In un sistema ottico ideale, l'ingrandimento dovrebbe rimanere costante in una coppia di piani di oggetti coniugati. Tuttavia, nei veri sistemi ottici, questa proprietà è presente solo quando il campo visivo è piccolo. Quando il campo visivo è grande o addirittura molto grande, l'ingrandimento dell'immagine cambierà con il cambiamento nel campo visivo, questo fenomeno porterà all'immagine dell'oggetto rispetto alla perdita della somiglianza originale, risultando nel Immagine della deformazione, che è nota come aberrazione.
Nella fotografia architettonica, se viene utilizzata una lente grandangolare per fotografare un edificio grattacielo, a causa del vasto campo visivo della lente grandangolare, è facile produrre distorsioni a forma di botti, facendo i bordi dell'edificio sembrano essere curvi verso l'esterno. Al fine di ottenere un'immagine più realistica e accurata dell'aspetto dell'edificio, il fotografo può utilizzare un software specializzato di elaborazione delle immagini per correggere la distorsione o provare a scegliere l'angolo di tiro e la distanza corretti quando si scatta per ridurre al minimo l'effetto del distorsione.
L'aberrazione è matematicamente definita come la differenza tra l'altezza dell'immagine effettiva y 'e l'altezza dell'immagine ideale y0' (y ' - y0'), e in pratica è più comunemente espressa come percentuale del rapporto e altezza dell'immagine ideale y0 ', cioè, aberrazione relativa:
Quando un sistema ottico con aberrazioni immagini una superficie di oggetto concentrico con spaziatura uguale, l'immagine non sarà più un cerchio concentrico con spaziatura uguale. Se il sistema ha un'aberrazione positiva, l'altezza dell'immagine effettiva Y 'aumenterà con l'aumento del campo visivo e più veloce dell'altezza dell'immagine ideale Y0', il che significa che l'ingrandimento aumenta con l'aumento del campo visivo, quindi La spaziatura dei circoli concentrici sarà gradualmente aumentata dall'interno all'esterno; Al contrario, se il sistema ha un'aberrazione negativa, la spaziatura dei cerchi verrà gradualmente ridotta dall'interno all'esterno. Prendi la superficie dell'oggetto della griglia quadrata come esempio, se imageta dal sistema ottico con aberrazioni positive, l'immagine risultante apparirà a forma di cuscino; Se imageta dal sistema ottico con aberrazioni negative, l'immagine risultante apparirà a forma di botte, la linea tratteggiata nella figura mostra la forma dell'immagine ideale.
Vale la pena notare che le aberrazioni causano solo distorsioni dell'immagine e non influiscono sulla nitidezza dell'immagine. Pertanto, per i sistemi ottici generali, il difetto di imaging dell'aberrazione non ostacola in modo significativo l'uso fintanto che la distorsione dell'immagine rientra nei limiti accettabili. Tuttavia, in alcuni scenari di applicazione in cui l'immagine deve essere utilizzata per determinare accuratamente la dimensione di un oggetto, l'effetto delle aberrazioni è fondamentale perché influisce direttamente sull'accuratezza della misurazione, quindi in questi casi le aberrazioni devono essere strettamente corrette.
Profondità del campo: risoluzione di profondità per una gamma di immagini chiara
Quando l'obiettivo obiettivo è focalizzato su un particolare oggetto fotografico, esiste un certo intervallo davanti e dietro l'oggetto all'interno del quale l'oggetto è in grado di presentare un'immagine chiara sul piano dell'immagine, questo intervallo è definito come la profondità di campo ( Δ1 + Δ2).
Nella struttura dell'imaging ottico, il piano dell'immagine A 'è il piano su cui si trova la superficie bersaglio del sensore e il suo piano coniugato A è il piano di allineamento. Il piano più lontano che può formare un'immagine chiara sul bersaglio, cioè il piano in cui si trova il punto oggetto B1, è chiamato Farscape; Il piano più vicino che può formare un'immagine chiara sul bersaglio, cioè il piano in cui si trova il punto oggetto B2, è chiamato campo vicino. Il punto oggetto B1, B2 è stato effettuato davanti al bersaglio dopo la proiezione sulla superficie target per formare un punto diffuso, quando il punto diffuso è piccolo in una certa misura, può essere considerato presentato nell'immagine della superficie un'immagine chiara.
La formula per il calcolo della profondità di campo è:
Laddove Δ1 e Δ2 rappresentano la profondità del campo e la profondità di campo, rispettivamente, P, P1 e P2 rappresentano la distanza dal piano di messa a fuoco, il piano del campo lontano e il piano del campo vicino all'obiettivo, F 'è La lunghezza focale della lente oggettiva, F è il numero di aperture della lente oggettiva e Δ è il diametro del cerchio di dispersione che può essere consentito sul piano dell'immagine e il cui valore minimo è di solito la dimensione dell'immagine Elemento nel caso dei sensori CCD o CMOS.
Ne consegue che la profondità di campo è strettamente correlata alla lunghezza focale della lente oggettiva, alle dimensioni dell'apertura e alla distanza fotografica. In particolare, minore è l'apertura (maggiore è il numero F), o maggiore è la distanza di tiro, maggiore è la profondità di campo e, in generale, la profondità di campo è maggiore nel campo lontano che nel campo vicino. Le lenti con lunghezze focali più brevi hanno una maggiore profondità di campo quando si riprendono alla stessa distanza con lo stesso valore di apertura; Al contrario, le lenti con lunghezze focali più lunghe hanno una profondità di campo relativamente più piccola.
Distanza di lavoro: un riferimento chiave alle dimensioni spaziali del sistema
Nel processo di selezione delle lenti, al fine di determinare accuratamente le dimensioni spaziali del sistema ottico, è spesso necessario comprendere l'obiettivo nel lavoro della distanza degli oggetti, la distanza dell'immagine e la distanza tra le due superfici principali della lente e altri parametri importanti. Tuttavia, poiché la distanza dell'oggetto e la distanza dell'immagine sono relative alla posizione della superficie principale del sistema ottico dell'obiettivo e la superficie principale della lente è difficile da determinare direttamente in pratica, il che porta alla distanza dell'oggetto, alla distanza dell'immagine e all'altro I parametri sono anche difficili da misurare direttamente.
Ad esempio, nell'applicazione dell'obiettivo al microscopio, la distanza di lavoro è un parametro chiave. Quando si osservano le sezioni cellulari al microscopio biologico, è necessario selezionare un obiettivo con una distanza di lavoro adeguata basata sullo spessore del campione e l'ingrandimento dell'obiettivo. Se la distanza di lavoro è troppo breve, il campione può essere danneggiato durante il processo di messa a fuoco; E se la distanza di lavoro è troppo lunga, potrebbe non essere possibile ottenere un ingrandimento sufficiente e immagini chiari.
I produttori di lenti hanno introdotto il parametro della distanza di lavoro e allo stesso tempo forniscono l'ingrandimento dell'obiettivo a quella distanza di lavoro, come comodità per l'utente per confermare più facilmente le dimensioni spaziali del sistema.
Al momento, la definizione della distanza di lavoro non ha formato uno standard unificato, ci sono principalmente due diverse definizioni. Una definizione è la distanza dal soggetto al negativo della fotocamera; L'altra definizione è la distanza dal soggetto alla superficie anteriore della lente. Nell'attuale ambiente di mercato, la maggior parte dei produttori di obiettivi fotografici adotta generalmente il primo modo di definizione. Pertanto, in assenza di istruzioni speciali, la distanza di lavoro indicata nel manuale di solito si riferisce alla distanza dal soggetto al negativo della telecamera.
Attraverso una comprensione approfondita e una padronanza dei parametri della lente ottica sopra, nella progettazione ottica, fotografia e video o nel campo dell'ispezione industriale, ecc. Per raggiungere l'effetto di imaging ottico desiderato e promuovere lo sviluppo continuo e il progresso delle tecnologie correlate.