En un sistema óptico ideal, el aumento debe permanecer constante en un par de planos de objetos conjugados. Sin embargo, en los sistemas ópticos reales, esta propiedad solo está presente cuando el campo de visión es pequeño. Cuando el campo de visión es grande o incluso muy grande, el aumento de la imagen cambiará con el cambio en el campo de visión, este fenómeno conducirá a la imagen del objeto en relación con la pérdida de la similitud original, lo que resulta en el Imagen de la deformación, que se conoce como aberración.
En la fotografía arquitectónica, si se usa una lente gran angular para fotografiar un edificio de gran altura, debido al gran campo de visión de la lente de gran angular, es fácil producir una distorsión en forma de barril, haciendo los bordes del edificio parecen estar curvado hacia afuera. Para obtener una imagen más realista y precisa de la apariencia del edificio, el fotógrafo puede usar un software especializado de procesamiento de imágenes para corregir la distorsión, o tratar de elegir el ángulo de disparo y la distancia correctos al tomar la imagen para minimizar el efecto del distorsión.
La aberración se define matemáticamente como la diferencia entre la altura real de la imagen y 'y la altura ideal de la imagen y0' (y ' - y0'), y en la práctica se expresa más comúnmente como un porcentaje de la relación de esto a la altura de imagen ideal y0 ', es decir, aberración relativa:
Cuando un sistema óptico con imágenes de aberraciones es una superficie de objeto concéntrico con un espaciado igual, la imagen ya no será un círculo concéntrico con un espacio igual. Si el sistema tiene una aberración positiva, la altura de la imagen real y 'aumentará con el aumento del campo de visión y más rápido que la altura de imagen ideal Y0', lo que significa que el aumento aumenta con el aumento del campo de visión, entonces El espacio de los círculos concéntricos aumentará gradualmente desde el interior hacia el exterior; Por el contrario, si el sistema tiene una aberración negativa, la separación de los círculos se reducirá gradualmente del interior al exterior. Tome la superficie del objeto de la cuadrícula cuadrada como ejemplo, si el sistema óptico se muestra con las aberraciones positivas, la imagen resultante aparecerá en forma de almohada; Si el sistema óptico me queda siendo imágenes con aberraciones negativas, la imagen resultante aparecerá en forma de barril, la línea punteada en la figura muestra la forma de la imagen ideal.
Vale la pena señalar que las aberraciones solo causan distorsión de la imagen y no afectan la nitidez de la imagen. Por lo tanto, para los sistemas ópticos generales, el defecto de imagen de la aberración no obstaculiza significativamente el uso siempre que la distorsión de la imagen esté dentro de los límites aceptables. Sin embargo, en algunos escenarios de aplicación en los que la imagen debe utilizarse para determinar con precisión el tamaño de un objeto, el efecto de las aberraciones es crítico porque afecta directamente la precisión de la medición, por lo que en estos casos las aberraciones deben corregirse estrictamente.
Profundidad de campo: resolución de profundidad para un rango de imagen transparente
Cuando la lente objetivo se centra en un objeto fotográfico en particular, existe un cierto rango frente y detrás del objeto dentro del cual el objeto puede presentar una imagen clara en el plano de la imagen, este rango se define como la profundidad de campo ( Δ1 + Δ2).
En la estructura de las imágenes ópticas, el plano de imagen A 'es el plano en el que se encuentra la superficie objetivo del sensor, y su plano conjugado A es el plano de alineación. El plano más lejano que puede formar una imagen clara en el objetivo, es decir, el plano donde se encuentra el punto de objeto B1, se llama el paisaje lejano; El plano más cercano que puede formar una imagen clara en el objetivo, es decir, el plano donde se encuentra el punto de objeto B2, se llama campo cercano. Punto de objeto b1, b2 se fotografiaron frente al objetivo después de la proyección a la superficie objetivo para formar un punto difuso, cuando el punto difuso es pequeño en cierta medida, se puede considerar en la imagen de la superficie IS una imagen clara.
La fórmula para calcular la profundidad de campo es:
Donde Δ1 y Δ2 representan la profundidad de campo y profundidad de campo, respectivamente, p, p1 y p2 representan la distancia desde el plano de enfoque, el plano del campo lejano y el plano del campo cercano a la lente objetivo, f 'es La distancia focal de la lente objetivo, F es el número de aberturas de la lente objetivo, y δ es el diámetro del círculo de dispersión que se puede permitir en el plano de imagen, y cuyo valor mínimo suele ser el tamaño de la imagen Elemento en el caso de los sensores CCD o CMOS.
Se deduce que la profundidad de campo está estrechamente relacionada con la longitud focal de la lente objetivo, el tamaño de la abertura y la distancia fotográfica. Específicamente, cuanto más pequeña es la abertura (cuanto más grande es el número F), o cuanto mayor es la distancia de disparo, mayor es la profundidad de campo, y en general, la profundidad de campo es mayor en el campo lejano que en el campo cercano. Las lentes con distancias focales más cortas tienen una mayor profundidad de campo cuando se disparan a la misma distancia con el mismo valor de apertura; Por el contrario, las lentes con distancias focales más largas tienen una profundidad de campo relativamente menor.
Distancia de trabajo: una referencia clave a las dimensiones espaciales del sistema
En el proceso de selección de lentes, para determinar con precisión las dimensiones espaciales del sistema óptico, a menudo es necesario comprender la lente en el trabajo de la distancia del objeto, la distancia de la imagen, así como la distancia entre las dos superficies principales de la lente y otros parámetros importantes. Sin embargo, como la distancia del objeto y la distancia de la imagen son relativas a la posición de la superficie principal del sistema óptico de lente, y la superficie principal de la lente es difícil de determinar directamente en la práctica, lo que conduce a la distancia del objeto, la distancia de imagen y otros Los parámetros también son difíciles de medir directamente.
Por ejemplo, en la aplicación de la lente objetivo del microscopio, la distancia de trabajo es un parámetro clave. Al observar las secciones de las células en un microscopio biológico, es necesario seleccionar un objetivo con una distancia de trabajo adecuada basada en el grosor de la muestra y el aumento del objetivo. Si la distancia de trabajo es demasiado corta, la muestra puede dañarse durante el proceso de enfoque; Y si la distancia de trabajo es demasiado larga, es posible que no sea posible obtener suficiente aumento e imágenes claras.
Los fabricantes de lentes han introducido el parámetro de distancia de trabajo y, al mismo tiempo, proporcionan el aumento de la lente a esa distancia de trabajo, como conveniencia para que el usuario confirme las dimensiones espaciales del sistema más fácilmente.
En la actualidad, la definición de la distancia de trabajo no ha formado un estándar unificado, hay principalmente dos definiciones diferentes. Una definición es la distancia del sujeto a la cámara negativa; La otra definición es la distancia del sujeto a la superficie frontal de la lente. En el entorno de mercado actual, la mayoría de los fabricantes de lentes de cámara generalmente adoptan la primera forma de definición. Por lo tanto, en ausencia de instrucciones especiales, la distancia de trabajo dada en el manual generalmente se refiere a la distancia del sujeto a la cámara negativa.
A través de una comprensión profunda y dominio de los parámetros de la lente óptica anterior, ya sea en el diseño óptico, la fotografía y el video, o en el campo de la inspección industrial, etc., pueden seleccionar y usar con mayor precisión lentes ópticas, para que como para lograr el efecto de imagen óptica deseado y promover el desarrollo continuo y el progreso de las tecnologías relacionadas.