Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Линзаның барлық түстерді бір нүктеде фокусқа келтіре алмауы
Failure of a lens to focus all colors on the same point
Оптикада хроматикалық аберрация (ХА), сондай-ақ хроматикалық бұрмалау және сферохроматизм деп аталады, – линзаның барлық түстерді бір нүктеде фокусқа келтіре алмауы. Бұл жарық дисперсиясынан туындайды: линза элементтерінің сыну көрсеткіші жарықтың толқын ұзындығына қарай өзгереді. Көптеген мөлдір материалдардың сыну көрсеткіші толқын ұзындығы ұлғайған сайын төмендейді. Линзаның фокус арақашықтығы сыну көрсеткішіне байланысты болғандықтан, сыну көрсеткішінің осы өзгерісі фокусқа әсер етеді. Хроматикалық аберрация бейнедегі қара және ақ бөліктердің арасындағы шекараларда түстің "шұғылалары" түрінде көрінеді.
In optics, chromatic aberration (CA), also called chromatic distortion and spherochromatism, is a failure of a lens to focus all colors to the same point. It is caused by dispersion: the refractive index of the lens elements varies with the wavelength of light. The refractive index of most transparent materials decreases with increasing wavelength. Since the focal length of a lens depends on the refractive index, this variation in refractive index affects focusing. Chromatic aberration manifests itself as "fringes" of color along boundaries that separate dark and bright parts of the image.
Түрлері
Хроматикалық аберрацияның екі түрі бар: осьтік (ұзындықтық) және көлденең (жанама). Осьтік аберрация жарықтың әртүрлі толқын ұзындығы линзадан әртүрлі қашықтықта шоғырланғанда пайда болады (фокус қашықтығының өзгеруі). Ұзындықтық аберрация ұзын фокустық қашықтықта көбірек кездеседі. Көлденең аберрация түрлі толқын ұзындығы фокус жазықтығының әртүрлі нүктелеріне шоғырланғанда пайда болады, себебі линзаның ұлғайтуы және/немесе бұрмалануы толқын ұзындығына байланысты өзгереді. Көлденең аберрация қысқа фокустық қашықтықта көбірек кездеседі. Кейде екі мағыналы LCA аббревиатурасы бойлық немесе жанама хроматикалық аберрацияны білдіру үшін қолданылады. Оны диафрагманы жауып (тоқтату арқылы) азайтуға болады, бұл тереңдік өрісін арттырады, сондықтан әртүрлі толқын ұзындығы әртүрлі қашықтықта шоғырланса да, олар қанағаттанарлықтай фокуста болады. Көлденең аберрация кескіннің ортасында пайда болмайды және шеттерге қарай күшейеді. Диафрагманы жабу оған әсер етпейді. Цифрлық сенсорларда осьтік аберрация қызыл және көк жазықтықтардың бұлыңғырлануына әкеледі (жасыл жазықтық фокуста деп есептесек), оны кейін өңдеуде түзету қиын, ал көлденең аберрация қызыл, жасыл және көк жазықтықтардың әртүрлі ұлғайту деңгейлеріне (геометриялық бұрмалау сияқты радиустар бойынша ұлғайтудың өзгеруіне) әкеледі және жазықтықтарды радиалды түрде масштабтау арқылы түзетуге болады, осылайша оларды дұрыс бағыттауға болады.
There are two types of chromatic aberration: axial (longitudinal), and transverse (lateral). Axial aberration occurs when different wavelengths of light are focused at different distances from the lens (focus shift). Longitudinal aberration is typical at long focal lengths. Transverse aberration occurs when different wavelengths are focused at different positions in the focal plane, because the magnification and/or distortion of the lens also varies with wavelength. Transverse aberration is typical at short focal lengths. The ambiguous acronym LCA is sometimes used for either longitudinal or lateral chromatic aberration. It can be reduced by stopping down, which increases depth of field so that though the different wavelengths focus at different distances, they are still in acceptable focus. Transverse CA does not occur in the center of the image and increases towards the edge. It is not affected by stopping down. In digital sensors, axial CA results in the red and blue planes being defocused (assuming that the green plane is in focus), which is relatively difficult to remedy in post processing, while transverse CA results in the red, green, and blue planes being at different magnifications (magnification changing along radii, as in geometric distortion), and can be corrected by radially scaling the planes appropriately so they line up.
Минимализация
Линзаларды алғаш қолданғанда хроматикалық аберрацияны, мүмкіндігі шектес болса, линзаның фокус аралығын ұлғайту арқылы азайтуға тырысты. Мысалы, бұл 17 ғасырдағы өте ұзын әуе телескоптары сияқты, тым ұзын телескоптарға алып келді. Исаак Ньютонның ақ жарықтың түстер спектрінен тұратыны туралы теориясы оны жарықтың тепе-тең емес сынғаны хроматикалық аберрацияны тудырады деген қорытымға жеткізді (сол себепті ол 1668 жылы алғашқы рефлекторлық телескопты, яғни Ньютон телескопын жасады). Қазіргі телескоптар, сондай-ақ басқа да катоптрикалық және катодиоптрикалық жүйелер хроматикалық аберрациясы жоқ айналарды қолдануды жалғастыруда. Хроматикалық аберрацияны ең аз шатасу шеңбері деп аталатын нүктеде барынша азайтуға болады. Акроматикалық линза немесе ахроматты пайдалану арқылы оны одан әрі азайтуға болады, онда әртүрлі дисперсиялы материалдар біріктіріліп, күрделі линза құралады. Ең көп таралған түрі – таж және кремнезный шыныдан жасалған элементтері бар ахроматикалық дублет. Бұл белгілі бір толқын ұзындығы диапазонында хроматикалық аберрацияның мөлшерін азайтады, бірақ толық түзетуді қамтамасыз етпейді. Әр түрлі құрамдағы екіден астам линзаны біріктіру арқылы түзету дәрежесін одан әрі арттыруға болады, мысалы апохроматикалық линзада немесе апохроматта. "Ахромат" және "апохромат" түзету түрін (2 немесе 3 толқын ұзындығы дұрыс фокусталады) көрсетеді, ал дәрежесін (қалған толқын ұзындықтары қаншалықты бұрмаланған) емес. Сондай-ақ, жеткілікті төмен дисперсиялы шыныдан жасалған ахромат, дәстүрлі шыныдан жасалған ахроматқа қарағанда айтарлықтай жақсы түзетуді қамтамасыз ете алады. Сол сияқты, апохроматтардың артықшылығы тек үш толқын ұзындығын ғана емес, басқа толқын ұзындықтарындағы қателіктерді де азайтуында. Хроматикалық аберрацияны азайту үшін көптеген шыны түрлері жасалды. Олардың ішінде ең маңыздысы – төмен дисперсиялы шыны, әсіресе фторит қосылған шынылар. Бұл гибридті шынылардың оптикалық дисперсиясы өте төмен; осы материалдардан жасалған екі линза ғана жоғары дәрежеде түзетуді қамтамасыз ете алады. Ахроматтарды қолдану оптикалық микроскоптар мен телескоптарды дамытудағы маңызды қадам болды. Ахроматикалық дублеттерге балама ретінде дифракциялық оптикалық элементтерді пайдалануға болады. Дифракциялық оптикалық элементтер негізінен жазық оптикалық материалдан кез келген күрделі толқын фронтын жасауға қабілетті. Дифракциялық оптикалық элементтер оптикалық шынылар мен пластиктердің оң Аббе сандарына толықтай қарама-қарсы теріс дисперсиялық сипаттамаларға ие. Атап айтқанда, спектрдің көрінетін бөлігінде дифрактивтілердің теріс Аббе саны -3,5-ке тең. Дифракциялық оптикалық элементтерді алмасты бұру әдістерін қолдану арқылы жасауға болады. Хроматикалық аберрацияны азайту үшін дифракциялық элементтерді пайдаланатын телефото линзалар Canon және Nikon компанияларынан алмастырылатын линзалы камералар үшін сатылады; оларға Nikon компаниясының 800 мм f/6.3, 500 мм f/5.6 және 300 мм f/4 модельдері ("фазалық фреснель" немесе PF) және Canon компаниясының 800 мм f/11, 600 мм f/11 және 400 мм f/4 модельдері ("дифракциялық оптика" немесе DO) кіреді. Олар ұқсас сипаттамалары бар дәстүрлі оптикаларға қарағанда салмағы мен көлемі аз, хроматикалық аберрацияны азайта отырып, өткір суреттерді шығарады және әдетте жануарлар дүниесін суретке түсірушілер тарапынан жақсы бағаланады.
In the earliest uses of lenses, chromatic aberration was reduced by increasing the focal length of the lens where possible. For example, this could result in extremely long telescopes such as the very long aerial telescopes of the 17th century. Isaac Newton's theories about white light being composed of a spectrum of colors led him to the conclusion that uneven refraction of light caused chromatic aberration (leading him to build the first reflecting telescope, his Newtonian telescope, in 1668.) Modern telescopes, as well as other catoptric and catadioptric systems, continue to use mirrors, which have no chromatic aberration. There exists a point called the circle of least confusion, where chromatic aberration can be minimized. It can be further minimized by using an achromatic lens or achromat, in which materials with differing dispersion are assembled together to form a compound lens. The most common type is an achromatic doublet, with elements made of crown and flint glass. This reduces the amount of chromatic aberration over a certain range of wavelengths, though it does not produce perfect correction. By combining more than two lenses of different composition, the degree of correction can be further increased, as seen in an apochromatic lens or apochromat. "Achromat" and "apochromat" refer to the type of correction (2 or 3 wavelengths correctly focused), not the degree (how defocused the other wavelengths are), and an achromat made with sufficiently low dispersion glass can yield significantly better correction than an achromat made with more conventional glass. Similarly, the benefit of apochromats is not simply that they focus three wavelengths sharply, but that their error on other wavelengths is also quite small. Many types of glass have been developed to reduce chromatic aberration. These are low dispersion glass, most notably, glasses containing fluorite. These hybridized glasses have a very low level of optical dispersion; only two compiled lenses made of these substances can yield a high level of correction. The use of achromats was an important step in the development of optical microscopes and telescopes. An alternative to achromatic doublets is the use of diffractive optical elements. Diffractive optical elements are able to generate arbitrary complex wave fronts from a sample of optical material which is essentially flat. Diffractive optical elements have negative dispersion characteristics, complementary to the positive Abbe numbers of optical glasses and plastics. Specifically, in the visible part of the spectrum diffractives have a negative Abbe number of −3.5. Diffractive optical elements can be fabricated using diamond turning techniques. Telephoto lenses using diffractive elements to minimize chromatic aberration are commercially available from Canon and Nikon for interchangeable lens cameras; these include 800mm f/6.3, 500mm f/5.6, and 300mm f/4 models by Nikon (branded as "phase fresnel" or PF), and 800mm f/11, 600mm f/11, and 400mm f/4 models by Canon (branded as "diffractive optics" or DO). They produce sharp images with reduced chromatic aberration at a lower weight and size than traditional optics of similar specifications and are generally well regarded by wildlife photographers.
Фотография
"Көгілдір шеттеу" термині фотосуретте жиі қолданылады, бірақ барлық көгілдір шеттеуді хроматикалық аберрацияға жатқызуға болмайды. Жарықтардың шетіндегі ұқсас түсті шеттеулер линзадағы шағылысудан да туындауы мүмкін. Түсті шеттеулер жарық немесе қараңғы аймақтардың шетінде әртүрлі түстерге сезімтал рецепторлардың әртүрлі динамикалық диапазонынан немесе сезімталдығынан болуы мүмкін – нәтижесінде бір немесе екі түсті каналда бөлшектер сақталады, ал қалған каналдарда "көтеріліп" немесе тіркелмейді. Цифрлық камераларда демозаикалау алгоритмі осы мәселенің көріну дәрежесіне әсер етуі мүмкін. Бұл шеттеудің тағы бір себебі – әрбір CCD пикселі үшін көбірек жарық жинауға арналған өте кішкентай микролинзалардағы хроматикалық аберрация; себебі бұл линзалар жасыл жарықты дұрыс фокусқа келтіруге бапталады, ал қызыл және көк түстердің дұрыс емес фокусқа келуі жарықтардың шетінде көгілдір шеттеуге әкеледі. Бұл кадрдың барлық бөлігінде біркелді проблема болып табылады және пиксельдің тым кішкентай қадамы бар CCD-лерде, мысалы, ықшам камераларда қолданылатындарда, көбірек байқалады. Panasonic Lumix сериясы және жаңа Nikon және Sony DSLR сияқты кейбір камералар оны жоюға арналған арнайы өңдеу қадамын қамтиды. Цифрлық камерамен түсірілген фотосуреттердегі өте кішкентай жарықтар хроматикалық аберрацияға ие болып көрінуі мүмкін, бірақ шындығында бұл әсер жарықтың үш түсті пикселді ынталандыру үшін тым кішкентай болғандықтан, дұрыс емес түспен тіркелгендіктен туындайды. Бұл барлық цифрлық камера сенсорларының түрлеріне қатысты болмауы мүмкін. Демозаикалау алгоритмі мәселенің көріну дәрежесіне әсер етуі мүмкін.
The term "purple fringing" is commonly used in photography, although not all purple fringing can be attributed to chromatic aberration. Similar colored fringing around highlights may also be caused by lens flare. Colored fringing around highlights or dark regions may be due to the receptors for different colors having differing dynamic range or sensitivity – therefore preserving detail in one or two color channels, while "blowing out" or failing to register, in the other channel or channels. On digital cameras, the particular demosaicing algorithm is likely to affect the apparent degree of this problem. Another cause of this fringing is chromatic aberration in the very small microlenses used to collect more light for each CCD pixel; since these lenses are tuned to correctly focus green light, the incorrect focusing of red and blue results in purple fringing around highlights. This is a uniform problem across the frame, and is more of a problem in CCDs with a very small pixel pitch such as those used in compact cameras. Some cameras, such as the Panasonic Lumix series and newer Nikon and Sony DSLRs, feature a processing step specifically designed to remove it. On photographs taken using a digital camera, very small highlights may frequently appear to have chromatic aberration where in fact the effect is because the highlight image is too small to stimulate all three color pixels, and so is recorded with an incorrect color. This may not occur with all types of digital camera sensor. Again, the de mosaicing algorithm may affect the apparent degree of the problem.
Қара-ақ фотосурет
Хроматикалық аберрация қара-ақ фотосуреттерге де әсер етеді. Фотосуретте түстер болмаса да, хроматикалық аберрация кескінді бүркемелейді. Оны тар жолақты түсті сүзгіні пайдалану арқылы немесе бір түсті арнаны қара-ақ түске түрлендіру арқылы азайтуға болады. Бірақ, бұл көбірек уақытқа түсіруді (және нәтижедегі суретті өзгертуді) талап етеді. (Бұл тек панхроматикалық қара-ақ пленкаға қатысты, себебі ортохроматикалық пленка бастапқыда ғана шектеулі спектрге сезімтал.)
Chromatic aberration also affects black and white photography. Although there are no colors in the photograph, chromatic aberration will blur the image. It can be reduced by using a narrow band color filter, or by converting a single color channel to black and white. This will, however, require longer exposure (and change the resulting image). (This is only true with panchromatic black and white film, since orthochromatic film is already sensitive to only a limited spectrum.)
Электрондық микроскопия
Хроматикалық аберрация электронды микроскопияға да әсер етеді, бірақ әртүрлі түстердің әртүрлі фокус нүктелері болу орнына, әртүрлі электрон энергияларының әртүрлі фокус нүктелері болуы мүмкін.
Chromatic aberration also affects electron microscopy, although instead of different colors having different focal points, different electron energies may have different focal points.