?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry Share Next Entry
Резкость по всему кадру: физики решили оптическую проблему 2000-летней давности
pro_vladimir
Пользователи фотоаппаратов знают, что ближе к краям даже на очень хорошем объективе фотографии могут страдать от существенного снижения резкости. Всё дело в законах оптики — ещё древнегреческий математик Диокл в своей работе «О зажигательных зеркалах» сформулировал проблему, которую человечество не могло полностью преодолеть более двух тысяч лет.





Дело в том, что линзы сделаны из сферических поверхностей и чем дальше световые лучи отклоняются от оптической оси линзы или падают на неё под углом, тем сильнее не совпадает фокус таких лучей из-за разницы в преломлении света. В результате центр получаемой картинки получается резче, чем края — это называется «сферическая аберрация».

В своей работе 1690 года «Трактат о свете» астроном Кристиан Гюйгенс отметил, что Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц пытались решить эту проблему созданием особых линз для фиксированного расстояния фокусировки, но не смогли. Стоит упомянуть, что Ньютон изобрёл телескоп, который был избавлен от проблемы хроматической аберрации, но не сферической.

В своей статье 1949 года Г. Д. Вассерман и Э. Вольф предложили апланатическую линзу, основанную на интеграле, который они нашли численными методами. Их решение было приближением с помощью подбора на компьютере, а не окончательным, и включало использование асферических элементов, которые сложнее изготовить достаточно точно. Заодно была сформулирована проблема Вассермана-Вольфа. Благодаря этому многие современные объективы включают асферические линзы для коррекции сферической аберрации, создавая сложные оптические группы. Полноценное решение этой проблемы помогло бы улучшить оптические системы везде: от очков и камер в смартфонах до телескопов и микроскопов.



Наконец, в 2018 году докторант Национального автономного университета Мексики (НАУ) Гектор Чапарро-Ромо (Héctor Chaparro-Romo), пытавшийся решить проблему в течение 3 лет, привлёк себе на помощь докторанта Рафаэля Гонсалеса-Акунью (Rafael González-Acuña) из Монтеррейского технологического института.

Поначалу Гонсалес не хотел тратить силы на проблему, которую не могли решить тысячелетиями. Но по настоянию Гектора Чапарро решил принять вызов. Как вспоминал затем Рафаэль Гонсалес, после нескольких месяцев работы, произошёл прорыв: «Я помню, как однажды утром готовил себе кусочек хлеба с Нутеллой и внезапно произнёс вслух: „Эврика! Вот и решение!“». Затем он побежал к компьютеру и начал вводить программный код идеи. Когда исследователь выполнил симуляцию и увидел, что та работает, он буквально пустился вскачь. После этого дуэт провёл ещё ряд симуляций и рассчитал эффективность метода с 500 лучами — в результате средний результат для всех примеров составил 99,99999999999 %. То есть разница в резкости на всей плоскости кадра составила ничтожные 0,0000000001 %.


Рафаэль Гонсалес

Результаты работы были опубликованы в статье «Общая формула дизайна биасферических синглетных линз без сферической аберрации» в научном журнале «Прикладная оптика». Приведённое изображение показывает полученное учёными общее алгебраическое уравнение замкнутой формы для конструкции сферической линзы без аберраций. Она описывает зависимость формы второй асферической поверхности конкретной линзы от первой поверхности и фокусного расстояния. Вторая асферическая поверхность призвана устранить все аберрации, создаваемые первой поверхностью. Формула решает проблему Вассермана-Вольфа, сформулированную аналитически в 1949 году, но известную учёным около двух тысяч лет.



В рамках того же исследования Рафаэль Г. Гонсалес-Акунья, Гектор А. Чапарро-Ромо и Хулио Гутьеррес Вега (Julio Gutiérrez Vega) также опубликовали в журнале «Прикладная оптика» статью «Общая формула для создания синглетной линзы произвольной формы без сферической аберрации и астигматизма», в которой они дают аналитическое решение Проблемы Леви-Чивиты, сформулированной в 1900 году.

В результате мы можем надеяться, что в скором времени появятся объективы, избавленные от проблемы сферической аберрации. Причём производство новых линз в теории должно быть дешевле. Впрочем, вряд ли стоит ожидать, что первые такие объективы будут стоить меньше.

Всё что выше, взято тут: https://3dnews.ru/990355

elektromexanik: Интересно, тогда вот это может и линзой оказаться?



pro_vladimir: Запросто. Только опять вопрос относительно диапазона и среды.

dmitrijan: Принцип остаётся, меняются лишь размеры.


Из былого по заданной теме:
Волюта
https://pro-vladimir.livejournal.com/215570.html

По следам каменных "оптических" систем
https://pro-vladimir.livejournal.com/380204.html

Соответственно будут вылетать не завихрения, а спокойный и равномерный фронт
https://pro-vladimir.livejournal.com/381786.html

Сложил воедино: Владимир Мамзерев 09.07.2019



Recent Posts from This Journal

  • Не забывайте поставит стакан обратно

    Психолог ходил по кафедре во время лекции "Управления стрессом" перед аудиторией напряжённых студентов. Когда психолог поднял стакан с водой…

  • Дракар

    Вы только посмотрите на эти обводы. И на сечения этой красоты. Кликабельно, если что. Причем, сечения ещё больше вопросов задают.…



  • 1
Ну да, сенсация...))) О системе предыскажения конечно ни кто никогда не слышал...

Мы даже не сомневаемся что вы являетесь автором изобретений именно в этой области и сможете подробно обосновать свои заявления. Вы легко аргументируете ошибочность описанной в статье концепции и предложите более радикальное решение проблемы.
Нобелевская премия уже в пути!

Сарказм здесь неуместен...Получается, Вы не знаете об этом...((( Принцип используется уже лет 60...

А волюта, являясь нелинейным элементом, может использоваться в качестве детектора...

Вы можете перечислить элементы которые являются линейными?

Это такие прямые, как линейка...Ну, Вы понимаете...А вообще, есть гуру-прогрессоры, обратитесь, они Вам предоставят полный список...))

Матрицу же можно сделать полукруглой.
В смысле вогнутой.

Это решение применимо только для камер с несменной оптикой. Типа человеческого глаза ))
Киношники и фотографы не оценят

Edited at 2019-07-10 08:36 pm (UTC)

Что, кто то ещё с плёнкой возится?
Цыфра везде ведь.
Да и мать-природа, знает что делает.
Фасетки или Глаз, ну или Рыбий глаз....

Осталось дело за малым - освоить 3D печать линз сложной формы.
Возможно, сама-по-себе 3D печать из кремния будет прорывом.
ух, даже захотелось такую линзочку, лучше из благородного углерода )).

Зачем 3Д печать?
Давайте бутылки для минералки ещё на принтере печатать начнём....

А, давайте бутылки для минералки использовать вместо линз для хирургического лазера.
Хотя, вы правы - я понятия не имею как изготовить линзу сложной конфигурации.
Возможно, есть специальные станки (вроде CNC).

Но, 3D печать - это уже часть промышленности

Edited at 2019-07-11 07:19 am (UTC)

"Запросто. Только опять вопрос относительно диапазона

А предположения есть для работы в какой среде могли предназначаться данные устройства?
Например атмосфера у планеты была плотнее и не за счет водяных паров, а за счет большего количества газов, того же азота например, но примерно в том же соотношении с другими газами как сейчас. Тогда можно объяснить как летали птеродактили, почему строители должны были учитывать электрические токи в атмосфере, атмосферное электричество и т.д.

Если нечто распостраняется в чем то то подразумевается что в среде распостранения. Если свет распостраняется в космическом пространстве то есть и среда распостранения эфир (твердь небесная). А если этот эфир есть то он есть абсолютно везде, и в том числе в составе других сред таких как газы, жидкости и твердые тела.

Не обязательно.
Может и в Полной пустоте распространяться.

  • 1