Хроматическую аберрацию можно компенсировать

Обновлено: 02.06.2024

Схема ахроматического дублета, разные длины волн видимого спектра фокусируются примерно на одном и том же расстоянии.

Ахроматический дублет (или ахроматический ) представляет собой линзу дублет предназначен для ограничения воздействия хроматических и сферических аберраций . Ахромат корректирует фокусные расстояния световых лучей с разной длиной волны, чтобы лучше сходить их в одной плоскости.

Принцип коррекции заключается в объединении двух элементов, влияние которых на качество изображения противоположно: формы изучаются таким образом, чтобы хроматическая аберрация, характерная для одного объектива, уравновешивалась хроматической аберрацией другого. В результате аксиальный хроматизм отменяется для пары длин волн и очень уменьшается для остальной части спектра.

Чаще всего положительная сила линзы из коронного стекла значительно больше, чем отрицательная сила линзы из бесцветного стекла. Дублет образует линзу слегка положительной силы , но улучшает фокусировку лучей с разной длиной волны. Также могут быть изготовлены отрицательные дублеты, в которых преобладает отрицательная сила одной из линз.

Резюме

Исторический

Идея объединения двух линз со специальными характеристиками для уменьшения аберраций родилась в период с 1730 по 1760 год в Англии. В то время проблема хроматических дефектов была важна в области астрономических наблюдательных приборов: их происхождение оставалось непонятым, а вопрос часто считался неразрешимым. Ньютон предпочел строить телескоп на основе отражающих зеркал, а не использовать обычные в 1670-х годах очки с преломляющими линзами.

Линзы в течение XVII E века посредственного качества: ограничен в размерах из - за аберрации , которые быстро стали слишком важными , на крае этих элементов и отполированные в блоках стекла неодинакового качества.

Отцовство изобретения

Примат изобретения ахроматического дублета был предметом споров. В 1729 году лондонский юрист Честер Мур Холл разработал первый ахроматический дублет, применив эмпирический подход с использованием двух призм из кремня и короны. Чтобы сохранить секрет своего опыта, в 1733 году он попросил двух разных оптиков, Эдварда Скарлетта и Джеймса Манна , изготовить линзы каждый, и эти два оптика передали производство по субподряду Джорджу Бассу (in) , который, хотя и понимал важность и предназначение сборки, сохраню в секрете эту систему из двух линз.

После смерти Джона Доллонда в 1761 году его старший сын продолжил семейный бизнес по разработке телескопов и оптических систем. Он уволил своего делового партнера после конфликта между ними двумя, заплатив ему 200 фунтов , чтобы он не делал ахроматических дублетов. Таким образом, Питер Доллонд ставит ультиматум всем лондонским оптикам, требуя гонорара за производство ахроматических дублетов. После этого постановления в 1764 году тридцать пять лондонских оптиков объединились, чтобы подать иск против Питера Доллонда с целью аннулирования патента, атакуя этот патент на том факте, что Доллонд был изобретателем не дублета, а Холла.

После судебного иска Питера Доллонда против Джеймса Чампни, одного из помощников оптика, против патента Доллонда, суд постановил, что Честер Мур Холл действительно был изобретателем ахроматического дублета, но польза от открытия была низкой. кто написал описание в своих заметках, но тому, кто предлагал знания другим. Авторство Холла было предано забвению, похороненное испытаниями Доллонда-младшего и переписыванием истории, до 1790 года, когда в анонимном письме, опубликованном в журнале Gentleman's , было упомянуто о вкладе Честера Мура Холла в открытие этой комбинации.

Разработка и использование ахроматов

В 1760-х годах Эйлер, Клеро, Даламбер и Боскович выдвинули теорию дисперсии и тем самым возможности ахроматизации. Однако ограничения, присущие качеству и разнообразию оптических стекол, препятствуют получению ахроматических дублетов, дефекты которых не являются критическими. Однако некоторые дублеты используются в микроскопии, в частности дублеты, произведенные Dollond.

Долго используемый в астрономических телескопах, на протяжении XIX - го века , ахроматический дублет медленно исчез в пользу зеркал в этих системах.

Характеристики

1: Коронное стекло
2: Флинт-стекло
3: Зеленое
фокусное расстояние 4: Конвергентное синее и красное фокусное расстояние.

Самый простой тип обычно используемого ахромата - это дуплет, состоящий из:

Фокусное расстояние ахроматического дублета одинаково для двух длин волн, обычно для дублета, работающего в видимом диапазоне длин волн, мы берем линию F на 486,1 нм и линию C на 656,3 нм от l ' водорода ; фокусное расстояние для среднего из двух скорректированных длин волн всего лишь в 5 × 10 −4 раз отличается от скорректированного фокусного расстояния, при этом для одной линзы разница в фокусных расстояниях приближается к коэффициенту 2 × 10 −2 . Эта разница в фокусном расстоянии и характеризует осевой хроматизм . Ахроматический дублет обычно используется для отверстий до и для углов поля всего в несколько градусов. ж / 4

Более сложные ахроматы, состоящие из нескольких склеенных или отдельных ахроматических дублетов, были созданы в 1850-х годах оптиками, которые стремились создать первые линзы для фотоаппаратов. Мы отмечаем, например, комбинацию Chevalier, известную как линза Chevalier , и ахромат Petzval, оба состоящие из двух дублетов, разделенных большим воздушным пространством, в котором расположена открывающаяся диафрагма системы.

Гибридные ахроматические дублеты состоят из комбинации тонкой линзы с дифракционной линзой . Фактически дифракционные линзы можно уподобить элементу, сужение которого отрицательно и не зависит от подложки, на которой они протравлены, поэтому достаточно принять во внимание это значение сужения, чтобы оценить необходимую мощность второго элемента. Таким образом, гибридные дублеты могут ассоциировать с дифракционной линзой либо собирающуюся коронную линзу, либо расходящуюся кремневую линзу.

Оптический дуплет

Осевой хроматизм ахроматического дублета, кривая фокусного расстояния ахромата как функция используемой длины волны.

В числе Абба и материалы этих линз используются для вычисления оптимального фокусного расстояния для коррекции хроматических аберраций. Для желтого света, расположенного в линии D фраунгофера (589,2 нм), фокусные расстояния f ₁ и f ₂ этих линз должны соответствовать следующей формуле: ν 1 > ν 2 >

Поскольку числа Аббе положительны в классических дублетах, одно из фокусных расстояний должно быть отрицательным, что соответствует расходящейся линзе в гибридном дуле, где, тем не менее, это не так. ν 1 0

Узнать фокусное расстояние или общую вершину дублета можно благодаря формуле Гуллстранда в приближении Гаусса :

Это имеет место в конкретном случае дублета, привязанного к формуле:

В общем случае два уравнения приводят к:

Это позволяет уменьшить количество неизвестных в уравнении. После определения фокусных расстояний можно точно определить радиусы кривизны, которые будут оставлены переменными в зависимости от типа конструируемого дуплета.

В приближении Гаусса вершина склеенного дублета подчиняется формуле , в которой известно, что фокусное расстояние каждой линзы, считающейся тонкой, зависит от длины волны следующим образом: V знак равно V 1 + V 2 + V_ >

Однако для двух длин волн фокусное расстояние дублета должно иметь одинаковое значение. Это ставит следующее условие, принимая два уравнения для вергенции и фокусного расстояния линзы в зависимости от ее длины волны:

Так как дублет склеен, считается, что R ₂ равен R ₃ .

Типы ахроматов

Сначала ахроматы можно разделить на несколько основных категорий в зависимости от их основных конструктивных характеристик.

R обозначает сферический радиус линзы. Условно R ₁ обозначает первую поверхность линзы от наблюдаемого объекта. Дублет имеет четыре линзовых поверхности с радиусами от R ₁ до R ₄ .

Бондажный дублет

Первый ахромат, разработанный Холлом и отполированный Бассом, представлял собой комбинацию фокусного расстояния 20 дюймов (508 мм) и диаметра 2,5 дюйма (63,5 мм) .

Дублет Литтроу состоит из равновыпуклой коронной линзы (R ₁ = R ₂ ), за которой следует кремневая линза с R ₃ = -R ₂ и последняя лицевая сторона плоская. Этот дублет может создавать фантомное изображение между R ₂ и R ₃ из-за идентичных лучей. Он также может создавать фантомное изображение между бесконечным лучом R ₄ и острием телескопа.

В дублете фраунгофера первая линза выпуклая, а вторая вогнутая. R ₁ больше, чем R ₂ , а последний близок к R ₃ . R ₄ обычно больше, чем R ₃ .

Дублет

Гаусс дублет представляет собой отдельный дублет , изобретенный Гаусс в 1817 году Он состоит из положительного мениска (сужающегося), поэтому в короне, с последующим отрицательным мениском (расходящийся), в кремне. Дополнительная степень свободы, оставленная четвертой поверхностью, позволяет лучше корректировать аберрации на оптической оси. В конце XIX - го века, было обнаружено , что размещение Gaussian дублета на каждой стороне диафрагмы полностью подавляется искажение системы. Эта новая оптическая формула была названа двойным Гауссом .

Кремень впереди

Дублет Steinheil был изобретен Карлом Августом фон Штайнхайлем . В отличие от дублета Фраунгофера, первая линза представляет собой бесцветное стекло с отрицательной оптической силой, за которой следует линза с положительной оптической силой. Этот дублет требует поверхностей большей кривизны.

Фотографический пример, показывающий высококачественный объектив (вверху) по сравнению с моделью более низкого качества, демонстрирующей поперечную хроматическую аберрацию (видимую как размытие и радужный край в областях контраста).

СОДЕРЖАНИЕ

Сравнение идеального изображения кольца (1) и изображений только с аксиальной (2) и только поперечной (3) хроматической аберрацией

Существует два типа хроматической аберрации: осевая ( продольная ) и поперечная ( боковая ). Осевая аберрация возникает, когда свет разных длин волн фокусируется на разном расстоянии от линзы ( смещение фокуса ). Продольная аберрация типична при больших фокусных расстояниях. Поперечная аберрация возникает, когда разные длины волн фокусируются в разных положениях в фокальной плоскости , потому что увеличение и / или искажение линзы также зависит от длины волны. Поперечная аберрация типична для коротких фокусных расстояний. Неоднозначное сокращение LCA иногда используется для обозначения продольной или поперечной хроматической аберрации.

Два типа хроматической аберрации имеют разные характеристики и могут возникать вместе. Осевые КА возникают на всем изображении и указываются инженерами-оптиками, оптометристами и специалистами по зрению в диоптриях . Его можно уменьшить, остановившись , что увеличивает глубину резкости, так что, хотя разные длины волн фокусируются на разных расстояниях, они все еще находятся в приемлемом фокусе. Поперечная СА не возникает в центре изображения и увеличивается к краю. На него не влияет остановка.

Минимизация

Хроматическая коррекция видимого и ближнего инфракрасного диапазонов. Горизонтальная ось показывает степень аберрации, 0 - отсутствие аберрации. Линзы: 1: простой, 2: ахроматический дублет, 3: апохроматический и 4: суперахроматический.

На ранних этапах использования линз хроматическая аберрация уменьшалась за счет увеличения фокусного расстояния линзы, где это было возможно. Например, это может привести к появлению очень длинных телескопов, таких как очень длинные воздушные телескопы 17 века. Теории Исаака Ньютона о том, что белый свет состоит из спектра цветов, привели его к выводу, что неравномерное преломление света вызывает хроматическую аберрацию (что привело его к созданию первого телескопа-рефлектора , его ньютоновского телескопа , в 1668 году).

Многие типы стекла были разработаны для уменьшения хроматической аберрации. Это стекло с низкой дисперсией , в первую очередь, стекла, содержащие флюорит . Эти гибридизированные стекла имеют очень низкий уровень оптической дисперсии; только две составные линзы из этих веществ могут дать высокий уровень коррекции.

Использование ахроматов было важным шагом в развитии оптических микроскопов и телескопов .

Альтернативой ахроматическим дублетам является использование дифракционных оптических элементов. Дифракционные оптические элементы могут генерировать произвольные сложные волновые фронты из образца оптического материала, который по существу является плоским. Дифракционные оптические элементы имеют отрицательные дисперсионные характеристики, дополняющие положительные числа Аббе оптических стекол и пластмасс. В частности, в видимой части спектра дифракционные элементы имеют отрицательное число Аббе -3,5. Дифракционные оптические элементы могут быть изготовлены методом алмазного точения .

Хроматическая аберрация одной линзы приводит к тому, что разные длины волн света имеют разные фокусные расстояния

Дифракционный оптический элемент с дополнительными дисперсионными свойствами по сравнению со стеклом может использоваться для коррекции цветовой аберрации.

Математика минимизации хроматической аберрации

Для дублета, состоящего из двух соприкасающихся тонких линз, число Аббе материалов линз используется для расчета правильного фокусного расстояния линз для обеспечения коррекции хроматической аберрации. Если фокусные расстояния двух линз для света на желтой линии D Фраунгофера (589,2 нм) равны f ₁ и f ₂ , то наилучшая коррекция выполняется для условия:

где V ₁ и V ₂ - числа Аббе материалов первой и второй линз соответственно. Поскольку числа Аббе положительны, для выполнения условия одно из фокусных расстояний должно быть отрицательным, т. Е. Расходящаяся линза.

Общее фокусное расстояние дублета f определяется по стандартной формуле для тонких линз в контакте:

и вышеуказанное условие гарантирует, что это будет фокусное расстояние дублета для света на синей и красной линиях Фраунгофера F и C (486,1 нм и 656,3 нм соответственно). Фокусное расстояние для света с другими видимыми длинами волн будет таким же, но не в точности равным этому.

Хроматическая аберрация используется во время теста дуохромного зрения, чтобы убедиться, что была выбрана правильная сила линзы. Пациент сталкивается с красными и зелеными изображениями и спрашивает, какое из них резче. Если рецепт правильный, то роговица, линза и предписанная линза будут фокусировать красные и зеленые волны только спереди и сзади сетчатки, что будет иметь одинаковую резкость. Если хрусталик слишком мощный или слабый, тогда один будет фокусироваться на сетчатке, а другой будет гораздо более размытым по сравнению с ним.

Обработка изображений для уменьшения появления боковой хроматической аберрации

Поскольку хроматическая аберрация сложна (из-за ее связи с фокусным расстоянием и т. Д.), Некоторые производители камер применяют методы минимизации появления хроматической аберрации для конкретных объективов. Практически каждый крупный производитель камер допускает ту или иную форму коррекции хроматической аберрации как в самой камере, так и с помощью собственного программного обеспечения. Сторонние программные инструменты, такие как PTLens, также способны выполнять минимизацию сложных хроматических аберраций с помощью своей большой базы данных камер и объективов.

В действительности, даже теоретически совершенные системы уменьшения-удаления-коррекции хроматической аберрации на основе постобработки не увеличивают детализацию изображения, как линзы, которые оптически хорошо корректируют хроматическую аберрацию, по следующим причинам:

Изменение масштаба применимо только к боковой хроматической аберрации, но есть также продольная хроматическая аберрация.
Изменение масштаба отдельных цветовых каналов приводит к потере разрешения исходного изображения.
Большинство сенсоров камеры улавливают только несколько дискретных (например, RGB) цветовых каналов, но хроматическая аберрация не является дискретной и возникает во всем спектре света.
Красители, используемые в датчиках цифровой камеры для захвата цвета, не очень эффективны, поэтому перекрестное загрязнение цвета неизбежно и вызывает, например, хроматическую аберрацию в красном канале, которая также смешивается с зеленым каналом вместе с любой зеленой хроматической аберрацией. .

Вышеупомянутое тесно связано с конкретной записываемой сценой, поэтому никакое количество программирования и знаний об оборудовании захвата (например, данных камеры и объектива) не может преодолеть эти ограничения.

Фотография

На фотографиях, сделанных с помощью цифровой камеры, очень маленькие блики могут часто выглядеть с хроматической аберрацией, где на самом деле эффект возникает из-за того, что яркое изображение слишком маленькое, чтобы стимулировать все три цветных пикселя, и поэтому записывается с неправильным цветом. Это может происходить не со всеми типами сенсоров цифровых камер. Опять же, алгоритм устранения мозаики может повлиять на очевидную степень проблемы.

Хроматические аберрации (ХА), или их еще называют дисперсия света или цветовая окантовка - проблема большинства оптических систем, обусловленная не совпадением фокусных расстояний для лучей света с разными длинами волн (лучей разных цветов). В результате появляется их рассогласование в фокальной точке объектива. При этом изображение получает цветную окантовку по краям фотографии. И, хотя вы сможете удалить малые уровни хроматических аберраций в графическом редакторе, реальность такова, что она не может быть исправлена полностью программной обработкой.

Хроматические аберрации возникают потому, что ваш объектив действует как призма, преломляющая свет. Но в связи с определенными свойствами стекла, проходящие через него лучи света, состоящие из большого количества волн разной длины (а, следовательно, и различного цвета), выходят под различными углами. Следовательно, чтобы сенсор камеры правильно передал эту комбинацию цветов, объектив вашего фотоаппарата должен сфокусировать все лучи разного цвета в одной точке на сенсоре.

1. Расстояние от линзы до точки пересечения луча с оптической осью линзы разное для каждого луча спектра. Лучи не собираются в одну точку (нет единого фокусного расстояния). Наблюдается хроматизм — различие фокусных расстояний составляющих света.

Производители оптики для коррекции всех этих световых лучей, как правило, используют большое количество линз. Если вы видели конструкцию объектива, то знаете, что в его конструкции десятки его составляющих элементов, направленных на корректировку различных составляющих источника света по пути через объектив к сенсору фотокамеры. К сожалению, это и есть то слабое место, где хроматические аберрации, как правило, проявляют себя. Даже незначительные отклонения в производстве линзовых элементов в определенных условиях могут привести к появлению на ваших фотоснимках предательской ХА.

Это не значит, что необходимо срочно покупать объектив профессионального уровня (хотя, в принципе, это будет не лишним). На самом деле все объективы в той или иной степени страдают от хроматической аберрации. Важнее то, страдает ли ваш объектив видимыми на снимках ХА, и есть ли у вас эффективное средство для борьбы с ними.

Хроматические аберрации могут быть эффективно удалены при обработке изображений в редакторе, если вы снимаете в формате RAW. Но наиболее правильным будет попытаться устранить проблему в первоисточнике — фотокамере. Существует несколько легких для понимания методов съемки, которые помогут вам свести к минимуму видимый эффект ХА. Давайте их рассмотрим

Хроматические аберрации, как правило, появляются в сценах с высокой контрастностью. В частности, если источник света находится позади снимаемого объекта, особенно на фотографиях, сделанных на белом фоне, пейзажные фото, сделанные при восходе солнца. В таких ситуациях необходимо попытаться перекомпоновать снимаемую сцену. Подберите другой задний фон, который будет больше соответствовать по контрасту объекту съемки, или дождитесь более подходящих условий освещения. Если снимаемую сцену необходимо запечатлеть в данном виде или просто нет другой возможности для съемки, то переключитесь в формат RAW, при этом вам придется делать корректировку при пост-обработке конечного фотоснимка.

Приятно иметь зум-объектив к широким диапазоном фокусных расстояний, но реальность такова, что ХА проявляют себя на коротком и длинном конце фокуса. Поэтому возможность выбора фокусного расстояния, близкого к среднему, как правило, помогает снять вопрос о видимых хроматических аберрациях.

Например, фотосъемка с помощью зум-объектива на широких ФР приводит к появлению не только хроматических аберраций, но и различных других дефектов в изображении. Рассмотрите возможность съемки панорамы несколькими кадрами с фокусным расстоянием, на котором не проявляются видимые хроматические аберрации, а затем объедините изображений в редакторе.

Как правило, "зажатие" диафрагмы помогает уменьшить заметные дефекты большинства объективов, в том числе и хроматические аберрации. Помните, что вам при этом потребуется увеличить выдержку или повысить значение ISO, чтобы компенсировать потери света.

Хроматические аберрации, наиболее сильно проявляются по мере продвижения от центра кадра к его краям. Это, в основном является результатом неравномерности кривизны линз объектива. Поэтом, расположение главного объекта съемки ближе к середине снимаемого кадра, поможет уменьшить или даже полностью устранить ХА, а композиционную компоновку кадра затем произведите при пост-обработке.

Также следует упомянуть, что во многих современных фотокамерах ХА исправляется автоматически. Корректировка выполняется процессором камеры при конвертации файла в JPEG и не снижает чёткость снимка.

Что такое хроматические аберрации и откуда они берутся?

Практически во всех тестах объективы проходят проверку на уровень хроматических аберраций. Этот показатель используют и для оценки качества изображения, получаемого с компактных цифровых фотоаппаратов. Хроматические аберрации видны на отпечатках больших размеров и при просмотре фотографий на экране. Чаще всего они выглядят как одна или несколько цветных полос на контрастных переходах (например, вокруг контуров предмета, где светлые участки соседствуют с темными). Иногда хроматические аберрации называют "цветной окантовкой" (color fringing).

Хроматические аберрации на Sony F-828

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации приводит к снижению контраста изображения, потере мелких деталей и снижению общей резкости снимка.

Хроматические аберрации вызываются как матрицей цифрового фотоаппарата так и объективом.

Причиной появления хроматических аберраций в объективе является то, что световые волны разной длины по-разному преломляются в линзе. Цветные ореолы или окантовки появляются из-за того, что после преломления волны разной длины фокусируются в разных точках. Есть два типа хроматических аберраций: продольные (longitudinal), где точки сфокусированы на разном расстоянии от линзы и латеральные/боковые (lateral), где различные длины волн сфокусированы на разных точках фокальной плоскости

В тестах и описаниях объективов часто встречаются упоминания специальных типов оптического стекла, например, с низкой дисперсией, с ультра-низкой дисперсией, или оптические элементы из флюорита - все они используются в дорогих объективах для сведения к минимуму хроматических аберраций.

Как бороться с хроматическими аберрациями?

В прошлом, когда фотографы снимали только на пленку, практически единственным способом было использование дорогих профессиональных объективов. Прикрытие диафрагмы, как и другие методы, помогает мало или вообще не помогает. Для цифровых изображений существуют специальные методы исправления хроматических аберраций в графических редакторах, позволяющие снизить уровень, а в некоторых случаях полностью устранить хроматические аберрации.

Хроматические аберрации на снимках в формате RAW легко исправляются в большинстве RAW конверторов, таких как Adobe Camera RAW и Adobe Lightroom. В последних версиях Canon Digital Photo Professional (версия 3.2 или выше) есть специальная функция, позволяющая применить автоматическую коррекцию хроматических аберраций или использовать ручной метод для точной настройки цвета на контрастных переходах.

Canon Digital Photo Professional

Хроматические аберрации правятся и в снимках в формате JPEG или на изображениях, отсканированных с пленок. Некоторые графические редакторы, в частности, Adobe Photoshop, позволяют пользователю вручную исправлять хроматические аберрации. В Photoshop эта функция доступна в меню Filter> Distort> Lens Correction. В открывающемся окне исправления искажений объектива есть слайдеры для исправления ХА.

Коррекция хроматических аберраций в Adobe Photoshop

Автоматизация процесса

Совместимые фотоаппараты Canon EOS:

Хотел бы добавить пару общих слов про пакет программ, идущий в комплекте с фотоаппаратами Canon EOS: ZoomBrowser и DigitalPhotoProfessional доказывают, что "не все бесплатное - плохо". Очень неплохой просмотрщик и отличный - по моему мнению - конвертер RAW-файлов.

Чуть подробнее о разных типах аберраций можно прочитать в статье "Доступно об аберрациях".

СОДЕРЖАНИЕ

Сравнение идеального изображения кольца (1) и изображений только с осевой (2) и только поперечной (3) хроматической аберрацией

Существует два типа хроматической аберрации: осевая ( продольная ) и поперечная ( боковая ). Осевая аберрация возникает, когда свет разных длин волн фокусируется на разном расстоянии от линзы ( смещение фокуса ). Продольная аберрация типична при больших фокусных расстояниях. Поперечная аберрация возникает, когда разные длины волн фокусируются в разных положениях в фокальной плоскости , потому что увеличение и / или искажение линзы также зависит от длины волны. Поперечная аберрация типична для коротких фокусных расстояний. Неоднозначная аббревиатура LCA иногда используется для обозначения продольного илибоковая хроматическая аберрация. [2]

Два типа хроматической аберрации имеют разные характеристики и могут возникать вместе. Осевые КА возникают по всему изображению и указываются инженерами-оптиками, оптометристами и учеными в диоптриях . [4] Его можно уменьшить, остановившись , что увеличивает глубину резкости, так что, хотя разные длины волн фокусируются на разных расстояниях, они по-прежнему находятся в приемлемом фокусе. Поперечная СА не возникает в центре изображения и увеличивается к краю. На него не влияет остановка.

На ранних этапах использования линз хроматическая аберрация уменьшалась за счет увеличения фокусного расстояния линзы, где это было возможно. Например, это может привести к появлению очень длинных телескопов, таких как очень длинные воздушные телескопы 17 века. Теории Исаака Ньютона о том, что белый свет состоит из спектра цветов, привели его к выводу, что неравномерное преломление света вызывает хроматическую аберрацию (что привело его к созданию первого отражающего телескопа , его ньютоновского телескопа , в 1668 году [5] ).

Использование ахроматов было важным шагом в развитии оптических микроскопов и телескопов .

Альтернативой ахроматическим дублетам является использование дифракционных оптических элементов. Дифракционные оптические элементы могут генерировать произвольные сложные волновые фронты из образца оптического материала, который по существу является плоским. [9] Дифракционные оптические элементы имеют отрицательные дисперсионные характеристики, дополняющие положительные числа Аббе оптических стекол и пластмасс. В частности, в видимой части спектра дифракционные элементы имеют отрицательное число Аббе -3,5. Дифракционные оптические элементы могут быть изготовлены методом алмазного точения . [10]

Для дублета, состоящего из двух соприкасающихся тонких линз, число Аббе материалов линз используется для расчета правильного фокусного расстояния линз для обеспечения коррекции хроматической аберрации. [11] Если фокусные расстояния двух линз для света на желтой линии D Фраунгофера (589,2 нм) равны f ₁ и f ₂ , то наилучшая коррекция выполняется для условия:

Общее фокусное расстояние дублета f определяется по стандартной формуле для тонких линз в контакте:

Хроматическая аберрация используется во время теста дуохромного зрения, чтобы убедиться, что была выбрана правильная сила линзы. Пациент сталкивается с красными и зелеными изображениями и спрашивает, какое из них резче. Если рецепт правильный, то роговица, линза и предписанная линза будут фокусировать красные и зеленые волны только спереди и сзади сетчатки, что будет иметь одинаковую резкость. Если линза слишком мощная или слабая, тогда один будет фокусироваться на сетчатке, а другой будет гораздо более размытым по сравнению с ним. [12]

Поскольку хроматическая аберрация сложна (из-за ее связи с фокусным расстоянием и т. Д.), Некоторые производители камер применяют методы минимизации появления хроматической аберрации для конкретных объективов. Практически каждый крупный производитель камер обеспечивает коррекцию хроматической аберрации в той или иной форме как в самой камере, так и через собственное программное обеспечение. Программные инструменты сторонних производителей, такие как PTLens, также способны выполнять минимизацию сложных хроматических аберраций с их большой базой данных камер и объективов.

В действительности, даже теоретически совершенные системы уменьшения-удаления-коррекции хроматической аберрации на основе постобработки не увеличивают детализацию изображения, как линзы с оптически хорошей коррекцией хроматической аберрации, по следующим причинам:

Изменение масштаба применимо только к боковой хроматической аберрации, но есть также продольная хроматическая аберрация.
Изменение масштаба отдельных цветовых каналов приводит к потере разрешения исходного изображения.
Большинство сенсоров камеры улавливают только несколько дискретных (например, RGB) цветовых каналов, но хроматическая аберрация не является дискретной и возникает во всем спектре света.
Красители, используемые в датчиках цифровой камеры для захвата цвета, не очень эффективны, поэтому перекрестное загрязнение цвета неизбежно и вызывает, например, хроматическую аберрацию в красном канале, которая также смешивается с зеленым каналом вместе с любой зеленой хроматической аберрацией. .

Читайте также: