Em um sistema óptico ideal, a ampliação deve permanecer constante em um par de planos de objetos conjugados. No entanto, em sistemas ópticos reais, essa propriedade está presente apenas quando o campo de visão é pequeno. Quando o campo de vista é grande ou mesmo muito grande, a ampliação da imagem mudará com a mudança no campo de vista, esse fenômeno levará à imagem do objeto em relação à perda da semelhança original, resultando no imagem da deformação, conhecida como aberração.
Na fotografia arquitetônica, se uma lente grande angular for usada para fotografar um edifício alto, devido ao grande campo de visão da lente grande angular, é fácil produzir distorção em forma de barril, tornando as bordas do edifício parecem ser curvos para fora. Para obter uma imagem mais realista e precisa da aparência do edifício, o fotógrafo pode usar o software especializado em processamento de imagens para corrigir a distorção ou tentar escolher o ângulo e a distância de tiro certos ao tirar a imagem para minimizar o efeito do distorção.
A aberração é definida matematicamente como a diferença entre a altura da imagem real e a altura da imagem ideal y0 '(y' - y0 ') e, na prática, é mais comumente expressa como uma porcentagem da proporção disso e a altura da imagem ideal y0 ', ou seja, relativa aberração:
Quando um sistema óptico com imagens de aberrações é uma superfície concêntrica de objeto com espaçamento igual, a imagem não será mais um círculo concêntrico com espaçamento igual. Se o sistema tiver uma aberração positiva, a altura real da imagem y 'aumentará com o aumento do campo de visão e mais rápido que a altura da imagem ideal y0', o que significa que a ampliação aumenta com o aumento do campo de visão, então O espaçamento dos círculos concêntricos será gradualmente aumentado de dentro para o exterior; Pelo contrário, se o sistema tiver uma aberração negativa, o espaçamento dos círculos será gradualmente reduzido de dentro para o exterior. Pegue a superfície do objeto da grade quadrada como um exemplo, se fotografado pelo sistema óptico com aberrações positivas, a imagem resultante aparecerá em forma de travesseiro; Se fotografado pelo sistema óptico com aberrações negativas, a imagem resultante parecerá em forma de barril, a linha pontilhada na figura mostra a forma da imagem ideal.
Vale a pena notar que as aberrações causam apenas distorção da imagem e não afetam a nitidez da imagem. Assim, para sistemas ópticos gerais, o defeito de imagem da aberração não dificulta significativamente o uso, desde que a distorção da imagem esteja dentro dos limites aceitáveis. No entanto, em alguns cenários de aplicação em que a imagem precisa ser utilizada para determinar com precisão o tamanho de um objeto, o efeito das aberrações é crítico porque afeta diretamente a precisão da medição; portanto, nesses casos, as aberrações devem ser estritamente corrigidas.
Profundidade de campo: resolução de profundidade para uma linha de imagem clara
Quando a lente objetiva é focada em um objeto fotográfico específico, existe um certo alcance na frente e atrás do objeto dentro do qual o objeto é capaz de apresentar uma imagem clara no plano da imagem, esse intervalo é definido como a profundidade de campo ( Δ1 + Δ2).
Na estrutura da imagem óptica, o plano de imagem a 'é o plano no qual a superfície alvo do sensor está localizada e seu plano conjugado a é o plano de alinhamento. O plano mais distante que pode formar uma imagem clara no alvo, ou seja, o plano onde o ponto de objeto B1 está localizado, é chamado de farra; O plano mais próximo que pode formar uma imagem clara no alvo, ou seja, o avião onde o ponto de objeto B2 está localizado, é chamado de campo próximo. O ponto de objeto B1, B2 foi fotografado em frente ao alvo após a projeção à superfície alvo para formar um ponto difuso, quando o ponto difuso é pequeno até certo ponto, pode ser considerado apresentado na imagem da superfície é uma imagem clara.
A fórmula para calcular a profundidade do campo é:
Onde Δ1 e Δ2 representam a profundidade do campo e a profundidade do campo, respectivamente, p, p1 e p2 representam a distância do plano de foco, o plano do campo distante e o plano do campo próximo à lente objetiva, f 'é A distância focal da lente objetiva, f é o número de aberturas da lente objetiva e δ é o diâmetro do círculo de dispersão que pode ser permitido no plano da imagem e cujo valor mínimo é geralmente o tamanho da imagem Elemento no caso de sensores CCD ou CMOS.
Segue -se que a profundidade do campo está intimamente relacionada à distância focal da lente objetiva, ao tamanho da abertura e à distância fotográfica. Especificamente, quanto menor a abertura (maior o número F), ou maior a distância de disparo, maior a profundidade do campo e, em geral, a profundidade do campo é maior no campo distante do que no campo próximo. As lentes com comprimentos focais mais curtos têm uma profundidade de campo maior ao disparar na mesma distância com o mesmo valor de abertura; Por outro lado, as lentes com comprimentos focais mais longos têm uma profundidade de campo relativamente menor.
Distância de trabalho: uma referência importante às dimensões espaciais do sistema
No processo de seleção de lentes, para determinar com precisão as dimensões espaciais do sistema óptico, geralmente é necessário entender a lente no trabalho da distância do objeto, a distância da imagem, bem como a distância entre as duas principais superfícies do lente e outros parâmetros importantes. No entanto, como a distância do objeto e a distância da imagem são relativos à posição da superfície principal do sistema óptico da lente, e a superfície principal da lente é difícil de determinar diretamente na prática, o que leva à distância do objeto, distância da imagem e outra Os parâmetros também são difíceis de medir diretamente.
Por exemplo, na aplicação da lente objetiva do microscópio, a distância de trabalho é um parâmetro -chave. Ao observar seções celulares em um microscópio biológico, é necessário selecionar um objetivo com uma distância de trabalho apropriada com base na espessura da amostra e na ampliação do objetivo. Se a distância de trabalho for muito curta, a amostra poderá ser danificada durante o processo de foco; E se a distância de trabalho for muito longa, pode não ser possível obter ampliação suficiente e imagens claras.
Os fabricantes de lentes introduziram o parâmetro de distância de trabalho e, ao mesmo tempo, fornecem a ampliação da lente nessa distância de trabalho, como uma conveniência para o usuário confirmar as dimensões espaciais do sistema com mais facilidade.
Atualmente, a definição da distância de trabalho não formou um padrão unificado, existem principalmente duas definições diferentes. Uma definição é a distância do sujeito à câmera negativa; A outra definição é a distância do sujeito à superfície frontal da lente. No ambiente atual do mercado, a maioria dos fabricantes de lentes de câmera geralmente adota a primeira maneira de definição. Portanto, na ausência de instruções especiais, a distância de trabalho fornecida no manual geralmente se refere à distância do sujeito à câmera negativa.
Através de um entendimento e domínio aprofundados dos parâmetros da lente óptica acima, seja no design óptico, fotografia e vídeo, ou no campo da inspeção industrial etc. Quanto a alcançar o efeito de imagem óptica desejado e promover o desenvolvimento e o progresso contínuos das tecnologias relacionadas.