na objektu. Kromatske aberacije su uzrokovane disperzijom optičkih medija (ovisnost indeksa prelamanja optičkih materijala o dužini propuštenog svjetlosnog vala). Od njih se formira optički sistem

Ove aberacije uključuju hromatsku aberaciju ili pozicijski hromatizam (ponekad se naziva "longitudinalni hromatizam") i hromatsku aberaciju ili hromatizam uvećanja.

Želite li saznati više o aberacijama u optičkim sistemima? Imate li još pitanja ili želite bolje razumjeti određene nijanse? – Uvek smo spremni da vam pomognemo. Samo se registrirajte na našoj web stranici, odaberite odgovarajući tarifni plan i krenite!

Imate još pitanja? Ne znate kako da uradite domaći?
Za pomoć od tutora -.
Prva lekcija je besplatna!

blog.site, prilikom kopiranja materijala u cijelosti ili djelimično, potrebna je veza do originalnog izvora.

© 2013 stranica

Aberacije fotografskog objektiva posljednje su o čemu bi fotograf početnik trebao razmišljati. Oni apsolutno ne utiču na umetničku vrednost vaših fotografija, a njihov uticaj na tehnički kvalitet fotografija je zanemarljiv. Međutim, ako ne znate što ćete sa svojim vremenom, čitanje ovog članka pomoći će vam da shvatite raznolikost optičkih aberacija i metoda rješavanja njih, što je, naravno, neprocjenjivo za pravog foto erudita.

Aberacije optičkog sistema (u našem slučaju fotografskog sočiva) su nesavršenosti slike koje nastaju odstupanjem svetlosnih zraka od putanje po kojoj bi trebalo da idu u idealnom (apsolutnom) optičkom sistemu.

Svjetlost iz bilo kojeg točkastog izvora, prolazeći kroz idealno sočivo, formirala bi beskonačno malu tačku na ravni matrice ili filma. U stvarnosti se to, naravno, ne dešava, a poenta se pretvara u tzv. tačka raspršenja, ali optički inženjeri koji razvijaju sočiva pokušavaju da se što više približe idealu.

Razlikuju se monohromatske aberacije, koje su podjednako svojstvene svetlosnim zracima bilo koje talasne dužine, i hromatske aberacije koje zavise od talasne dužine, tj. od boje.

Komatska aberacija ili koma nastaje kada svjetlosni zraci prolaze kroz sočivo pod uglom u odnosu na optičku os. Kao rezultat, slika točkastih izvora svjetlosti na rubovima okvira poprima izgled asimetričnih mrlja u obliku kapljice (ili, u težim slučajevima, u obliku komete).

Komatska aberacija.

Koma se može primijetiti na rubovima kadra kada se snima sa široko otvorenim otvorom blende. Pošto zaustavljanje smanjuje broj zraka koje prolaze kroz ivicu sočiva, nastoji da eliminiše komične aberacije.

Strukturno, koma se tretira na isti način kao i sa sfernim aberacijama.

Astigmatizam

Astigmatizam se manifestuje u činjenici da za nagnuti (koji nije paralelan sa optičkom osom sočiva) snop svjetlosti, zrake koje leže u meridijanskoj ravni, tj. ravni kojoj pripada optička os su fokusirane na drugačiji način od zraka koje leže u sagitalnoj ravni, koja je okomita na meridijalnu ravan. Ovo na kraju dovodi do asimetričnog rastezanja zamućene tačke. Astigmatizam je uočljiv na rubovima slike, ali ne i u centru.

Astigmatizam je teško razumjeti, pa ću ga pokušati ilustrirati jednostavnim primjerom. Ako zamislimo da je slika slova A se nalazi na vrhu okvira, onda bi sa astigmatizmom sočiva izgledalo ovako:

Meridionalni fokus.	Sagitalni fokus.
Kada pokušavamo postići kompromis, na kraju imamo univerzalno mutnu sliku.	Originalna slika bez astigmatizma.

Da bi se ispravila astigmatska razlika između meridionalnog i sagitalnog žarišta, potrebna su najmanje tri elementa (obično dva konveksna i jedan konkavni).

Očigledni astigmatizam kod modernog sočiva obično ukazuje na to da jedan ili više elemenata nisu paralelni, što je jasan nedostatak.

Pod zakrivljenošću polja slike podrazumijevamo pojavu karakterističnu za mnoga sočiva, u kojoj je oštra slika stan Objekt je fokusiran sočivom ne na ravan, već na neku zakrivljenu površinu. Na primjer, mnoga širokokutna sočiva pokazuju izraženu zakrivljenost polja slike, zbog čega se čini da su rubovi kadra fokusirani bliže promatraču nego centru. Kod telefoto objektiva zakrivljenost polja slike obično je slabo izražena, ali kod makro objektiva se skoro u potpunosti koriguje - ravnina idealnog fokusa postaje zaista ravna.

Zakrivljenost polja se smatra aberacijom, jer prilikom fotografisanja ravnog objekta (probnog stola ili zida od cigle) sa fokusom u sredini kadra, njegovi rubovi će neminovno biti van fokusa, što se može zamijeniti sa zamućenim objektivom. Ali u stvarnom fotografskom životu rijetko susrećemo ravne objekte - svijet oko nas je trodimenzionalan - i stoga sam sklon smatrati zakrivljenost polja svojstvenu širokokutnim objektivima njihovom prednosti, a ne nedostatkom. Zakrivljenost polja slike je ono što omogućava da i prednji plan i pozadina budu podjednako oštri u isto vrijeme. Procijenite sami: središte većine širokokutnih kompozicija je u daljini, dok se objekti u prednjem planu nalaze bliže uglovima kadra, kao i na dnu. Zakrivljenost polja čini ih oštrim, eliminišući potrebu za previše zatvaranjem otvora blende.

Zakrivljenost polja omogućila je da se pri fokusiranju na udaljena stabla dobiju i oštri blokovi mramora u donjem lijevom kutu.
Nešto zamućenja na nebu i u udaljenom žbunju s desne strane nije mi mnogo smetalo u ovoj sceni.

Međutim, treba imati na umu da za objektive sa izraženom zakrivljenošću polja slike nije prikladan metod automatskog fokusiranja, u kojem prvo fokusirate objekt koji vam je najbliži pomoću centralnog senzora za fokusiranje, a zatim rekomponujete kadar (vidi “Kako koristiti autofokus”). Budući da će se subjekt kretati od centra kadra ka periferiji, rizikujete da dobijete prednji fokus zbog zakrivljenosti polja. Za savršen fokus, morat ćete izvršiti odgovarajuća podešavanja.

Distorzija

Distorzija je aberacija u kojoj sočivo odbija da prikaže ravne linije kao ravne. Geometrijski, to znači narušavanje sličnosti između objekta i njegove slike zbog promjene linearnog povećanja u vidnom polju sočiva.

Postoje dvije najčešće vrste distorzije: jastučić za igle i bačvast.

At barel distorzija Linearno uvećanje se smanjuje kako se udaljavate od optičke ose sočiva, uzrokujući da se ravne linije na ivicama kadra izvijaju prema van, dajući slici ispupčen izgled.

At jastučasto izobličenje linearno uvećanje, naprotiv, raste sa rastojanjem od optičke ose. Prave linije se savijaju prema unutra i slika izgleda konkavno.

Osim toga, dolazi do kompleksnog izobličenja kada se linearno uvećanje prvo smanjuje s udaljenosti od optičke ose, ali počinje ponovo rasti bliže uglovima okvira. U ovom slučaju ravne linije poprimaju oblik brkova.

Izobličenje je najizraženije kod zum objektiva, posebno sa velikim uvećanjem, ali je primetno i kod objektiva sa fiksnom žižnom daljinom. Širokokutni objektivi imaju tendenciju da imaju barel distorziju (ekstremni primjer za to su objektivi ribljeg oka), dok telefoto objektivi imaju tendenciju da imaju izobličenje u obliku jastučića. Normalna sočiva su, u pravilu, najmanje podložna izobličenjima, ali se potpuno korigiraju samo kod dobrih makro objektiva.

Kod zum objektiva često možete vidjeti izobličenje u obliku cijevi u širokokutnoj poziciji i izobličenje u obliku jastučića u telefoto poziciji, pri čemu je sredina raspona žižne daljine praktički bez izobličenja.

Ozbiljnost izobličenja takođe može varirati u zavisnosti od udaljenosti fokusa: kod mnogih sočiva izobličenje je očigledno kada se fokusira na obližnji subjekat, ali postaje gotovo nevidljivo kada se fokusira na beskonačno.

U 21. veku distorzija nije veliki problem. Gotovo svi RAW pretvarači i mnogi grafički uređivači omogućavaju vam da ispravite izobličenje prilikom obrade fotografija, a mnogi moderni fotoaparati to rade i sami u vrijeme snimanja. Softverska korekcija izobličenja sa odgovarajućim profilom daje odlične rezultate i skoro ne utiče na oštrinu slike.

Napominjem i da u praksi korekcija izobličenja nije potrebna baš često, jer je izobličenje vidljivo golim okom samo kada su očigledno ravne linije na ivicama okvira (horizont, zidovi zgrada, stubovi). U scenama koje nemaju striktno linearne elemente na periferiji, izobličenje po pravilu nimalo ne boli oči.

Hromatske aberacije

Hromatske ili aberacije boja uzrokovane su disperzijom svjetlosti. Nije tajna da indeks loma optičkog medija zavisi od talasne dužine svetlosti. Kratki talasi imaju veći stepen refrakcije od dugih talasa, tj. Plave zrake lome sočiva jače od crvenih zraka. Kao rezultat toga, slike objekta formirane zrakama različitih boja možda se ne podudaraju jedna s drugom, što dovodi do pojave artefakata u boji, koji se nazivaju kromatske aberacije.

U crno-bijeloj fotografiji hromatske aberacije nisu tako uočljive kao na fotografiji u boji, ali ipak značajno narušavaju oštrinu čak i crno-bijele slike.

Postoje dvije glavne vrste hromatskih aberacija: hromatičnost položaja (longitudinalna hromatska aberacija) i hromatičnost uvećanja (hromatska razlika u uvećanju). Zauzvrat, svaka od hromatskih aberacija može biti primarna ili sekundarna. U hromatske aberacije spadaju i hromatske razlike u geometrijskim aberacijama, tj. različita jačina monohromatskih aberacija za talase različitih dužina.

Hromatizam položaja

Pozicioni hromatizam ili longitudinalna hromatska aberacija nastaje kada su svetlosni zraci različitih talasnih dužina fokusirani u različitim ravnima. Drugim riječima, plavi zraci su fokusirani bliže zadnjoj glavnoj ravni sočiva, a crveni zraci su fokusirani dalje od zelenih, tj. Za plavu je prednji fokus, a za crvenu je zadnji fokus.

Hromatizam položaja.

Na našu sreću, naučili su da ispravljaju hromatizam situacije još u 18. veku. kombinovanjem sabirne i divergentne leće od stakla sa različitim indeksima prelamanja. Kao rezultat toga, uzdužna hromatska aberacija kremenog (konvergentnog) sočiva je kompenzovana aberacijom krune (difuzionog) sočiva, a svetlosni zraci različitih talasnih dužina mogu biti fokusirani u jednoj tački.

Korekcija hromatskog položaja.

Sočiva u kojima se hromatizam položaja koriguje nazivaju se ahromatskim. Gotovo sva moderna sočiva su ahromatska, tako da danas možete sa sigurnošću zaboraviti na pozicijski hromatizam.

Povećanje hromatizma

Kromatsko povećanje nastaje zbog činjenice da se linearno uvećanje sočiva razlikuje za različite boje. Kao rezultat toga, slike koje formiraju zraci različitih valnih dužina imaju neznatno različite veličine. Budući da su slike različitih boja centrirane na optičku os sočiva, hromatičnost uvećanja izostaje u centru kadra, ali se povećava prema njegovim ivicama.

Kromatizam uvećanja pojavljuje se na periferiji slike u obliku obojanih resa oko objekata s oštrim kontrastnim rubovima, kao što su tamne grane drveća na svijetlom nebu. U područjima u kojima nema takvih objekata, resice boje možda neće biti primjetne, ali će sveukupna jasnoća i dalje pasti.

Prilikom dizajniranja sočiva, hromatičnost uvećanja je mnogo teže ispraviti nego hromatizam položaja, tako da se ova aberacija može uočiti u različitim stepenima kod dosta sočiva. Ovo prvenstveno utiče na zum objektive sa velikim uvećanjem, posebno u širokougaonom položaju.

Međutim, hromatizam uvećanja danas nije razlog za zabrinutost, jer se prilično lako ispravlja softverom. Svi dobri RAW pretvarači su u stanju da automatski eliminišu hromatske aberacije. Osim toga, sve više digitalnih fotoaparata opremljeno je funkcijom za ispravljanje aberacija pri snimanju u JPEG formatu. To znači da mnogi objektivi koji su se u prošlosti smatrali osrednjim sada mogu pružiti sasvim pristojan kvalitet slike uz pomoć digitalnih štaka.

Primarne i sekundarne hromatske aberacije

Hromatske aberacije se dijele na primarne i sekundarne.

Primarne hromatske aberacije su kromatizmi u svom izvornom nekorigovanom obliku, uzrokovani različitim stupnjevima prelamanja zraka različitih boja. Artefakti primarnih aberacija obojeni su ekstremnim bojama spektra - plavo-ljubičastom i crvenom.

Kod korekcije hromatskih aberacija eliminiše se hromatska razlika na ivicama spektra, tj. plavi i crveni zraci počinju da se fokusiraju u jednoj tački, koja se, nažalost, možda ne poklapa sa fokusom zelenih zraka. U ovom slučaju nastaje sekundarni spektar, pošto hromatska razlika za sredinu primarnog spektra (zeleni zraci) i za njegove ivice spojene (plavi i crveni zraci) ostaje nerazjašnjena. To su sekundarne aberacije, čiji su artefakti obojeni zeleno i ljubičasto.

Kada se govori o hromatskim aberacijama savremenih akromatskih sočiva, u velikoj većini slučajeva misli se na sekundarni hromatizam uvećanja i samo na njega. Apohromati, tj. Objektivi u kojima su i primarne i sekundarne hromatske aberacije potpuno eliminirane su izuzetno teške za proizvodnju i malo je vjerovatno da će ikada postati široko rasprostranjene.

Sferokromatizam je jedini primjer kromatske razlike u geometrijskim aberacijama vrijedan spomena i pojavljuje se kao suptilno bojenje područja van fokusa u ekstremne boje sekundarnog spektra.

Sferokromatizam se javlja zato što se sferna aberacija, o kojoj je bilo riječi gore, rijetko koriguje jednako za zrake različitih boja. Kao rezultat toga, tačke koje nisu u fokusu u prvom planu mogu imati blagu ljubičastu ivicu, dok one u pozadini mogu imati zelenu ivicu. Sferokromatizam je najkarakterističniji za brze dugofokusne objektive kada snimate sa široko otvorenim otvorom blende.

o čemu treba da brinete?

Nema potrebe za brigom. O svemu o čemu treba da brinete verovatno su se već pobrinuli dizajneri vašeg objektiva.

Idealne leće ne postoje, jer ispravljanje nekih aberacija dovodi do jačanja drugih, a dizajner sočiva po pravilu pokušava pronaći razuman kompromis između njegovih karakteristika. Moderni zumovi već sadrže dvadesetak elemenata i nema potrebe da ih prekomjerno komplikujete.

Sve kriminalne aberacije programeri vrlo uspješno ispravljaju, a one koje preostaju lako se slažu. Ako vaš objektiv ima neke slabosti (a većina sočiva ima), naučite ih zaobilaziti u svom poslu. Sferna aberacija, koma, astigmatizam i njihove hromatske razlike se smanjuju kada je sočivo zaustavljeno (pogledajte „Odabir optimalnog otvora blende“). Distorzija i hromatsko uvećanje se eliminišu prilikom obrade fotografija. Zakrivljenost polja slike zahteva dodatnu pažnju prilikom fokusiranja, ali takođe nije fatalna.

Drugim riječima, umjesto da okrivljuje opremu za nesavršenost, amaterski fotograf bi radije trebao početi da se usavršava tako što će temeljito proučavati svoje alate i koristiti ih u skladu s njihovim prednostima i nedostacima.

Hvala vam na pažnji!

Vasilij A.

Post scriptum

Ako vam je članak bio koristan i informativan, možete ljubazno podržati projekat dajući doprinos njegovom razvoju. Ako vam se članak nije dopao, ali imate razmišljanja kako da ga poboljšate, vaša kritika će biti prihvaćena sa ništa manje zahvalnosti.

Imajte na umu da ovaj članak podliježe autorskim pravima. Ponovno štampanje i citiranje su dozvoljeni pod uslovom da postoji ispravna veza sa izvorom, a korišćeni tekst ne sme biti iskrivljen ili modifikovan na bilo koji način.

U članku su opisani osnovni pojmovi aberacija, klasifikacija aberacija, kao i moguće metode za otklanjanje aberacija u odnosu na mikroskopska sočiva. Članak opisuje metodu odabira sočiva mikroskopa na osnovu zadataka istraživača.

Aberacije u optičkim sistemima su greška slike uzrokovana bilo kojim odstupanjem stvarnih zraka od geometrijskih pravaca duž kojih bi trebalo da putuju u idealnom optičkom sistemu. Aberacije se mogu klasifikovati na monohromatske (odnosno, svojstvene monohromatskim zracima - zracima iste talasne dužine) i hromatske.

Monohromatske aberacije

Monohromatske aberacije su greške svojstvene svakom stvarnom optičkom sistemu. Pojava je zbog činjenice da površine koje prelamaju zrake nisu u stanju da skupe u tačku široke snopove zraka koji padaju na njih pod velikim uglovima. Monokromatske aberacije dovode do izobličenja slike tačke u određenu figuru raspršenja, što smanjuje jasnoću slike i narušava sličnost slike i objekta.

Monohromatske aberacije su klasifikovane u pet Seidelovih aberacija:

S I - sferna aberacija

Sferna aberacija optičkog sistema. Zrake paralelne sa osom optičkog sistema ne konvergiraju se u tački, već u struku.

Sferna aberacija optičkih sistema zbog neusklađenosti fokusa za svjetlosne zrake koje prolaze na različitim udaljenostima od optičke ose. Narušava homocentričnost svetlosnog snopa, ali ne narušava simetriju.
Postoji nekoliko načina da se ispravi sferna aberacija:

Prvo, smanjenje zakrivljenosti sočiva (koristeći staklo s visokim indeksom prelamanja u kombinaciji s povećanjem radijusa površina sočiva, čime se održava njegova optička snaga).
Drugo, korištenje kombinacije pozitivnih i negativnih sočiva. Obično se, paralelno sa ispravljanjem sferne aberacije, koriguje i hromatska aberacija.
Treće, koristi se otvor blende - odsijecanje rubnih zraka široke grede. Metoda omogućava smanjenje vrijednosti raspršenja, ali je neprikladna za optičke sisteme koji zahtijevaju visok omjer otvora.
Nemoguće je potpuno se riješiti sferne aberacije, ali metode za njeno smanjenje učinkovito se koriste u mikroskopiji.

S II – koma

Koma aberacija je uzrokovana činjenicom da se zraci koji dolaze pod uglom prema optičkoj osi ne sakupljaju u jednoj tački. Tehnika korekcije kome je slična tehnici korekcije sfernih aberacija i uglavnom se zasniva na upotrebi kombinacija pozitivnih i negativnih sočiva.

S III – astigmatizam

Astigmatizam optičkog sistema Aberacija u kojoj slika tačke koja leži izvan ose i formirana uskim snopom zraka predstavlja dva okomita segmenta koja se nalaze na različitim udaljenostima Gausove ravni (ravan fokusa bez aberacija).

Astigmatizam se ne može ispraviti zaustavljanjem jer... Pojavljuje se i na uskim gredama. Za korekciju astigmatizma koriste se dubleti pozitivnih i negativnih leća.

S IV – zakrivljenost polja slike

Aberacija u kojoj slika ravnog objekta okomita na osu optičkog sistema leži na konveksnoj ili konkavnoj (obično sfernoj u slučaju simetrične optike) površini u odnosu na sočivo.

Greška unesena aberacijom ima vrlo snažan učinak u mikroskopiji, jer rezultirajuća slika ravnog objekta nije u potpunosti u fokalnoj ravni i stoga na nekorigiranom sistemu ne možemo uočiti potpuno oštru sliku objekta u cijelom polju. .

Zakrivljenost polja se koriguje izračunavanjem sistema koji sadrži dva ili više negativnih sočiva, kao i korišćenjem vazdušnog prostora između sočiva.

S V – izobličenje

Distorzija je promjena koeficijenta linearnog uvećanja optičkog sistema preko vidnog polja. Distorzija nije prihvatljiva u mikroskopiji, jer sistem podložan distorziji ne pruža geometrijsku sličnost između posmatranog objekta i njegove slike. Izobličenje se ispravlja odabirom sočiva u fazi dizajna sočiva. Takođe je moguće ispraviti izobličenje u fazi kompjuterske obrade slike.

hromatska aberacija (CA)

Hromatske aberacije su greške koje se unose u sliku zbog razlike u indeksu prelamanja za zrake različitih talasnih dužina.
Kada svjetlost prolazi kroz optičke materijale, uočava se disperzija - razlaganje bijele svjetlosti u spektar. To je fenomen disperzije koji je uhvaćen na omotu najpoznatijeg muzičkog albuma 20. veka – Pink Floyd – The Dark Side of the Moon.

Za bilo koje optičko sočivo, indeks loma plavih zraka je općenito veći od indeksa crvenih zraka, tako da se žarište plavih zraka, F plavo, nalazi bliže stražnjoj glavnoj tački sočiva nego žarište crvenih zraka, F crveno. Slijedi da će zraci dobijeni razgradnjom bijele svjetlosti imati različite žižne daljine. Ne postoji jedinstvena žižna daljina za jedno sočivo, već skup žižnih daljina - jedan fokus po zraku svake boje.

Razlika F plava -F crvena je "pozicijski hromatizam" (ili hromatska razlika položaja, uzdužna hromatska aberacija)

Otvor blende malo smanjuje hromatičnost pozicije. U ovom slučaju, slike objekta u zracima različitih boja bit će na različitim udaljenostima od stražnje glavne točke. Ako fokusirate optički sistem na crvene zrake, slika u plavim zracima će biti van fokusa, i obrnuto.

Mikroskopska sočiva su dizajnirana da eliminišu hromatske aberacije. Sistem sočiva koji objedinjuje žarišta dva (na primjer, plavi i žuti) zraka naziva se akromatski sistem, a kada se žarišta tri zraka spoje, naziva se apokromatski sistem.

Glavno pravilo pri ispravljanju CA je ispravljanje CA ukupno za cijeli sistem. Nema potrebe da se koriguje hromatičnost svakog elementa. Važno je da ukupna pozitivna i negativna disperzija elemenata sistema bude jednaka nuli.

Kriterijumi za odabir sočiva mikroskopa

Uzimajući u obzir glavne vrste različitih optičkih aberacija, možemo opisati glavne kriterije pri odabiru sočiva za laboratorijski mikroskop, jer su karakteristike sočiva one koje određuju rezoluciju mikroskopa, izobličenje, mogućnost preciznih mjerenja i mogućnost dobijanja visokokvalitetnih velikih polja slike pri velikom uvećanju spajanjem parcijalnih polja.
U većini slučajeva pri odabiru sočiva važi pravilo da što je sočivo kvalitetnije i skuplje, to je bolje za rješavanje bilo kojeg problema. Ali u stvari, prvo, ovo nije uvijek apsolutno pouzdano, a drugo, ovo pravilo ne utječe na ekonomsku komponentu pitanja. Ali ponekad upravo to igra odlučujuću ulogu pri odabiru opreme određene klase.

Mikroskopska sočiva se dele u različite klase u zavisnosti od korekcije monohromatskih i hromatskih aberacija. Svaki proizvođač ima svoju klasifikaciju i svoje jedinstvene nazive za svaku klasu, što izuzetno otežava transparentan odabir jedne ili druge linije.

Svi proizvođači razlikuju tri velike klase sočiva: Achromats, Semi-Apochromats (ili Fluotars) i Apochromats. Kriterijum za uključivanje sočiva u određenu klasu biće konvergencija fokalnih ravni za tri osnovne boje: crvenu, zelenu i plavu.

Leica Microsystems nudi sledeću procenu kriterijuma (može se malo razlikovati od procene drugih proizvođača - Zeiss, Olympus, Nikon, itd.). Ova procjena pruža najtransparentniji prikaz CA korekcije u zavisnosti od klase sočiva.

Klasa sočiva	Korekcija hromatskih aberacija	Aplikacija
Achromats	Između F crvene i F plave< 2x DoF*. one. crveni i plavi zraci su kombinovani u jednu oblast, dužine manje od 2 dubine polja. Udaljenost do fokusa zelenog zraka nije određena.	Rutinska mikroskopija vidljivog svjetla
Polu-apohromati	F crvena, F plava i F zelena<2,5x DoF*. one. fokus crvenih, plavih i zelenih zraka spojen je u jedno područje širine 2,5 puta veće dubine polja.	Za visokokvalitetnu vizualizaciju u opsegu vidljive svjetlosti, kao i za postizanje slika visokog kontrasta.
Apohromati	F crvena, F plava i F zelena<1x DoF*. one. fokus crvenih, plavih i zelenih zraka doveden je u jednu tačku. (CA korekcija u tri boje)	Za rešavanje problema ultraprecizne mikroskopije, merne mikroskopije pri velikom uvećanju, kao i za rad u UV i IR opsegu.

* DoF – Dubina polja – dubina oštre slike prostora

Svaka klasa sočiva je podijeljena u nekoliko grupa ovisno o primjeni. U osnovi govorimo o korekciji monokromatskih aberacija, na primjer, Plan Achromat i jednostavno Achromat će se razlikovati po prisutnosti korekcije sfere, zakrivljenosti polja i izobličenja Plan Achromat sočiva.

Dodatno, neka sočiva imaju razlike u dizajnu, na primjer, LD (Long distance) sočiva - sočiva s povećanim radnim razmakom za rad s Petrijevim zdjelicama u biologiji, ili praćenje objekata složene topografije u nauci o materijalima. PH – sočiva za fazni kontrast sa ugrađenim faznim prstenom (mogu se koristiti i u svijetlom polju, ali je propusnost svjetlosti takvih sočiva manja). ULJENE leće koje koriste imersion ulje, itd.

Aberacija optičkog sistema- greška ili greška slike u optičkom sistemu uzrokovana odstupanjem zraka od smjera u kojem bi trebao ići u idealnom optičkom sistemu. Aberaciju karakterišu različite vrste narušavanja homocentričnosti u strukturi snopova zraka koji izlaze iz optičkog sistema.

Veličina aberacije se može dobiti kako poređenjem koordinata zraka direktnim proračunom pomoću tačnih geometrijsko-optičkih formula, tako i približno koristeći formule teorije aberacija.

U ovom slučaju, aberaciju je moguće okarakterizirati i kriterijima zračne optike i na osnovu koncepata valne optike. U prvom slučaju, odstupanje od homocentričnosti izraženo je kroz ideju geometrijskih aberacija i figura raspršenja zraka na slikama tačaka. U drugom slučaju procenjuje se deformacija sfernog svetlosnog talasa koji prolazi kroz optički sistem, uvodeći koncept talasnih aberacija. Obje metode opisivanja su međusobno povezane, opisuju isto stanje i razlikuju se samo po obliku opisa.

U pravilu, ako sočivo ima velike aberacije, onda ih je lakše okarakterizirati veličinom geometrijskih aberacija, a ako su male, onda na temelju koncepta valne optike.

Aberacije se mogu podijeliti na monokromatske, odnosno svojstvene jednobojnim snopovima zraka, i.

Monohromatske aberacije

U stvarnim sistemima, određene vrste monohromatskih aberacija se gotovo nikada ne javljaju. U stvarnosti se uočava kombinacija svih aberacija, a proučavanje složene figure raspršenja aberacija izolacijom pojedinačnih tipova aberacija (bilo kojeg reda) nije ništa drugo do umjetna tehnika koja olakšava analizu fenomena.

Monohromatske aberacije višeg reda

U pravilu, slika raspodjele zraka u figurama raspršenja je primjetno komplicirana činjenicom da su aberacije višeg reda superponirane na kombinaciju svih aberacija trećeg reda. Ova distribucija se primjetno mijenja sa promjenama u položaju točke objekta i rupe u sistemu. Na primjer, sferna aberacija petog reda, za razliku od sferne aberacije trećeg reda, izostaje u jednoj tački na optičkoj osi, ali istovremeno raste proporcionalno kvadratu udaljenosti od nje.

Utjecaj aberacija višeg reda se povećava kako se povećava relativni otvor blende sočiva, i to tako brzo da se u praksi optička svojstva sočiva s velikim otvorom blende određuju upravo višim redovima aberacija.

Veličine aberacija višeg reda se uzimaju u obzir na osnovu tačnog proračuna putanje zraka kroz optički sistem (tracing). U pravilu, korištenjem specijaliziranih programa za optičko modeliranje (Code V, OSLO, ZEMAX, itd.)

Hromatske aberacije

Hromatske aberacije uzrokovane disperzijom optičkog medija od kojeg je formiran optički sistem, odnosno zavisnošću indeksa prelamanja optičkih materijala od kojih su napravljeni elementi optičkog sistema od dužine propuštenog svjetlosnog talasa.

Mogu se manifestirati u stranoj obojenosti slike, te u pojavi obojenih obrisa na slici predmeta koji nisu bili prisutni u objektu.

Ove aberacije uključuju hromatsku aberaciju položaja (hromatizam), koja se ponekad naziva i "longitudinalni hromatizam", i

Kao što je već pokazano, putanja zraka u realnom optičkom sistemu i struktura zraka značajno se razlikuju od one u idealnom sistemu. Kao rezultat toga, stvarni optički sistemi proizvode sliku koja je manje-više bliska idealnoj. S tim u vezi, potreban je kriterijum evaluacije po kome se može suditi o stepenu aproksimacije realnog sistema idealnom i koji se ocenjuje kvalitetom slike.

Prisjetimo se Maxwellova tri uslova za geometrijski savršen sistem:

1) svi zraci koji napuštaju tačku objekta O(x,y) i prolaze kroz ovaj sistem moraju konvergirati u tački slike I(x, y");

2) svaki element ravni normalne na optičku osu i koji sadrži tačku O(x,y) mora biti predstavljen elementom ravni normalne na optičku osu i koji sadrži tačku I(x,y");

3) visina slike h" mora biti proporcionalna visini objekta h, a koeficijent proporcionalnosti mora biti konstantan bez obzira na lokaciju tačke O(x, y) u ravni objekta.

Odstupanja od prvog uslova se nazivaju aberacije ili (općenito) izobličenje slike. Odstupanja druge vrste, respektivno polje i zakrivljenost slike i odstupanja treće vrste zvane distorzija.

dakle, Aberacije - to su greške slike uzrokovane odstupanjima zraka od pravaca po kojima bi trebali ići u idealnom optičkom sistemu.

Geometrijske i talasne aberacije su odstupanja od Maksvelovog prvog uslova. Geometrijske aberacije opisuju pomake (u odnosu na geometrijski idealne položaje) tačaka preseka zraka sa površinom slike. Talasne aberacije karakterišu ORX za svaki snop u odnosu na isti parametar za glavni snop.

Geometrijske aberacije se dijele na klase u zavisnosti od njihovog reda: 1. reda, 3. reda, 5. reda, itd.

Različite vrste aberacija nemaju isti učinak na kvalitet slike. U okviru Linfootovih kriterija za procjenu kvaliteta slike, aberacije koje su kružne ili ortogonalno simetrične utiču na „strukturalni sadržaj“ slike, ali ne i na njenu „uvjerljivost“. Asimetrične aberacije, čak iu granicama tolerancije sa stanovišta kriterijuma strukturnog sadržaja, snažno utiču na kredibilitet slike. Ovakvo razumevanje faktora uticaja, zasnovano na krajnjim ciljevima korišćenja ovog sistema, veoma je značajno, jer se u procesu proračuna sočiva međusobno

kompenzacija određenih vrsta aberacija. Razlike u utjecaju različitih tipova mogu se prikazati na primjeru aberacija 1. i 3. reda.

Aberacije optičkih sistema se dele na monohromatske i hromatske:

- Monohromatske aberacije nazivaju se greške slike koje se javljaju za zrake određene valne dužine. To uključuje: sferni, koma, astigmatizam i zakrivljenost slike, izobličenje.

- Hromatske aberacije - kada zračenje složenog spektralnog sastava prolazi kroz refrakcijske površine, ono se zbog disperzije svjetlosti razlaže na sastavne spektralne dijelove. U ovom slučaju, slika je zbir velikog broja monokromatskih slika koje se ne podudaraju jedna s drugom ni po položaju ni po veličini. Slika postaje obojena.

Poprečne aberacije (∆h / ∆u /)- ovo je odstupanje koordinata tačke A / preseka realnog snopa sa ravninom slike od koordinata tačke A 0 / idealne slike u pravcu okomitom na optičku osu (slika 30).

Slika 29. Poprečne aberacije

Talasna aberacija je odstupanje realnog talasnog fronta od idealnog, mereno duž snopa u broju talasnih dužina.