ความคลาดเคลื่อนทรงกลมตามขวาง การวิจัยขั้นพื้นฐาน การลดและการแก้ไข

© 2013 เว็บไซต์

ความคลาดเคลื่อนของเลนส์ถ่ายภาพเป็นสิ่งสุดท้ายที่ช่างภาพมือใหม่ควรคำนึงถึง สิ่งเหล่านี้ไม่ส่งผลกระทบต่อคุณค่าทางศิลปะของภาพถ่ายของคุณโดยสิ้นเชิง และอิทธิพลที่มีต่อคุณภาพทางเทคนิคของภาพถ่ายนั้นไม่มีนัยสำคัญเลย อย่างไรก็ตาม หากคุณไม่รู้ว่าจะทำอย่างไรกับเวลา การอ่านบทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจความหลากหลาย ความคลาดเคลื่อนทางแสงและในวิธีการจัดการกับพวกเขาซึ่งแน่นอนว่าเป็นสิ่งล้ำค่าสำหรับนักถ่ายภาพตัวจริง

ความคลาดเคลื่อนของระบบออพติคอล (ในกรณีของเราคือเลนส์ถ่ายภาพ) คือความไม่สมบูรณ์ของภาพที่เกิดจากการเบี่ยงเบนของรังสีแสงไปจากเส้นทางที่ควรปฏิบัติตามในอุดมคติ (สัมบูรณ์) ระบบออปติคัล.

แสงจากแหล่งกำเนิดจุดใดก็ตามที่ผ่านเลนส์ในอุดมคติจะก่อตัวเป็นอนันต์ จุดเล็ก ๆบนระนาบของเมทริกซ์หรือฟิล์ม ในความเป็นจริงสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยธรรมชาติและประเด็นก็กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า จุดที่กระเจิง แต่วิศวกรด้านการมองเห็นที่พัฒนาเลนส์พยายามที่จะเข้าใกล้อุดมคติให้ได้มากที่สุด

ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างความคลาดเคลื่อนสีเดียวซึ่งมีอยู่ในรังสีแสงของความยาวคลื่นใดๆ อย่างเท่าเทียมกัน และความคลาดเคลื่อนสีซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น กล่าวคือ จากสี

ความคลาดเคลื่อนโคมาติกหรืออาการโคม่าเกิดขึ้นเมื่อรังสีแสงผ่านเลนส์ในมุมหนึ่งกับแกนลำแสง ด้วยเหตุนี้ ภาพของแหล่งกำเนิดแสงจุดที่ขอบของเฟรมจึงมีลักษณะเป็นจุดที่มีรูปทรงหยดน้ำที่ไม่สมมาตร (หรือใน กรณีที่รุนแรง, รูปดาวหาง) รูปร่าง

ความผิดปกติของโคมาติก

อาการโคม่าสามารถสังเกตเห็นได้ที่ขอบเฟรมเมื่อถ่ายภาพด้วยรูรับแสงที่เปิดกว้าง เนื่องจากการหยุดลดจำนวนรังสีที่ผ่านขอบเลนส์จึงมีแนวโน้มที่จะขจัดความคลาดเคลื่อนของภาพ

ตามโครงสร้าง อาการโคม่าจะได้รับการจัดการในลักษณะเดียวกับความคลาดเคลื่อนทรงกลม

สายตาเอียง

สายตาเอียงแสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าสำหรับลำแสงที่มีความลาดเอียง (ไม่ขนานกับแกนแสงของเลนส์) รังสีที่อยู่ในระนาบเส้นเมอริเดียนคือ ระนาบซึ่งมีแกนแสงอยู่นั้นถูกโฟกัสในลักษณะที่แตกต่างจากรังสีที่อยู่ในระนาบทัลซึ่งตั้งฉากกับระนาบเส้นเมอริเดียน สิ่งนี้นำไปสู่การยืดจุดเบลอที่ไม่สมมาตรในที่สุด สายตาเอียงจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนบริเวณขอบของภาพ แต่ไม่เห็นตรงกลางภาพ

สายตาเอียงเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจดังนั้นฉันจะพยายามอธิบายด้วย ตัวอย่างง่ายๆ- หากเราจินตนาการถึงภาพตัวอักษร กตั้งอยู่ที่ด้านบนของเฟรม จากนั้นเลนส์สายตาเอียงจะมีลักษณะดังนี้:

โฟกัสเมริเดียนอล	โฟกัสทัล
เมื่อพยายามที่จะประนีประนอม เราจะได้ภาพที่พร่ามัวไปทั่วโลก	ภาพต้นฉบับไม่มีสายตาเอียง

เพื่อแก้ไขความแตกต่างทางสายตาระหว่างจุดโฟกัส Meridional และ Sagittal ต้องมีอย่างน้อยสามองค์ประกอบ (โดยปกติจะเป็นนูนสองอันและหนึ่งเว้า)

อาการสายตาเอียงที่เห็นได้ชัดในเลนส์สมัยใหม่มักจะบ่งชี้ว่าองค์ประกอบหนึ่งหรือหลายชิ้นไม่ขนานกัน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ชัดเจน

ด้วยความโค้งของสนามภาพ เราหมายถึงปรากฏการณ์ที่มีลักษณะเฉพาะของเลนส์หลายชนิด ซึ่งให้ภาพที่คมชัด แบนวัตถุนั้นถูกโฟกัสโดยเลนส์ไม่ได้อยู่บนเครื่องบิน แต่อยู่บนพื้นผิวโค้งบางส่วน ตัวอย่างเช่น เลนส์มุมกว้างจำนวนมากแสดงความโค้งที่ชัดเจนของช่องภาพ ส่งผลให้ขอบของกรอบดูเหมือนมีโฟกัสใกล้กับผู้สังเกตมากกว่าตรงกลาง สำหรับเลนส์เทเลโฟโต้ ความโค้งของช่องภาพมักจะแสดงออกได้ไม่ชัดเจน แต่เมื่อใช้เลนส์มาโครจะได้รับการแก้ไขเกือบทั้งหมด - ระนาบการโฟกัสในอุดมคติจะแบนอย่างแท้จริง

ความโค้งของสนามถือเป็นความคลาดเคลื่อน เนื่องจากเมื่อถ่ายภาพวัตถุเรียบ (โต๊ะทดสอบหรือกำแพงอิฐ) โดยโฟกัสไปที่กึ่งกลางเฟรม ขอบของวัตถุจะหลุดโฟกัสอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งอาจทำให้เข้าใจผิดเพื่อทำให้ภาพเบลอได้ เลนส์ แต่ในชีวิตการถ่ายภาพจริง เราไม่ค่อยพบวัตถุแบนๆ โลกรอบตัวเราเป็นสามมิติ ดังนั้น ผมจึงมีแนวโน้มที่จะพิจารณาความโค้งของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ในเลนส์มุมกว้างเป็นข้อดีมากกว่าข้อเสีย ความโค้งของช่องภาพคือสิ่งที่ช่วยให้ทั้งพื้นหน้าและพื้นหลังมีความคมชัดเท่ากันในเวลาเดียวกัน ตัดสินด้วยตัวคุณเอง: จุดศูนย์กลางของการจัดองค์ประกอบภาพมุมกว้างส่วนใหญ่อยู่ที่ระยะไกล ในขณะที่วัตถุเบื้องหน้าตั้งอยู่ใกล้กับมุมของเฟรมมากกว่าและที่ด้านล่างด้วย ความโค้งของสนามทำให้ทั้งคู่คมชัด ทำให้ไม่จำเป็นต้องปิดรูรับแสงมากเกินไป

ความโค้งของสนามทำให้เมื่อโฟกัสไปที่ต้นไม้ที่อยู่ห่างไกล ก็สามารถเห็นก้อนหินอ่อนแหลมคมที่ด้านซ้ายล่างได้เช่นกัน
ความพร่ามัวบนท้องฟ้าและในพุ่มไม้ที่อยู่ห่างไกลทางด้านขวาไม่ได้รบกวนฉันมากนักในฉากนี้

อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าสำหรับเลนส์ที่มีความโค้งเด่นชัดของช่องภาพ วิธีการโฟกัสอัตโนมัติไม่เหมาะสม โดยให้คุณโฟกัสไปที่วัตถุที่อยู่ใกล้คุณที่สุดก่อนโดยใช้เซ็นเซอร์โฟกัสกลาง จากนั้นจึงจัดองค์ประกอบเฟรมใหม่ (ดู “วิธีใช้ออโต้โฟกัส”) เนื่องจากวัตถุจะเคลื่อนจากกึ่งกลางเฟรมไปยังขอบภาพ คุณจึงเสี่ยงที่จะได้โฟกัสด้านหน้าเนื่องจากความโค้งของสนาม เพื่อการโฟกัสที่สมบูรณ์แบบ คุณจะต้องทำการปรับเปลี่ยนอย่างเหมาะสม

การบิดเบือน

ความบิดเบี้ยวคือความคลาดเคลื่อนที่เลนส์ปฏิเสธที่จะแสดงเส้นตรงว่าเป็นเส้นตรง ในเชิงเรขาคณิต นี่หมายถึงการละเมิดความคล้ายคลึงกันระหว่างวัตถุกับรูปภาพ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกำลังขยายเชิงเส้นในขอบเขตการมองเห็นของเลนส์

การบิดเบี้ยวที่พบบ่อยที่สุดมีสองประเภท: เบาะรองนั่งและบาร์เรล

ที่ การบิดเบือนบาร์เรลกำลังขยายเชิงเส้นจะลดลงเมื่อคุณเคลื่อนออกห่างจากแกนออพติคอลของเลนส์ ส่งผลให้เส้นตรงที่ขอบของกรอบโค้งออกไปด้านนอก ทำให้ภาพมีลักษณะโปน

ที่ หมอนอิงบิดเบี้ยวในทางกลับกัน การขยายเชิงเส้นจะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างจากแกนแสง เส้นตรงโค้งงอเข้าด้านในและภาพดูเว้า

นอกจากนี้ การบิดเบือนที่ซับซ้อนยังเกิดขึ้นเมื่อการขยายเชิงเส้นลดลงตามระยะห่างจากแกนแสงในตอนแรก แต่เริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้งใกล้กับมุมของเฟรม ในกรณีนี้ เส้นตรงจะมีรูปร่างเหมือนหนวด

ความบิดเบี้ยวเด่นชัดที่สุดในเลนส์ซูม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กำลังขยายสูง แต่ก็สามารถสังเกตเห็นได้ชัดเจนในเลนส์คงที่เช่นกัน ทางยาวโฟกัส- เลนส์มุมกว้างมีแนวโน้มที่จะมีความบิดเบี้ยวแบบบาร์เรล (ตัวอย่างที่รุนแรงคือเลนส์ฟิชอาย) ในขณะที่เลนส์เทเลโฟโต้มีแนวโน้มที่จะมีความบิดเบี้ยวแบบหมอนอิง ตามกฎแล้วเลนส์ปกติจะมีโอกาสเกิดการบิดเบี้ยวน้อยที่สุด แต่จะได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ในเลนส์มาโครที่ดีเท่านั้น

ด้วยเลนส์ซูม คุณมักจะมองเห็นความผิดเพี้ยนของลำกล้องที่ตำแหน่งมุมกว้าง และการบิดเบี้ยวของเข็มหมุดที่ตำแหน่งเทเลโฟโต้ โดยที่จุดกึ่งกลางของช่วงทางยาวโฟกัสแทบไม่มีการบิดเบือนเลย

ความรุนแรงของความผิดเพี้ยนอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะโฟกัส ด้วยเลนส์หลายตัว การบิดเบี้ยวจะเห็นได้ชัดเมื่อโฟกัสไปที่วัตถุใกล้เคียง แต่จะแทบจะมองไม่เห็นเมื่อโฟกัสที่ระยะอนันต์

ในศตวรรษที่ 21 การบิดเบือนไม่ใช่ปัญหาใหญ่ ตัวแปลงไฟล์ RAW เกือบทั้งหมดและโปรแกรมแก้ไขกราฟิกจำนวนมากช่วยให้คุณแก้ไขความผิดเพี้ยนเมื่อประมวลผลภาพถ่าย และกล้องสมัยใหม่หลายตัวยังทำเช่นนี้เองในขณะที่ถ่ายภาพอีกด้วย การแก้ไขความผิดเพี้ยนของซอฟต์แวร์ด้วยโปรไฟล์ที่เหมาะสมจะให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมและ เกือบไม่ส่งผลต่อความคมชัดของภาพ

ฉันอยากจะทราบด้วยว่าในทางปฏิบัติ ไม่จำเป็นต้องแก้ไขความบิดเบี้ยวบ่อยนัก เนื่องจากการบิดเบือนจะสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่าก็ต่อเมื่อมีเส้นตรงที่เห็นได้ชัดที่ขอบของเฟรม (ขอบฟ้า ผนังอาคาร เสา) ในฉากที่ไม่มีองค์ประกอบเชิงเส้นอย่างเคร่งครัดบริเวณขอบ ตามกฎแล้วความบิดเบี้ยวจะไม่ทำร้ายดวงตาเลย

ความผิดปกติของสี

ความคลาดเคลื่อนของสีหรือสีเกิดจากการกระจายตัวของแสง ไม่มีความลับใดที่ดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางแสงจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง คลื่นสั้นมีระดับการหักเหของแสงสูงกว่าคลื่นยาว กล่าวคือ รังสีเอกซ์ สีฟ้าถูกหักเหโดยเลนส์ใกล้วัตถุมากกว่าเลนส์สีแดง ส่งผลให้ภาพของวัตถุที่เกิดจากรังสี สีที่ต่างกันอาจไม่ตรงกันซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของสิ่งประดิษฐ์สีซึ่งเรียกว่าความคลาดเคลื่อนสี

ในการถ่ายภาพขาวดำ ความคลาดเคลื่อนของสีจะไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจนเท่ากับในการถ่ายภาพสี แต่กระนั้น ความคลาดเคลื่อนของสีก็ลดทอนความคมชัดของภาพแม้กระทั่งภาพขาวดำลงอย่างมาก

ความคลาดเคลื่อนสีมีอยู่สองประเภทหลักๆ ได้แก่ ตำแหน่งโครมาติก (ความคลาดเคลื่อนสีตามยาว) และความเข้มของสีที่กำลังขยาย (ความแตกต่างของกำลังขยายสี) ในทางกลับกัน ความคลาดเคลื่อนสีแต่ละแบบสามารถเป็นแบบหลักหรือรองได้ ความคลาดเคลื่อนสียังรวมถึงความแตกต่างของสีในความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต เช่น ความรุนแรงที่แตกต่างกันของความคลาดเคลื่อนสีเดียวสำหรับคลื่นที่มีความยาวต่างกัน

โครมาติซึมของตำแหน่ง

Position chromatism หรือความคลาดเคลื่อนสีตามยาว เกิดขึ้นเมื่อมีรังสีของแสง ความยาวที่แตกต่างกันคลื่นจะเน้นไปที่ระนาบต่างๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง รังสีสีน้ำเงินจะเน้นไปที่ด้านหลังมากขึ้น เครื่องบินหลักเลนส์และรังสีสีแดงอยู่ไกลกว่ารังสี สีเขียว, เช่น. สำหรับสีน้ำเงินคือโฟกัสด้านหน้า และสำหรับสีแดงคือโฟกัสด้านหลัง

โครมาติซึมของตำแหน่ง

โชคดีสำหรับเรา พวกเขาเรียนรู้ที่จะแก้ไขสีของสถานการณ์ในศตวรรษที่ 18 ด้วยการรวมเลนส์รวบรวมและแยกเลนส์ที่ทำจากแก้วเข้าด้วยกัน ตัวชี้วัดที่แตกต่างกันการหักเหของแสง ผลที่ได้คือความคลาดเคลื่อนสีตามยาวของเลนส์หินเหล็กไฟ (คอนเวอร์เจนต์) ได้รับการชดเชยด้วยความคลาดเคลื่อนของเลนส์เม็ดมะยม (กระจาย) และสามารถโฟกัสรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันได้ที่จุดเดียว

การแก้ไขตำแหน่งสี

เลนส์ที่แก้ไขตำแหน่งโครมาติซึมเรียกว่าไม่มีสี เลนส์สมัยใหม่เกือบทั้งหมดไม่มีสี ดังนั้น ในปัจจุบัน คุณจึงลืมเรื่อง Position Chromatism ไปได้เลย

รงค์เพิ่มขึ้น

การขยายสีเกิดขึ้นเนื่องจากการขยายเชิงเส้นของเลนส์แตกต่างกันไปตามสีที่ต่างกัน เป็นผลให้ภาพที่เกิดจากรังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกันมีเล็กน้อย ขนาดที่แตกต่างกัน- เพราะว่าภาพต่างๆ สีที่ต่างกันศูนย์กลางตามแกนแสงของเลนส์ กำลังขยายสีจะหายไปที่กึ่งกลางของเฟรม แต่จะเพิ่มขึ้นไปทางขอบ

โครมาติซึมกำลังขยายจะปรากฏที่ขอบภาพในรูปแบบของขอบสีรอบๆ วัตถุที่มีขอบที่ตัดกันอย่างคมชัด เช่น กิ่งก้านของต้นไม้สีเข้มตัดกับท้องฟ้าที่สว่าง ในพื้นที่ที่ไม่มีวัตถุดังกล่าว ขอบสีอาจไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจน แต่ความชัดเจนโดยรวมจะยังคงลดลง

เมื่อออกแบบเลนส์ การขยายสีจะแก้ไขได้ยากกว่าการวางตำแหน่งโครมาติซึม ดังนั้นจึงสามารถสังเกตความคลาดเคลื่อนนี้ได้ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่นในเลนส์ไม่กี่ตัว สิ่งนี้ส่งผลต่อเลนส์ซูมที่มีกำลังขยายสูงเป็นหลัก โดยเฉพาะในตำแหน่งมุมกว้าง

อย่างไรก็ตาม โครมาติซึมของการขยายไม่ได้เป็นปัญหาที่น่ากังวลในปัจจุบัน เนื่องจากซอฟต์แวร์แก้ไขได้ค่อนข้างง่าย โปรแกรมแปลงไฟล์ RAW ที่ดีทั้งหมดสามารถกำจัดความคลาดเคลื่อนของสีได้โดยอัตโนมัติ นอกจากนี้ กล้องดิจิตอลยังมีฟังก์ชั่นแก้ไขความคลาดเคลื่อนเมื่อถ่ายภาพในรูปแบบ JPEG เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าเลนส์จำนวนมากที่ถือว่าปานกลางในอดีตสามารถให้คุณภาพของภาพที่ค่อนข้างดีได้โดยใช้ไม้ค้ำแบบดิจิทัล

ความคลาดสีหลักและรอง

ความคลาดเคลื่อนสีแบ่งออกเป็นระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา

ความคลาดเคลื่อนสีปฐมภูมิคือความคลาดเคลื่อนสีในรูปแบบดั้งเดิมที่ไม่ถูกแก้ไข ซึ่งมีสาเหตุมาจาก องศาที่แตกต่างกันการหักเหของรังสีที่มีสีต่างกัน อาร์ติแฟกต์ของความคลาดเคลื่อนปฐมภูมิถูกทาสีด้วยสีสุดขั้วของสเปกตรัม - น้ำเงินม่วงและแดง

เมื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนของสี ความต่างของสีที่ขอบของสเปกตรัมจะถูกกำจัดออกไป เช่น รังสีสีน้ำเงินและสีแดงเริ่มโฟกัสที่จุดหนึ่งซึ่งน่าเสียดายที่อาจไม่ตรงกับจุดโฟกัสของรังสีสีเขียว ในกรณีนี้ สเปกตรัมทุติยภูมิเกิดขึ้น เนื่องจากความแตกต่างของสีที่อยู่ตรงกลางของสเปกตรัมปฐมภูมิ (รังสีสีเขียว) และสำหรับขอบที่นำมารวมกัน (รังสีสีน้ำเงินและสีแดง) ยังคงไม่ได้รับการแก้ไข สิ่งเหล่านี้คือความคลาดเคลื่อนขั้นที่สอง โดยส่วนที่เป็นสีเขียวและสีม่วง

เมื่อพูดถึงความคลาดเคลื่อนของสีในเลนส์ไม่มีสีสมัยใหม่ ในกรณีส่วนใหญ่ พวกเขาหมายถึงโครมาติซึมรองของกำลังขยายเท่านั้น Apochromats เช่น เลนส์ที่ขจัดความคลาดเคลื่อนสีทั้งระดับปฐมภูมิและทุติยภูมิออกไปโดยสิ้นเชิงนั้นยากต่อการผลิตเป็นอย่างยิ่ง และไม่น่าจะแพร่หลายออกไปอีก

Spherochromatism เป็นเพียงตัวอย่างเดียวของความแตกต่างของสีในความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตที่ควรค่าแก่การกล่าวถึง และปรากฏเป็นสีที่ละเอียดอ่อนของพื้นที่ที่อยู่นอกโฟกัสให้เป็นสีสุดขั้วของสเปกตรัมรอง

Spherochromatism เกิดขึ้นเนื่องจากความคลาดทรงกลมตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ไม่ค่อยได้รับการแก้ไขเท่าๆ กันสำหรับรังสีที่มีสีต่างกัน ด้วยเหตุนี้ จุดที่อยู่นอกโฟกัสในส่วนโฟร์กราวด์อาจมีขอบสีม่วงเล็กน้อย ในขณะที่จุดที่อยู่ด้านหลังอาจมีขอบสีเขียว Spherochromatism เป็นคุณลักษณะส่วนใหญ่ของเลนส์โฟกัสยาวที่รวดเร็วเมื่อถ่ายภาพด้วยรูรับแสงที่เปิดกว้าง

คุณควรกังวลเรื่องอะไร?

ไม่จำเป็นต้องกังวล ทุกสิ่งที่ต้องกังวลอาจได้รับการดูแลโดยนักออกแบบเลนส์ของคุณแล้ว

ไม่มีเลนส์ในอุดมคติ เนื่องจากการแก้ไขความคลาดเคลื่อนบางอย่างจะนำไปสู่การเสริมความแข็งแกร่งให้กับเลนส์อื่นๆ และตามกฎแล้วผู้ออกแบบเลนส์จะพยายามค้นหาการประนีประนอมที่สมเหตุสมผลระหว่างคุณลักษณะของมัน การซูมสมัยใหม่มีองค์ประกอบยี่สิบองค์ประกอบอยู่แล้ว และไม่จำเป็นต้องทำให้องค์ประกอบเหล่านี้ซับซ้อนเกินกว่าจะวัดได้

ความผิดทางอาญาทั้งหมดได้รับการแก้ไขโดยนักพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ และสิ่งที่ยังคงอยู่ก็เข้ากันได้ง่าย ถ้าเลนส์ของคุณมี จุดอ่อน(และเลนส์ดังกล่าวเป็นส่วนใหญ่) เรียนรู้ที่จะหลีกเลี่ยงมันในการทำงานของคุณ ความคลาดเคลื่อนทรงกลม, โคม่า สายตาเอียง และความแตกต่างของสีจะลดลงเมื่อลดขนาดเลนส์ลง (ดู "การเลือกรูรับแสงที่เหมาะสมที่สุด") ความบิดเบี้ยวและการขยายสีจะหมดไปเมื่อประมวลผลภาพถ่าย ความโค้งของช่องภาพต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษเมื่อทำการโฟกัส แต่ก็ไม่เป็นอันตรายถึงชีวิตเช่นกัน

กล่าวอีกนัยหนึ่ง แทนที่จะโทษว่าอุปกรณ์มีความไม่สมบูรณ์ ช่างภาพสมัครเล่นควรเริ่มปรับปรุงตัวเองโดยศึกษาเครื่องมือของเขาอย่างละเอียดถี่ถ้วน และใช้งานตามข้อดีและข้อเสีย

ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!

วาซิลี เอ.

โพสต์สคริปต์

หากคุณพบว่าบทความนี้มีประโยชน์และให้ข้อมูล คุณสามารถสนับสนุนโครงการได้โดยมีส่วนร่วมในการพัฒนา หากคุณไม่ชอบบทความแต่คุณมีความคิดที่จะปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น คำวิจารณ์ของคุณก็จะได้รับการยอมรับด้วยความขอบคุณไม่น้อย

โปรดจำไว้ว่าบทความนี้มีลิขสิทธิ์ อนุญาตให้พิมพ์ซ้ำและอ้างอิงได้หากมีลิงก์ที่ถูกต้องไปยังแหล่งที่มา และข้อความที่ใช้จะต้องไม่บิดเบี้ยวหรือแก้ไขในทางใดทางหนึ่ง

รูปที่ 1ภาพประกอบของความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่ได้รับการแก้ไขน้อยเกินไป พื้นผิวบริเวณขอบเลนส์มีความยาวโฟกัสสั้นกว่าบริเวณศูนย์กลาง

เลนส์ถ่ายภาพส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีพื้นผิวทรงกลม องค์ประกอบดังกล่าวค่อนข้างง่ายในการผลิต แต่รูปร่างไม่เหมาะสำหรับการสร้างภาพ

ความคลาดเคลื่อนทรงกลม- นี่เป็นหนึ่งในข้อบกพร่องในการสร้างภาพที่เกิดขึ้นเนื่องจากรูปร่างทรงกลมของเลนส์ ข้าว. รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความคลาดเคลื่อนทรงกลมสำหรับเลนส์บวก

รังสีที่ผ่านเลนส์ไปไกลจากแกนออปติคอลจะถูกโฟกัสที่ตำแหน่ง กับ- รังสีที่ผ่านเข้าใกล้แกนแสงจะถูกโฟกัสที่ตำแหน่ง กพวกมันอยู่ใกล้ผิวเลนส์มากขึ้น ดังนั้น ตำแหน่งโฟกัสจึงขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่รังสีผ่านเลนส์

หากโฟกัสขอบอยู่ใกล้กับเลนส์มากกว่าโฟกัสตามแนวแกน เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับเลนส์บวก 1 แล้วพวกเขาบอกว่าความคลาดเคลื่อนทรงกลม ไม่ได้รับการแก้ไข- ในทางกลับกัน หากโฟกัสที่ขอบอยู่ด้านหลังโฟกัสตามแนวแกน ก็อาจกล่าวได้ว่าความคลาดเคลื่อนทรงกลมนั้นเกิดขึ้น แก้ไขใหม่อีกครั้ง.

ภาพของจุดที่สร้างโดยเลนส์ที่มีความคลาดเคลื่อนทรงกลมมักจะได้มาจากจุดที่ล้อมรอบด้วยรัศมีแสง ความคลาดทรงกลมมักจะปรากฏในภาพถ่ายโดยการลดคอนทราสต์ให้อ่อนลงและทำให้รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เบลอ

ความคลาดทรงกลมมีความสม่ำเสมอทั่วทั้งสนาม ซึ่งหมายความว่าการโฟกัสตามยาวระหว่างขอบของเลนส์กับศูนย์กลางไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเอียงของรังสี

จากรูปที่ 1 ดูเหมือนว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้ความคมชัดที่ดีบนเลนส์ที่มีความคลาดเคลื่อนทรงกลม ในตำแหน่งใดๆ ด้านหลังเลนส์บนองค์ประกอบไวแสง (ฟิล์มหรือเซนเซอร์) แทนที่จะเป็นจุดที่ชัดเจน ดิสก์เบลอจะถูกฉายแทน

อย่างไรก็ตาม มีโฟกัสที่ "ดีที่สุด" ในเชิงเรขาคณิตซึ่งสอดคล้องกับดิสก์ที่มีความเบลอน้อยที่สุด กรวยแสงที่แปลกประหลาดนี้มี ส่วนขั้นต่ำในตำแหน่ง ข.

การเปลี่ยนโฟกัส

เมื่อไดอะแฟรมอยู่ด้านหลังเลนส์ จะสังเกตได้ ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ- หากไดอะแฟรมปิดในลักษณะที่จะตัดรังสีที่ขอบเลนส์ โฟกัสจะเลื่อนไปทางขวา เมื่อใช้รูรับแสงที่ปิดมาก โฟกัสที่ดีที่สุดจะอยู่ที่ตำแหน่งนั้น คนั่นคือตำแหน่งของดิสก์ที่มีความเบลอน้อยที่สุดเมื่อปิดรูรับแสงและเมื่อเปิดรูรับแสงจะแตกต่างกัน

เพื่อให้ได้ความคมชัดสูงสุดที่รูรับแสงปิด ควรวางเมทริกซ์ (ฟิล์ม) ไว้ในตำแหน่ง ค- ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีความเป็นไปได้ที่จะไม่ได้ความคมชัดที่ดีที่สุด เนื่องจากระบบการถ่ายภาพส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้ทำงานโดยใช้รูรับแสงกว้าง

ช่างภาพจะโฟกัสโดยเปิดรูรับแสงให้สุด และฉายดิสก์ที่มีความเบลอน้อยที่สุดไปที่ตำแหน่งเซ็นเซอร์ ขจากนั้นเมื่อถ่ายภาพ รูรับแสงจะปิดตามค่าที่ตั้งไว้โดยอัตโนมัติ และเขาไม่สงสัยเลยว่าจะเกิดอะไรขึ้นต่อไปในขณะนี้ การเปลี่ยนโฟกัสซึ่งทำให้ไม่ได้ความคมชัดสูงสุด

แน่นอนว่ารูรับแสงแบบปิดจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่จุดนั้นด้วย ขแต่ก็ยังไม่ได้ความคมที่ดีที่สุด

ผู้ใช้ กล้อง SLRสามารถปิดรูรับแสงแสดงตัวอย่างเพื่อโฟกัสไปที่รูรับแสงจริงได้

Norman Goldberg เสนอการชดเชยอัตโนมัติสำหรับการเปลี่ยนโฟกัส Zeiss ได้เปิดตัวกลุ่มผลิตภัณฑ์เลนส์เรนจ์ไฟน์สำหรับกล้อง Zeiss Ikon ซึ่งมีการออกแบบที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลดการเลื่อนโฟกัสด้วยการเปลี่ยนค่ารูรับแสง ในขณะเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนทรงกลมในเลนส์สำหรับกล้องเรนจ์ไฟนเดอร์ก็ลดลงอย่างมาก คุณถามว่าการเปลี่ยนโฟกัสมีความสำคัญแค่ไหนสำหรับเลนส์กล้องเรนจ์ไฟน์เดอร์ ตามที่ผู้ผลิตเลนส์ LEICA NOCTILUX-M 50 มม. f/1 ระบุว่าค่านี้อยู่ที่ประมาณ 100 ไมครอน

รูปแบบเบลอที่ไม่อยู่ในโฟกัส

เอฟเฟ็กต์ของความคลาดเคลื่อนทรงกลมต่อภาพที่อยู่ในโฟกัสเป็นเรื่องยากที่จะแยกแยะได้ แต่สามารถเห็นได้ชัดเจนในภาพที่อยู่นอกโฟกัสเล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนทรงกลมจะทิ้งร่องรอยที่มองเห็นได้ในบริเวณที่อยู่นอกโฟกัส

เมื่อย้อนกลับไปที่รูปที่ 1 สังเกตได้ว่าการกระจายความเข้มของแสงในดิสก์เบลอเมื่อมีความคลาดเคลื่อนทรงกลมไม่สม่ำเสมอ

ในตำแหน่ง คแผ่นเบลอมีลักษณะเป็นแกนสว่างที่ล้อมรอบด้วยรัศมีจางๆ ในขณะที่ปุ่มหมุนเบลออยู่ในตำแหน่ง กมีแกนกลางที่เข้มกว่าล้อมรอบด้วยวงแหวนแสงที่สว่าง การกระจายแสงที่ผิดปกติดังกล่าวอาจปรากฏขึ้นในพื้นที่นอกโฟกัสของภาพ

ข้าว. 2 การเปลี่ยนแปลงความเบลอด้านหน้าและด้านหลังจุดโฟกัส

ตัวอย่างในรูป ภาพที่ 2 แสดงจุดกึ่งกลางเฟรม ถ่ายในโหมดมาโคร 1:1 โดยติดตั้งเลนส์ 85/1.4 บนเลนส์มาโครเบลโลว์ เมื่อเซนเซอร์อยู่ห่างจากจุดโฟกัสที่ดีที่สุด (จุดกึ่งกลาง) 5 มม. จานเบลอจะแสดงเอฟเฟกต์ของวงแหวนสว่าง (จุดซ้าย) จานเบลอที่คล้ายกันจะได้มาจากเลนส์สะท้อนวงเดือน

และเมื่อเซ็นเซอร์อยู่ข้างหน้าโฟกัสที่ดีที่สุด 5 มม. (เช่น ใกล้กับเลนส์มากขึ้น) ธรรมชาติของภาพเบลอจะเปลี่ยนไปสู่จุดศูนย์กลางที่สว่างซึ่งล้อมรอบด้วยรัศมีจาง ๆ อย่างที่คุณเห็น เลนส์มีการแก้ไขความคลาดเคลื่อนทรงกลมมากเกินไป เนื่องจากเลนส์มีพฤติกรรมตรงกันข้ามกับตัวอย่างในรูปที่ 1 1.

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของความคลาดเคลื่อนสองครั้งต่อภาพที่อยู่นอกโฟกัส

ในรูป รูปที่ 3 แสดงกากบาทซึ่งถ่ายไว้ตรงกลางเฟรมโดยใช้เลนส์ 85/1.4 ตัวเดียวกัน ขนมาโครจะขยายออกประมาณ 85 มม. ซึ่งเพิ่มขึ้นประมาณ 1:1 กล้อง (เมทริกซ์) ถูกขยับเพิ่มขึ้น 1 มม. ในทั้งสองทิศทางจากโฟกัสสูงสุด กากบาทเป็นภาพที่ซับซ้อนมากกว่าจุด และตัวบ่งชี้สีจะช่วยให้เห็นภาพการเบลอได้

ข้าว. 3 ตัวเลขในภาพประกอบบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงระยะห่างจากเลนส์ถึงเมทริกซ์ ซึ่งก็คือหน่วยมิลลิเมตร กล้องจะย้ายจาก -4 ถึง +4 มม. โดยเพิ่มทีละ 1 มม. จากตำแหน่งโฟกัสที่ดีที่สุด (0)

ความคลาดเคลื่อนทรงกลมมีส่วนรับผิดชอบต่อธรรมชาติของการเบลอที่ระยะติดลบ และการเปลี่ยนไปสู่การเบลอแบบนุ่มนวลที่ระยะบวก สิ่งที่น่าสนใจคือเอฟเฟ็กต์สีที่เกิดจากความคลาดเคลื่อนสีตามยาว (สีตามแนวแกน) หากประกอบเลนส์ได้ไม่ดี ความคลาดเคลื่อนทรงกลมและสีตามแนวแกนเป็นเพียงความคลาดเคลื่อนเดียวที่ปรากฏตรงกลางภาพ

ส่วนใหญ่แล้ว ความแรงและบางครั้งลักษณะของความคลาดเคลื่อนทรงกลมจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง ในกรณีนี้ เรียกว่าผลรวมของความคลาดเคลื่อนทรงกลมและสีตามแนวแกน จากนี้จะเห็นได้ว่าปรากฏการณ์นี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 3 แสดงว่าเลนส์นี้ไม่ได้ตั้งใจจะใช้เป็นเลนส์มาโคร เลนส์ส่วนใหญ่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการโฟกัสระยะใกล้และการโฟกัสระยะอนันต์ แต่ไม่ใช่สำหรับมาโคร 1:1 ด้วยแนวทางดังกล่าว เลนส์ธรรมดาจะมีพฤติกรรมแย่กว่าเลนส์มาโครที่ใช้เฉพาะในระยะใกล้

อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าเลนส์จะใช้สำหรับ แอปพลิเคชันมาตรฐาน, spherochromatism อาจปรากฏในโซนเบลอระหว่างการถ่ายภาพปกติและส่งผลต่อคุณภาพ

ข้อสรุป
แน่นอนว่าภาพประกอบในรูป 1 เป็นการพูดเกินจริง ในความเป็นจริง ปริมาณความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่ตกค้างในเลนส์ถ่ายภาพมีน้อย ผลกระทบนี้จะลดลงอย่างมากโดยการรวมชิ้นเลนส์เข้าด้วยกันเพื่อชดเชยผลรวมของความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่ตรงข้ามกัน การใช้กระจกคุณภาพสูง รูปทรงของเลนส์ที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน และการใช้ชิ้นเลนส์แอสเฟอริคัล นอกจากนี้ องค์ประกอบแบบลอยยังสามารถใช้เพื่อลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมในช่วงระยะการทำงานที่กำหนดได้

ในกรณีของเลนส์ที่มีความคลาดเคลื่อนทรงกลมน้อยเกินไป วิธีที่มีประสิทธิภาพเพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพ ให้ปิดรูรับแสง สำหรับองค์ประกอบที่ขีดเส้นใต้ในรูป 1 เส้นผ่านศูนย์กลางของดิสก์เบลอจะลดลงตามสัดส่วนลูกบาศก์ของเส้นผ่านศูนย์กลางรูรับแสง

การพึ่งพาอาศัยกันนี้อาจแตกต่างกันสำหรับความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่หลงเหลืออยู่ แผนการที่ซับซ้อนเลนส์ แต่ตามกฎแล้วการปิดรูรับแสงหนึ่งสต็อปทำให้ภาพมีการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัด

หรืออีกทางหนึ่ง แทนที่จะต่อสู้กับความคลาดเคลื่อนทรงกลม ช่างภาพสามารถจงใจใช้ประโยชน์จากมันได้ ฟิลเตอร์ปรับแสงของ Zeiss แม้จะมีพื้นผิวเรียบ แต่ก็เพิ่มความคลาดเคลื่อนทรงกลมให้กับภาพ เลนส์เหล่านี้เป็นที่นิยมในหมู่ช่างภาพพอร์ตเทรตเพื่อให้ได้เอฟเฟ็กต์ที่นุ่มนวลและภาพที่น่าประทับใจ

© พอล แวน วอลรี 2004–2015
การแปล: อีวาน โคซาเรคอฟ

1

ความคลาดเคลื่อนทุกประเภท ความคลาดทรงกลมมีความสำคัญที่สุด และในกรณีส่วนใหญ่ ความคลาดเคลื่อนทรงกลมเพียงอย่างเดียวที่มีนัยสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับระบบการมองเห็นของดวงตา เนื่องจากดวงตาปกติจะจับจ้องไปที่วัตถุที่สำคัญที่สุดในขณะนั้นเสมอ ความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการบังแสงแบบเอียง (โคม่า สายตาเอียง) จึงหมดไป เป็นไปไม่ได้ที่จะขจัดความคลาดเคลื่อนทรงกลมด้วยวิธีนี้ หากพื้นผิวการหักเหของแสงของระบบการมองเห็นของดวงตามีรูปร่างเป็นทรงกลม จะเป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดความคลาดเคลื่อนของทรงกลมไม่ว่าด้วยวิธีใดเลย ผลการบิดเบือนของมันจะลดลงเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตาลดลง ดังนั้นในแสงจ้า ความละเอียดของดวงตาจะสูงกว่าในสภาพแสงน้อย เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตาเพิ่มขึ้น และขนาดของจุดซึ่งเป็นภาพของ แหล่งกำเนิดแสงแบบจุดยังเพิ่มขึ้นเนื่องจากความคลาดเคลื่อนทรงกลม มีเพียงวิธีเดียวเท่านั้นที่จะส่งผลต่อความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบการมองเห็นของดวงตาได้อย่างมีประสิทธิภาพ - โดยการเปลี่ยนรูปร่างของพื้นผิวการหักเหของแสง โดยหลักการแล้วความเป็นไปได้นี้มีอยู่ด้วยการผ่าตัดแก้ไขความโค้งของกระจกตาและด้วยการเปลี่ยนเลนส์ธรรมชาติที่สูญเสียคุณสมบัติทางแสงเช่นเนื่องจากต้อกระจกด้วยเลนส์เทียม เลนส์เทียมสามารถมีพื้นผิวที่มีการหักเหของแสงได้ทุกประเภทที่สามารถเข้าถึงได้ เทคโนโลยีที่ทันสมัยแบบฟอร์ม การศึกษาอิทธิพลของรูปร่างของพื้นผิวการหักเหของแสงต่อความคลาดเคลื่อนทรงกลมสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำที่สุดโดยใช้การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ที่นี่เราจะพูดถึงอัลกอริธึมการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ค่อนข้างง่ายซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการศึกษาดังกล่าวได้ตลอดจนผลลัพธ์หลักที่ได้รับจากการใช้อัลกอริธึมนี้

วิธีที่ง่ายที่สุดในการคำนวณการผ่านของลำแสงผ่านพื้นผิวการหักเหของแสงทรงกลมเดียว โดยแยกตัวกลางโปร่งใสสองตัวที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน เพื่อแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ความคลาดทรงกลม การคำนวณดังกล่าวในการประมาณสองมิติก็เพียงพอแล้ว ลำแสงจะอยู่ในระนาบหลักและพุ่งตรงไปยังพื้นผิวการหักเหของแสงขนานกับแกนลำแสงหลัก วิถีของรังสีหลังจากการหักเหสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของวงกลม กฎการหักเหของแสง และความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตและตรีโกณมิติที่ชัดเจน อันเป็นผลมาจากการแก้ระบบสมการที่สอดคล้องกันสามารถหานิพจน์สำหรับพิกัดของจุดตัดของรังสีนี้กับแกนแสงหลักได้เช่น พิกัดโฟกัสของพื้นผิวการหักเหของแสง นิพจน์นี้ประกอบด้วยพารามิเตอร์พื้นผิว (รัศมี) ดัชนีการหักเหของแสง และระยะห่างระหว่างแกนลำแสงหลักกับจุดตกกระทบของลำแสงบนพื้นผิว การพึ่งพาพิกัดโฟกัสกับระยะห่างระหว่างแกนลำแสงและจุดตกกระทบของลำแสงคือความคลาดเคลื่อนทรงกลม ความสัมพันธ์นี้ง่ายต่อการคำนวณและแสดงภาพแบบกราฟิก สำหรับพื้นผิวทรงกลมเดี่ยวที่เบนรังสีไปยังแกนลำแสงหลัก พิกัดโฟกัสจะลดลงเสมอเมื่อระยะห่างระหว่างแกนลำแสงและรังสีตกกระทบเพิ่มขึ้น ยิ่งรังสีตกกระทบกับพื้นผิวที่มีการหักเหของแสงจากแกนมากเท่าไร รังสีก็จะยิ่งเข้าใกล้พื้นผิวนั้นมากขึ้นเท่านั้นที่จะตัดแกนหลังจากการหักเหของแสง นี่คือความคลาดเคลื่อนทรงกลมเชิงบวก เป็นผลให้รังสีที่ตกกระทบบนพื้นผิวขนานกับแกนแสงหลักจะไม่ถูกรวบรวมที่จุดหนึ่งในระนาบภาพ แต่ก่อให้เกิดจุดกระเจิงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจำกัดในระนาบนี้ ซึ่งส่งผลให้คอนทราสต์ของภาพลดลง เช่น จนทำให้คุณภาพแย่ลง จนถึงจุดหนึ่ง มีเพียงรังสีเหล่านั้นที่ตัดกันซึ่งตกบนพื้นผิวใกล้กับแกนลำแสงหลัก (รังสีพาราแอกเซียล)

หากวางเลนส์รวบรวมที่เกิดจากพื้นผิวทรงกลมสองพื้นผิวในเส้นทางของลำแสง จากนั้นใช้การคำนวณที่อธิบายไว้ข้างต้น ก็สามารถแสดงให้เห็นว่าเลนส์ดังกล่าวมีความคลาดเคลื่อนทรงกลมในเชิงบวกเช่นกัน เช่น รังสีที่ตกกระทบขนานกับแกนแสงหลักซึ่งอยู่ห่างจากแกนแสงไปตัดกับแกนนี้ใกล้กับเลนส์มากกว่ารังสีที่เคลื่อนที่เข้าใกล้แกนมากขึ้น ความคลาดเคลื่อนของทรงกลมแทบไม่มีอยู่จริงสำหรับรังสีพาแอกเซียลเท่านั้น หากพื้นผิวทั้งสองของเลนส์นูน (เช่น เลนส์) ความคลาดเคลื่อนทรงกลมจะมากกว่าหากพื้นผิวการหักเหของแสงที่สองของเลนส์เว้า (เช่นกระจกตา)

ความคลาดเคลื่อนทรงกลมเชิงบวกเกิดจากการโค้งงอมากเกินไปของพื้นผิวการหักเหของแสง เมื่อเราเคลื่อนออกจากแกนลำแสง มุมระหว่างแทนเจนต์กับพื้นผิวและตั้งฉากกับแกนลำแสงจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าที่จำเป็นเพื่อกำหนดทิศทางลำแสงหักเหไปยังโฟกัสพาราแอกเซียล เพื่อลดผลกระทบนี้ จำเป็นต้องชะลอการเบี่ยงเบนของแทนเจนต์กับพื้นผิวจากตั้งฉากกับแกนในขณะที่มันเคลื่อนออกจากแกน ในการทำเช่นนี้ ความโค้งของพื้นผิวจะต้องลดลงตามระยะห่างจากแกนแสง เช่น พื้นผิวไม่ควรเป็นทรงกลมซึ่งความโค้งทุกจุดจะเท่ากัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง การลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมสามารถทำได้โดยการใช้เลนส์ที่มีพื้นผิวหักเหของแสงทรงกลมเท่านั้น สิ่งเหล่านี้อาจเป็นพื้นผิวของทรงรี พาราโบลอยด์ และไฮเปอร์โบลอยด์ โดยหลักการแล้ว สามารถใช้รูปแบบพื้นผิวอื่นๆ ได้ ความน่าดึงดูดใจของรูปทรงวงรี พาราโบลา และไฮเปอร์โบลิกนั้นมีเพียงการอธิบายพวกมันด้วยสูตรการวิเคราะห์ที่ค่อนข้างง่าย เช่นเดียวกับพื้นผิวทรงกลม และความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์ที่มีพื้นผิวเหล่านี้สามารถศึกษาได้ง่ายในทางทฤษฎีโดยใช้เทคนิคที่อธิบายไว้ข้างต้น

คุณสามารถเลือกพารามิเตอร์ของพื้นผิวทรงกลม รูปไข่ พาราโบลา และไฮเปอร์โบลิกได้เสมอ เพื่อให้ความโค้งที่ศูนย์กลางเลนส์เท่ากัน ในกรณีนี้ สำหรับรังสีพาราแอกเซียล เลนส์ดังกล่าวจะแยกไม่ออกจากกัน ตำแหน่งของโฟกัสพาราแอกเซียลจะเหมือนกันสำหรับเลนส์เหล่านี้ แต่เมื่อคุณเคลื่อนออกจากแกนหลัก พื้นผิวของเลนส์เหล่านี้จะเบี่ยงเบนไปจากตั้งฉากกับแกนในลักษณะที่แตกต่างกัน พื้นผิวทรงกลมจะเบี่ยงเบนเร็วที่สุด พื้นผิวรีจะช้ากว่า พื้นผิวพาราโบลาจะช้ากว่า และพื้นผิวไฮเพอร์โบลิกจะช้าที่สุด (จากสี่สิ่งนี้) ในลำดับเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์เหล่านี้จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับเลนส์ไฮเปอร์โบลิก ความคลาดทรงกลมสามารถเปลี่ยนสัญญาณให้กลายเป็นลบได้ เช่น รังสีที่ตกกระทบบนเลนส์ที่อยู่ห่างจากแกนแสงจะตัดกันจากเลนส์มากกว่ารังสีที่ตกกระทบบนเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแกนแสงมากขึ้น สำหรับเลนส์ไฮเปอร์โบลิก คุณสามารถเลือกพารามิเตอร์ของพื้นผิวการหักเหของแสงที่จะให้ได้ การขาดงานโดยสมบูรณ์ความคลาดเคลื่อนทรงกลม - รังสีทั้งหมดที่ตกกระทบบนเลนส์ขนานกับแกนแสงหลักที่ระยะห่างจากมันหลังจากการหักเหจะถูกรวบรวมที่จุดหนึ่งบนแกน - เลนส์ในอุดมคติ ในการทำเช่นนี้ พื้นผิวการหักเหของแสงแรกจะต้องเรียบ และพื้นผิวที่สองจะต้องเป็นไฮเปอร์โบลิกนูน ซึ่งพารามิเตอร์และดัชนีการหักเหของแสงจะต้องสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์บางอย่าง

ดังนั้น การใช้เลนส์ที่มีพื้นผิวแอสเฟอริคัล จึงสามารถลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมลงได้อย่างมากและกำจัดแม้กระทั่งโดยสิ้นเชิง ความเป็นไปได้ที่จะแยกอิทธิพลต่อแรงหักเหของแสง (ตำแหน่งของโฟกัสพาราแอกเซียล) และความคลาดเคลื่อนทรงกลมเกิดจากการมีพื้นผิวทรงกลมของการหมุนของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตสองตัวซึ่งเป็นกึ่งแกนสองแกนซึ่งการเลือกซึ่งสามารถรับประกันความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่ลดลง โดยไม่เปลี่ยนแรงหักเหของแสง พื้นผิวทรงกลมไม่มีความเป็นไปได้นี้ แต่มีพารามิเตอร์เพียงตัวเดียว - รัศมี และด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์นี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนความคลาดเคลื่อนทรงกลมโดยไม่เปลี่ยนกำลังการหักเหของแสง สำหรับพาราโบลาแห่งการปฏิวัติก็ไม่มีทางเป็นไปได้เช่นกัน เนื่องจากพาราโบลาแห่งการปฏิวัตินั้นมีพารามิเตอร์เพียงตัวเดียวเท่านั้น - พารามิเตอร์โฟกัส ดังนั้น จากพื้นผิวแอสเฟอริคัลทั้งสามดังกล่าว มีเพียงสองพื้นผิวเท่านั้นที่เหมาะสำหรับการควบคุมอิทธิพลอิสระต่อความคลาดทรงกลม - ไฮเปอร์โบลิกและทรงรี

การเลือกเลนส์เดี่ยวที่มีพารามิเตอร์ที่ให้ความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่ยอมรับได้นั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่เลนส์ดังกล่าวจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบการมองเห็นของดวงตาได้หรือไม่ เพื่อตอบคำถามนี้ จำเป็นต้องคำนวณการผ่านของแสงผ่านเลนส์ทั้งสอง - กระจกตาและเลนส์ ผลลัพธ์ของการคำนวณดังกล่าวจะเป็นกราฟของการพึ่งพาพิกัดของจุดตัดของลำแสงกับแกนลำแสงหลัก (พิกัดโฟกัส) บนระยะห่างระหว่างลำแสงตกกระทบและแกนนี้เช่นเดิม ด้วยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของพื้นผิวการหักเหของแสงทั้งสี่พื้นผิว คุณสามารถใช้กราฟนี้เพื่อศึกษาอิทธิพลของความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตา และพยายามย่อให้เล็กสุด ตัวอย่างเช่น เราสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่าความคลาดเคลื่อนของระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตาด้วยเลนส์ธรรมชาติ โดยมีเงื่อนไขว่าพื้นผิวการหักเหของแสงทั้งสี่แบบเป็นทรงกลม จะเห็นได้ชัดน้อยกว่าความคลาดเคลื่อนของเลนส์เพียงอย่างเดียว และมากกว่าความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยเล็กน้อย ของกระจกตาเพียงอย่างเดียว ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตา 5 มม. รังสีที่อยู่ไกลที่สุดจากแกนจะตัดกับแกนนี้ใกล้กว่ารังสีพาราแอ็กเซียลประมาณ 8% เมื่อหักเหด้วยเลนส์เพียงอย่างเดียว เมื่อหักเหด้วยกระจกตาเพียงอย่างเดียวซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาเท่ากัน จุดโฟกัสของรังสีระยะไกลจะใกล้กว่ารังสีพาราแอกเซียลประมาณ 3% ระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตาด้วยเลนส์นี้และด้วยกระจกตานี้จะรวบรวมรังสีระยะไกลได้ใกล้กว่ารังสีพาราแอกเซียลประมาณ 4% เราสามารถพูดได้ว่ากระจกตาชดเชยความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์ได้บางส่วน

จะเห็นได้ว่าระบบการมองเห็นของดวงตา ซึ่งประกอบด้วยกระจกตาและเลนส์ไฮเปอร์โบลิกในอุดมคติที่มีความคลาดเคลื่อนเป็นศูนย์ ติดตั้งเป็นเลนส์ ให้ความคลาดเคลื่อนทรงกลมโดยประมาณเหมือนกับกระจกตาเพียงอย่างเดียว กล่าวคือ การลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะลดระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตาให้เหลือน้อยที่สุด

ดังนั้น เพื่อลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตาให้เหลือน้อยที่สุดโดยการเลือกรูปทรงของเลนส์เพียงอย่างเดียว จึงจำเป็นต้องเลือกไม่ใช่เลนส์ที่มีความคลาดเคลื่อนทรงกลมน้อยที่สุด แต่เลนส์ที่ลดความคลาดเคลื่อนจากการโต้ตอบกับกระจกตา หากพื้นผิวการหักเหของแสงของกระจกตาถือเป็นทรงกลมดังนั้นเพื่อกำจัดความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบแสงทั้งหมดของดวงตาเกือบทั้งหมดจึงจำเป็นต้องเลือกเลนส์ที่มีพื้นผิวการหักเหของแสงไฮเปอร์โบลิกซึ่งในฐานะเลนส์เดี่ยวจะทำให้มองเห็นได้ชัดเจน (ประมาณ 17% ในตัวกลางที่เป็นของเหลวของดวงตา และประมาณ 12% ในอากาศ) ความคลาดเคลื่อนเชิงลบ ความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบการมองเห็นทั้งหมดของดวงตาจะต้องไม่เกิน 0.2% สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาใดๆ การทำให้ความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบการมองเห็นของดวงตาเป็นกลางเกือบจะเหมือนกัน (มากถึงประมาณ 0.3%) สามารถทำได้แม้ว่าจะใช้เลนส์ช่วยก็ตาม โดยที่พื้นผิวการหักเหของแสงแรกจะเป็นทรงกลม และที่สองคือไฮเปอร์โบลิก

ดังนั้นการสมัคร เลนส์เทียมโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ Aspheric ด้วยพื้นผิวการหักเหของแสงแบบไฮเปอร์โบลิก ทำให้สามารถกำจัดความคลาดเคลื่อนทรงกลมของระบบออพติคอลของดวงตาได้เกือบทั้งหมด และด้วยเหตุนี้จึงปรับปรุงคุณภาพของภาพที่จัดทำโดยระบบนี้บนเรตินาได้อย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยผลลัพธ์ของการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของการผ่านของรังสีผ่านระบบภายในกรอบของแบบจำลองสองมิติที่ค่อนข้างง่าย

อิทธิพลของพารามิเตอร์ของระบบออพติคอลของดวงตาที่มีต่อคุณภาพของภาพเรตินาสามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์สามมิติที่ซับซ้อนกว่ามากซึ่งทำหน้าที่ติดตามอย่างมาก ปริมาณมากรังสี (จากหลายร้อยรังสีถึงหลายแสนรังสี) โผล่ออกมาจากจุดกำเนิดหนึ่งแล้วตกลงไป จุดที่แตกต่างกันจอประสาทตาอันเป็นผลมาจากการสัมผัสกับความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตและการโฟกัสของระบบที่ไม่ถูกต้องที่อาจเกิดขึ้นได้ ด้วยการเพิ่มรังสีทั้งหมดที่ทุกจุดของเรตินาที่มาถึงที่นั่นจากจุดแหล่งกำเนิดทั้งหมด แบบจำลองดังกล่าวทำให้ได้รับภาพของแหล่งกำเนิดขยายออกไป - วัตถุทดสอบต่างๆ ทั้งสีและขาวดำ เรามีโมเดลคอมพิวเตอร์สามมิติดังกล่าวไว้ใช้งาน และแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการปรับปรุงคุณภาพของภาพเรตินาอย่างเห็นได้ชัด เมื่อใช้เลนส์แก้วตาเทียมที่มีพื้นผิวการหักเหของแสงทรงกลม เนื่องจากการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของความคลาดเคลื่อนทรงกลม และด้วยเหตุนี้จึงลดขนาดของการกระเจิงลง จุดบนเรตินา โดยหลักการแล้ว ความคลาดเคลื่อนทรงกลมสามารถกำจัดได้เกือบทั้งหมด และดูเหมือนว่าขนาดของจุดกระเจิงจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ จึงได้ภาพในอุดมคติ

แต่เราไม่ควรมองข้ามความจริงที่ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ภาพในอุดมคติไม่ว่าวิธีใดก็ตาม แม้ว่าเราจะถือว่าความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตทั้งหมดถูกกำจัดออกไปแล้วก็ตาม มีข้อจำกัดพื้นฐานในการลดขนาดของจุดกระเจิง ขีดจำกัดนี้ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของคลื่นแสง ตามทฤษฎีการเลี้ยวเบน ตามแนวคิดของคลื่น เส้นผ่านศูนย์กลางต่ำสุดของจุดแสงในระนาบภาพ เนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสงบนรูวงกลม จะเป็นสัดส่วน (โดยมีค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน 2.44) กับผลคูณของ ความยาวโฟกัสและความยาวคลื่นของแสงและแปรผกผันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของรู การประมาณค่าของระบบการมองเห็นของดวงตาให้เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดกระเจิงประมาณ 6.5 µm โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตา 4 มม.

เป็นไปไม่ได้ที่จะลดเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดแสงให้ต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน แม้ว่ากฎของเลนส์เรขาคณิตจะนำรังสีทั้งหมดมาอยู่ที่จุดเดียวก็ตาม การเลี้ยวเบนจะจำกัดขีดจำกัดของการปรับปรุงคุณภาพของภาพที่ได้จากระบบออพติคอลการหักเหของแสงใดๆ แม้แต่ระบบในอุดมคติก็ตาม ในเวลาเดียวกัน สามารถใช้การเลี้ยวเบนของแสงซึ่งไม่แย่ไปกว่าการหักเหของแสงเพื่อให้ได้ภาพ ซึ่งใช้ใน IOL แบบหักเหและหักเหของแสงได้สำเร็จ แต่นั่นเป็นอีกหัวข้อหนึ่ง

ลิงค์บรรณานุกรม

Cherednik V.I. , Treushnikov V.M. ความคลาดเคลื่อนทรงกลมและเลนส์แก้วตาเทียมแอสเฟอริคัล // การวิจัยขั้นพื้นฐาน- – 2550. – ลำดับที่ 8. – หน้า 38-41;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3359 (วันที่เข้าถึง: 23/03/2020) เรานำเสนอนิตยสารที่คุณจัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ "Academy of Natural Sciences" → ความคลาดเคลื่อนในทางดาราศาสตร์

คำว่าความคลาดเคลื่อนหมายถึงเอฟเฟกต์ทางแสงหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการบิดเบี้ยวของวัตถุในระหว่างการสังเกต ในบทความนี้ เราจะพูดถึงความคลาดเคลื่อนหลายประเภทที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์มากที่สุด

ความคลาดเคลื่อนของแสงในทางดาราศาสตร์ คือการกระจัดที่ชัดเจนของวัตถุท้องฟ้าเนื่องจากความเร็วแสงอันจำกัด รวมกับการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สังเกตและผู้สังเกตการณ์ ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนนำไปสู่ความจริงที่ว่าทิศทางที่ชัดเจนของวัตถุไม่ตรงกับทิศทางทางเรขาคณิตของวัตถุในเวลาเดียวกัน

ผลที่ได้ก็คือ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์และเวลาที่แสงใช้ในการเดินทาง ผู้สังเกตการณ์จึงมองเห็นดาวฤกษ์ในสถานที่ที่แตกต่างจากที่ที่มันอยู่ หากโลกอยู่กับที่หรือหากแสงแพร่กระจายอย่างฉับพลัน ก็จะไม่มีความคลาดเคลื่อนของแสง ดังนั้นเมื่อพิจารณาตำแหน่งของดาวฤกษ์บนท้องฟ้าด้วยกล้องโทรทรรศน์ เราจะต้องไม่วัดมุมที่ดาวเอียง แต่ให้เพิ่มมุมเอียงเล็กน้อยตามทิศทางการเคลื่อนที่ของโลก

เอฟเฟ็กต์ความคลาดเคลื่อนไม่มากนัก ค่าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดนั้นเกิดขึ้นได้ภายใต้เงื่อนไขที่โลกเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางของลำแสง ในกรณีนี้ การเบี่ยงเบนตำแหน่งของดาวฤกษ์เพียง 20.4 วินาที เนื่องจากโลกเดินทางได้เพียง 30 กม. ในเวลา 1 วินาที และลำแสงเดินทางได้ 300,000 กม.

นอกจากนี้ยังมีหลายประเภท ความผิดปกติทางเรขาคณิต. ความคลาดเคลื่อนทรงกลม- ความคลาดเคลื่อนของเลนส์หรือวัตถุประสงค์ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าลำแสงกว้างของแสงสีเดียวที่เล็ดลอดออกมาจากจุดที่วางอยู่บนแกนแสงหลักของเลนส์เมื่อผ่านเลนส์จะไม่ตัดกันที่จุดเดียว แต่ในหลาย ๆ จุด ตั้งอยู่บนแกนแสงบน ในระยะทางที่ต่างกันจากเลนส์ทำให้ภาพเบลอ ด้วยเหตุนี้ วัตถุปลายแหลม เช่น ดาวจึงสามารถมองเห็นได้เป็นลูกบอลขนาดเล็ก โดยเอาขนาดของลูกบอลนี้เท่ากับขนาดของดาว

ความโค้งของฟิลด์ภาพ- ความคลาดเคลื่อนซึ่งเป็นผลมาจากภาพของวัตถุแบนซึ่งตั้งฉากกับแกนแสงของเลนส์วางอยู่บนพื้นผิวเว้าหรือนูนกับเลนส์ ความคลาดเคลื่อนนี้ทำให้เกิดความคมชัดที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งช่องภาพ ดังนั้นเมื่อส่วนกลางของภาพได้รับการโฟกัสอย่างคมชัด ขอบของภาพจะไม่อยู่ในโฟกัสและภาพจะเบลอ หากคุณปรับความคมชัดตามขอบของภาพ ส่วนกลางของภาพจะเบลอ ความคลาดเคลื่อนประเภทนี้ไม่มีนัยสำคัญสำหรับดาราศาสตร์

ต่อไปนี้เป็นความคลาดเคลื่อนอีกสองสามประเภท:

ความคลาดเคลื่อนของการเลี้ยวเบนเกิดขึ้นเนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสงบนไดอะแฟรมและกรอบของเลนส์ถ่ายภาพ ความคลาดเคลื่อนของการเลี้ยวเบนจะจำกัดกำลังการแยกรายละเอียดของเลนส์ถ่ายภาพ เนื่องจากความคลาดเคลื่อนนี้ ระยะห่างเชิงมุมขั้นต่ำระหว่างจุดที่เลนส์หาได้จึงถูกจำกัดไว้ที่เรเดียน lambda/D โดยที่ lambda คือความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ (โดยทั่วไปช่วงแสงจะเรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวตั้งแต่ 400 นาโนเมตรถึง 700 นาโนเมตร) D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ เมื่อดูสูตรนี้ จะเห็นได้ชัดว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์มีความสำคัญเพียงใด พารามิเตอร์นี้เป็นกุญแจสำคัญสำหรับกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดและมีราคาแพงที่สุด เป็นที่ชัดเจนว่ากล้องโทรทรรศน์ที่สามารถมองเห็นในรังสีเอกซ์สามารถเปรียบเทียบได้ดีกับกล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป ประเด็นก็คือความยาวคลื่น รังสีเอกซ์สั้นกว่าความยาวคลื่นแสงในช่วงแสง 100 เท่า ดังนั้น สำหรับกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าว ระยะเชิงมุมขั้นต่ำที่มองเห็นได้จึงน้อยกว่ากล้องโทรทรรศน์ทั่วไปถึง 100 เท่า กล้องโทรทรรศน์แสงด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์เท่ากัน

การศึกษาความผิดปกติทำให้สามารถปรับปรุงเครื่องมือทางดาราศาสตร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ในกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนจะลดลง แต่เป็นความคลาดที่จำกัดความสามารถของเครื่องมือทางแสง

1. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับทฤษฎีความคลาดเคลื่อน

เมื่อไร เรากำลังพูดถึงเรื่องคุณสมบัติของเลนส์มักได้ยินคำว่า ความผิดปกติ- “นี่เป็นเลนส์ที่ยอดเยี่ยม ความคลาดเคลื่อนทั้งหมดได้รับการแก้ไขแล้ว!” - เป็นวิทยานิพนธ์ที่มักพบได้ในการสนทนาหรือการวิจารณ์ การได้ยินความคิดเห็นที่ตรงกันข้ามกับเส้นทแยงมุมนั้นไม่ค่อยพบเห็นบ่อยนัก เช่น: “นี่คือเลนส์ที่ยอดเยี่ยม ความคลาดเคลื่อนที่ตกค้างของเลนส์นั้นแสดงออกมาได้ดีและสร้างเป็นพลาสติกที่ผิดปกติและมีลวดลายที่สวยงาม”...

ทำไมเรื่องแบบนี้ถึงเกิดขึ้น? ความคิดเห็นที่แตกต่างกัน- ฉันจะพยายามตอบคำถามนี้: ปรากฏการณ์นี้ดีหรือไม่ดีสำหรับเลนส์และประเภทการถ่ายภาพโดยทั่วไป แต่ก่อนอื่น เรามาดูกันว่าความคลาดเคลื่อนของเลนส์ถ่ายภาพคืออะไร เราจะเริ่มต้นด้วยทฤษฎีและคำจำกัดความบางประการ

ใน การใช้งานทั่วไปภาคเรียน ความคลาดเคลื่อน (lat. ab- “จาก” + lat. errare “เร่ร่อน, ถูกเข้าใจผิด”) - นี่คือการเบี่ยงเบนจากบรรทัดฐาน, ข้อผิดพลาด, การละเมิดบางประเภท การทำงานปกติระบบ

ความคลาดเคลื่อนของเลนส์- ข้อผิดพลาดหรือข้อผิดพลาดของภาพในระบบออปติคัล มีสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าในสภาพแวดล้อมจริง การเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญของรังสีสามารถเกิดขึ้นได้จากทิศทางที่รังสีไปในระบบออพติคอล "ในอุดมคติ" ที่คำนวณได้

เป็นผลให้คุณภาพของภาพที่ยอมรับโดยทั่วไปลดลง: ความคมชัดไม่เพียงพอที่กึ่งกลาง, การสูญเสียคอนทราสต์, การเบลออย่างรุนแรงที่ขอบ, การบิดเบือนของเรขาคณิตและพื้นที่, รัศมีสี ฯลฯ

ลักษณะความคลาดเคลื่อนหลักของเลนส์ถ่ายภาพมีดังนี้:

1. ความผิดปกติของโคมาติก
2. การบิดเบือน
3. สายตาเอียง
4. ความโค้งของช่องภาพ

ก่อนที่เราจะพิจารณาแต่ละอย่างให้ละเอียดยิ่งขึ้น จำจากบทความว่ารังสีผ่านเลนส์ในระบบออพติคอลในอุดมคติได้อย่างไร:

ป่วย. 1. การผ่านของรังสีในระบบออปติกในอุดมคติ

ดังที่เราเห็น รังสีทั้งหมดจะถูกรวบรวมไว้ที่จุด F ซึ่งเป็นจุดสนใจหลัก แต่ในความเป็นจริงแล้ว ทุกอย่างซับซ้อนกว่ามาก สาระสำคัญของความคลาดเคลื่อนทางแสงก็คือรังสีที่ตกกระทบบนเลนส์จากจุดส่องสว่างจุดเดียวจะไม่ถูกรวบรวมไว้ที่จุดเดียว เรามาดูกันว่ามีการเบี่ยงเบนใดบ้างที่เกิดขึ้นในระบบออพติคอลเมื่อเผชิญกับความคลาดเคลื่อนต่างๆ

ควรสังเกตในที่นี้ทันทีว่าทั้งในเลนส์ธรรมดาและเลนส์เชิงซ้อน ความคลาดเคลื่อนทั้งหมดที่อธิบายไว้ด้านล่างจะทำงานร่วมกัน

การกระทำ ความคลาดเคลื่อนของทรงกลมคือรังสีที่ตกกระทบที่ขอบเลนส์จะถูกรวบรวมไว้ใกล้กับเลนส์มากกว่ารังสีที่ตกกระทบที่ส่วนกลางของเลนส์ เป็นผลให้ภาพของจุดบนเครื่องบินปรากฏเป็นวงกลมหรือดิสก์เบลอ

ป่วย. 2. ความคลาดเคลื่อนทรงกลม

ในภาพถ่าย เอฟเฟ็กต์ของความคลาดเคลื่อนทรงกลมจะปรากฏเป็นภาพที่นุ่มนวล เอฟเฟ็กต์จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อใช้รูรับแสงแบบเปิด และเลนส์ที่มีรูรับแสงกว้างกว่าจะไวต่อความคลาดเคลื่อนนี้มากกว่า หากยังคงความคมชัดของส่วนโค้งไว้ เอฟเฟ็กต์นุ่มนวลดังกล่าวจะมีประโยชน์มากสำหรับการถ่ายภาพบางประเภท เช่น การถ่ายภาพบุคคล

Ill.3. เอฟเฟ็กต์ที่นุ่มนวลบนรูรับแสงแบบเปิดอันเนื่องมาจากความคลาดเคลื่อนทรงกลม

ในเลนส์ที่สร้างจากเลนส์ทรงกลมทั้งหมด แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะขจัดความคลาดเคลื่อนประเภทนี้ได้อย่างสมบูรณ์ ในเลนส์ที่มีความไวแสงสูง วิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพในการชดเชยสิ่งนี้ได้อย่างมากคือการใช้ชิ้นเลนส์แอสเฟอริคัลในการออกแบบออปติคอล

3. อาการคลาดเคลื่อนโคมาติก หรือ “โคม่า”

นี่คือความคลาดเคลื่อนทรงกลมชนิดพิเศษสำหรับรังสีด้านข้าง ผลของมันอยู่ที่ว่ารังสีที่มาถึงมุมหนึ่งกับแกนแสงจะไม่ถูกรวบรวมที่จุดหนึ่ง ในกรณีนี้ ภาพของจุดเรืองแสงที่ขอบของเฟรมจะได้มาในรูปแบบของ "ดาวหางที่กำลังบิน" ไม่ใช่ในรูปแบบของจุด อาการโคม่ายังอาจทำให้พื้นที่ของภาพในพื้นที่ที่อยู่นอกโฟกัสได้รับแสงมากเกินไป

ป่วย. 4. โคม่า

ป่วย. 5. อาการโคม่าในรูปถ่าย

มันเป็นผลโดยตรงจากการกระจายแสง สาระสำคัญของมันคือรังสีแสงสีขาวที่ผ่านเลนส์จะสลายตัวเป็นรังสีสีที่เป็นส่วนประกอบ รังสีคลื่นสั้น (สีน้ำเงิน, สีม่วง) จะหักเหในเลนส์ได้แรงกว่าและเข้าใกล้เลนส์มากกว่ารังสีโฟกัสยาว (สีส้ม, สีแดง)

ป่วย. 6. ความคลาดเคลื่อนของสี F - โฟกัสของรังสีสีม่วง K - โฟกัสของรังสีสีแดง

ในกรณีนี้ เช่นเดียวกับในกรณีของความคลาดเคลื่อนทรงกลม ภาพของจุดที่ส่องสว่างบนระนาบจะได้มาในรูปแบบของวงกลม/ดิสก์ที่เบลอ

ในภาพถ่าย ความคลาดเคลื่อนสีจะปรากฏในรูปแบบของเฉดสีภายนอกและเส้นขอบสีในตัวแบบ อิทธิพลของความคลาดเคลื่อนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในฉากที่ตัดกัน ในปัจจุบัน CA สามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดายในตัวแปลง RAW หากถ่ายภาพในรูปแบบ RAW

ป่วย. 7. ตัวอย่างการแสดงความคลาดเคลื่อนสี

5. การบิดเบือน

ความบิดเบี้ยวปรากฏอยู่ในความโค้งและความบิดเบี้ยวของรูปทรงเรขาคณิตของภาพถ่าย เหล่านั้น. ขนาดของภาพจะเปลี่ยนไปตามระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของสนามถึงขอบ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เส้นตรงโค้งงอเข้าหากึ่งกลางหรือไปทางขอบ

แยกแยะ รูปทรงกระบอกหรือ เชิงลบ(โดยทั่วไปสำหรับการถ่ายภาพมุมกว้าง) และ รูปเบาะหรือ เชิงบวกการบิดเบือน (มักพบเห็นได้บ่อยที่ทางยาวโฟกัสยาว)

ป่วย. 8. หมอนอิงและการบิดเบี้ยวของลำกล้อง

การบิดเบี้ยวมักจะเด่นชัดในเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสแปรผัน (ซูม) มากกว่าในเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสคงที่ (แก้ไข) เลนส์ที่น่าทึ่งบางตัว เช่น ฟิชอาย จงใจไม่แก้ไขความผิดเพี้ยนและเน้นย้ำความผิดนั้นด้วยซ้ำ

ป่วย. 9. การบิดเบือนกระบอกเลนส์ที่เด่นชัดซีนิทาร์ 16มมตาปลา.

ในเลนส์สมัยใหม่ รวมถึงเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสแปรผัน ความบิดเบี้ยวจะได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพโดยการนำเลนส์แอสเฟอริคัล (หรือเลนส์หลายตัว) มาใช้ในการออกแบบออพติคอล

6. สายตาเอียง

สายตาเอียง(จากภาษากรีก ปาน - จุด) มีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยความเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ภาพของจุดส่องสว่างที่ขอบสนามทั้งในรูปแบบของจุดและแม้แต่ในรูปแบบของดิสก์ ในกรณีนี้ จุดส่องสว่างที่อยู่บนแกนลำแสงหลักจะถูกส่งเป็นจุด แต่หากจุดหนึ่งอยู่นอกแกนนี้ จุดนั้นจะถูกส่งเป็นการทำให้มืดลง เป็นเส้นตัดกัน เป็นต้น

ปรากฏการณ์นี้มักพบเห็นได้ที่ขอบภาพ

ป่วย. 10. อาการสายตาเอียง

7. ความโค้งของฟิลด์ภาพ

ความโค้งของฟิลด์ภาพ- นี่คือความผิดปกติซึ่งเป็นผลมาจากภาพของวัตถุแบนที่ตั้งฉากกับแกนแสงของเลนส์วางอยู่บนพื้นผิวเว้าหรือนูนกับเลนส์ ความคลาดเคลื่อนนี้ทำให้เกิดความคมชัดที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งช่องภาพ เมื่อส่วนกลางของภาพได้รับการโฟกัสอย่างคมชัด ขอบของภาพจะไม่อยู่ในโฟกัสและจะไม่คมชัด หากคุณปรับความคมชัดตามขอบของภาพ ส่วนกลางของภาพจะเบลอ