Пять аберраций Зайдля

В 1856 году немец по фамилии Зайдль в результате анализа установил пять аберраций объектива, происходящих с монохроматическим светом(со светом одной волны). Эти аберрации, описанные ниже, называются пятью аберрациями Зайдля. 1. Сферическая аберрация В определенной мере эта аберрация присутствует во всех объективах, построенных целиком из сферических элементов. Сферическая аберрация ведет к тому, что параллельные световые лучи, проходящие через край линзы, сливаются в фокальной точке ближе к линзе, чем световые лучи, проходящие через центр линзы. (Величина смещения фокальной точки вдоль оптической оси называется продольной сферической аберрацией.) Степень сферической аберрации имеет тенденцию увеличиваться в объективах с большой апертурой. Точечное изображение, подвергающееся влиянию сферической аберрации, с резкостью образует лучи света возле оптической оси, однако на него влияет засветка от периферических световых лучей (эта засветка также называется ореолом, а его радиус называют поперечной сферической аберрацией). В результате этого сферическая аберрация влияет на всю площадь изображения, от центра до его краев, и получается мягкое низко-контрастное изображение, которое кажется как будто покрытым тонкой вуалью. Очень трудно исправить сферическую аберрацию в сферических объективах. Хотя это исправление обычно производится путем сочетания двух линз - одной выпуклой и одной вогнутой - на основе световых лучей с определенной высотой падения (расстоянием от оптической оси ), есть предел степени коррекции с использованием сферических линз, поэтому какая-то доля аберрации сохраняется всегда. Эту остаточную аберрацию можно в значительной степени ликвидировать путем диафрагмирования объектива, чтобы сократить поток периферийного света. При объективе с большой апертурой при полной апертуре единственный эффективный способ существенно компенсировать сферическую аберрацию состоит в том, чтобы использовать асферическую линзу.

Сферическая аберрация

2.Кома (коматическая аберрация) Кома или коматическая аберрация это явление, видимое на периферии изображения, которое создается объективом, скорректированным на сферическую аберрацию, и вызывает сведение световых лучей, поступающих на край объектива под каким-то углом, в форме кометы, а не в форме желаемой точки. Отсюда и ее название. Форма кометы ориентирована радиально, причем ее хвост направлен либо к центру, либо от центра изображения. Вызываемая этим размытость по краям изображения называется коматической засветкой. Кома, которая может иметь место даже в объективах, точно воспроизводящих точку как точку на оптической оси, вызывается разницей преломления между световыми лучами из точки, расположенной вне оптической оси, и проходящими через края объектива, и главным световым лучом от той же точки, проходящим через центр объектива. Кома увеличивается по мере увеличения угла главного луча и ведет к снижению контрастности по краям изображения. Определенной степени улучше ния можно добиться диафрагмированием объектива. Кома также может привести к засвечиванию размытых участков изображения, создавая неприятный эффект. Ликвидация как сферической аберрации, так и комы для объекта, расположенного на определенном съемочном расстоянии, называется апланатизмом, а объектив, скорректированный таким образом, называется апланатом.

Коматическая аберрация

3.Астигматизм При объективе, скорректированным на сферическую и коматическую аберрацию, точка объекта на оптической оси будет точно воспроизведена как точка в изображении, но точка объекта, расположенная вне оптической оси, появится не как точка в изображении, а скорее как затемнение или как линия. Такой тип аберрации называется астигматизмом. Можно наблюдать это явление по краям изображения, если слегка сместить фокус объектива в положение, в котором точка объекта резко изображена как линия, ориентированная в радиальном направлении от центра изображения, и опять сместить фокус в другое положение, в котором точка объекта резко изображена в виде линии, ориентированной в направлении концентрического круга. (Расстояние между этими двумя положениями фокуса называется астигматической разницей.) Другими словами, лучи света в меридиональной плоскости и лучи света в сагиттальной плоскости находятся в различном положении, поэтому эти две группы лучей не соединяют ся в одной точке. Когда объектив установлен в оптимальное фокусное положение для меридиональной плоскости, световые лучи в сагиттальной плоскости сведены в линию в направлении концентрического круга (это положение называется меридиональным фокусом). Аналогичным образом, когда объектив установлен в оптимальном фокусном положении для сагиттальной плоскости, световые лучи в меридиональной плоскости образуют линию, ориентированную в радиальном направлении (это положение называется сагиттальным фокусом).

Астигматизм

4. Кривизна поля изображения Кривизна поля изображения это явление, ведущее к тому, что плоскость образования изображения становится изогнутой как внутренняя часть мелкой чаши, мешая объективу формировать плоское изображение плоского объекта. Когда центр изображения находится в фокусе, его края находятся не в фокусе, а когда края в фокусе, центр бывает не в фокусе. На степень кривизны поля изображения в большой мере влияет метод, используемый для корректировки астигматизма. Поскольку плоскость изображения попадает между сагиттальной и меридиональной плоскостями изображения, хорошая коррекция астигматизма обеспечивает небольшое искривление поля изображения. Поскольку искривление поля нельзя уменьшить путем диафрагмирования объектива, конструкторы объективов уменьшают его в максимально возможной степени, прибегая к таким различным методам, как изменение форм отдельных элементов объектива, сборка объектива и изменение позиции апертуры. При этом необходимо соблюдать одно непременное условие одновременной корректировки астигматизма и кривизны поля изображения - условие Пецвала (1843 год). Условие Пецвала гласит, что элемент объектива хорош, если получается нулевой результат, когда обратная величина произведения показателя преломления и фокусное расстояние этого элемента объектива прибавляется к общему числу элементов, из которых создан объектив. Этот итог называется суммой Пецвала.

Кривизна поля изображения

5.Искажение Одно из требований к идеальному объективу состоит в том, что "изображение объекта, образуемое объективом, должно иметь ту же форму, что и сам объект". Искажение это такой тип аберрации, который ведет к тому, что прямые линии становятся кривыми (искаженными) на изображении, в результате чего не соблюдается это идеальное условие. Искажение, растягивающее (+) форму по диагонали, называется подушкообразной (положительной) дисторсией, а то, которое сжимает (-) форму по диагонали, называется бочкообразной (отрицательной) дисторсией. В редких случаях со сверхширокоугольным объективом эти два типа искажения могут сосуществовать, в результате чего образуется форма одновременно растянутая и сжатая. Искажение невелико в объективах, которым придана симметрическая форма по обеим сторонам апертурной диафрагмы, но может возникать в объективах с асимметричными конфигурациями. Объективы с переменным фокусным расстоянием имеют тенденцию создавать бочкообразную дисторсию при широкоугольной позиции и подушкообразную - при телефото позиции ( из-за небольших изменений характеристик искажения в момент изменения фокусного расстояния). Однако в объективах с переменным фокусным расстоянием, включающим одну или несколько асферических линз, это искажение хорошо корректируется благодаря компенсирующему эффекту асферических линз.

Искажение

Поскольку этот тип аберрации вызван отклонениями от нормы главных световых лучей, проходящих через центр объектива, ее последствия нельзя уменьшить диафрагмированием объектива. Меридианальная плоскость Плоскость, в которой находятся и оптическая ось, и главный луч света от точки объекта, находящейся вне оптической оси, называется меридианальной плоскостью. Это положение изображения, образованное световыми лучами, проходящими через объектив в этой плоскости, называется меридианальной поверхностью объекта. Эта поверхность изображения обеспечивает оптимальное качество изображения в форме концентрической окружности на плоскости пленки. Если представить себе сферическую поверхность объектива как часть поверхности земли, а оптическую ось как часть земной оси, то меридианальная плоскость точно совпадает с земным меридианом. Отсюда и ее название. На диаграммах MTF кривая, показывающая характеристики мериадианальной поверхности изображения обычно обозначается только буквой М. Сагиттальная плоскость Сагиттальная плоскость это плоскость, расположенная перпендикулярно меридианальной плоскости. Положение изображения, образованное лучами света, проходящими через объектив в этой плоскости, называется сагиттальной поверхностью изображения. Поверхность изображения обеспечивает оптимальное качество изображения в радиальном направлении на плоскость пленки. Слово "сагиттальный" греческого происхождения и означает "стреловидный". На диаграммах MTF кривая, показывающая характеристики сагиттальной поверхности изображения, обычно указывается одной буквой S.