Об’єктиви з великою діафрагмою, які цінують за здатність збирати більше світла та створювати малу глибину різкості, часто мають компроміс: збільшення оптичних аберацій. Розуміння того, чому об’єктиви з великою діафрагмою мають тенденцію демонструвати більше цих недоліків, вимагає заглиблення в складність дизайну об’єктива та властиві проблеми викривлення світла. У цій статті буде досліджено причини цього явища, досліджено різні типи аберацій і конструктивні міркування, які впливають на їх наявність.
Розуміння оптичних аберацій
Оптичні аберації — це недоліки в тому, як об’єктив фокусує світло, що призводить до спотворень і зниження якості зображення. Ці аберації виникають через те, що лінзи, особливо прості, не можуть ідеально сфокусувати світлові промені з різних частин лінзи в одну точку. Кілька типів аберацій поширені в об’єктивах, і їх серйозність може змінюватися залежно від конструкції об’єктива та діафрагми.
- Сферична аберація: це відбувається, коли світлові промені, що проходять через краї лінзи, фокусуються в іншій точці, ніж промені, що проходять через центр, що призводить до розмитого зображення.
- Хроматична аберація: різні довжини хвилі світла (кольори) по-різному заломлюються лінзою, змушуючи їх фокусуватися в різних точках. Це призводить до кольорової окантовки навколо висококонтрастних областей.
- Кома: позаосьові точкові джерела світла виглядають як комети, а не як гострі точки. Ця аберація збільшується до країв зображення.
- Астигматизм: горизонтальні та вертикальні лінії фокусуються в різних точках, через що зображення виглядає розмитим у певних напрямках.
- Спотворення: прямі лінії виглядають вигнутими на зображенні. Бочкоподібне викривлення змушує прямі лінії виступати назовні, тоді як подушкоподібне викривлення робить їх вигнутими всередину.
Проблеми розробки об’єктивів зі світлосилою
Розробка об’єктивів із широкою діафрагмою (низькими діафрагмовими числами) є серйозною проблемою. Більша діафрагма означає, що промені світла потрапляють в об’єктив під ширшими кутами, що ускладнює їх точне фокусування. Ось розбивка ключових факторів:
Більш широкі кути падіння
Світлові промені, що потрапляють в об’єктив під широкими кутами, більш сприйнятливі до аберацій. Чим далі промінь від оптичної осі, тим більше він відхиляється від ідеальної поведінки. Це збільшення відхилення посилює сферичну аберацію, кому та астигматизм. Для виправлення цих аберацій потрібні складніші конструкції лінз.
Збільшений збір світла
Хоча більша діафрагма дозволяє більше світла проникати в об’єктив, це також означає, що збирається більше аберрантного світла. Це може перевищити здатність об’єктива створювати різке, чітке зображення. Збільшений збір світла посилює вплив будь-яких існуючих аберацій.
Складність лінзових елементів
Щоб мінімізувати аберації в об’єктивах із великою діафрагмою, виробники часто використовують складні конструкції об’єктивів із кількома елементами. Ці елементи ретельно сформовані та розташовані для запобігання абераціям. Однак додавання додаткових елементів збільшує вартість і складність лінзи.
Матеріальні міркування
Вибір скляних матеріалів також відіграє вирішальну роль у виправленні аберацій. Різні види скла мають різні показники заломлення та дисперсійні характеристики. Комбінуючи різні типи скла, розробники об’єктивів можуть мінімізувати хроматичну аберацію та інші типи аберацій. У високоякісних лінзах часто використовуються спеціальні типи скла, такі як скло з наднизькою дисперсією (ED).
Методи корекції аберацій
Розробники об’єктивів використовують різні методи, щоб мінімізувати аберації в об’єктивах із великою діафрагмою. Ці методи часто включають компроміси, баланс між якістю зображення, вартістю та розміром.
- Асферичні елементи: ці елементи мають несферичну поверхню, яка допомагає виправити сферичну аберацію та кому. Асферичні елементи дорожчі у виробництві, ніж сферичні, але можуть значно покращити якість зображення.
- Скло з надзвичайно низькою дисперсією (ED): скло ED має меншу дисперсію, ніж звичайне скло, що допомагає зменшити хроматичну аберацію. Скло ED часто використовується у високоякісних лінзах для покращення точності кольору та різкості.
- Плаваючі елементи: ці елементи рухаються незалежно від інших елементів в об’єктиві під час фокусування. Це допомагає підтримувати якість зображення на різних відстанях фокусування.
- Апохроматичний дизайн: апохроматичні лінзи призначені для коригування хроматичної аберації для трьох довжин хвиль світла (червоного, зеленого та синього), що забезпечує ще кращу точність кольору.
Залучені компроміси
Розробка об’єктивів із великою діафрагмою — це балансування. Розробники об’єктивів повинні зважити переваги широкої діафрагми та потенціал збільшення аберацій. Ось деякі з поширених компромісів:
- Якість зображення та діафрагма: ширша діафрагма забезпечує більше світла та меншу глибину різкості, але також може призвести до збільшення аберацій.
- Ціна проти продуктивності: складніші конструкції об’єктивів з асферичними елементами та склом ED можуть зменшити аберації, але також підвищити вартість об’єктива.
- Розмір і вага порівняно з продуктивністю: додавання додаткових елементів для виправлення аберацій може збільшити розмір і вагу об’єктива.
Зрештою, найкращий дизайн об’єктива – це компроміс, який збалансовує ці фактори для досягнення бажаної якості зображення та робочих характеристик. Виробники об’єктивів часто віддають перевагу певним аспектам якості зображення, таким як різкість або точність кольору, залежно від цільового використання об’єктива.
Прагнення до ширшої діафрагми часто означає прийняти певний рівень аберації або інвестувати в більш складні та дорогі конструкції об’єктивів для їх пом’якшення. Розуміння цих компромісів має вирішальне значення для фотографів під час вибору об’єктивів для своїх конкретних потреб.
Часті запитання
Чому об’єктиви з великою діафрагмою більш схильні до аберацій?
Лінзи з великою діафрагмою мають ширші отвори, що дозволяє світловим променям проникати під крутішими кутами. Ці крутіші кути посилюють серйозність оптичних аберацій, таких як сферична аберація, кома та хроматична аберація, роблячи їх більш помітними на кінцевому зображенні.
Що таке хроматична аберація?
Хроматична аберація виникає, коли лінза не може сфокусувати всі кольори світла в одній точці. Це призводить до кольорової окантовки навколо висококонтрастних країв зображення, що знижує різкість і чіткість.
Як виробники об’єктивів виправляють аберації в об’єктивах із великою діафрагмою?
Щоб мінімізувати аберації, виробники об’єктивів використовують різні технології, зокрема асферичні елементи, скло з наднизькою дисперсією (ED) і складні багатоелементні конструкції. Ці методи допомагають контролювати те, як світлові промені згинаються та фокусуються, що призводить до різкіших і чіткіших зображень.
Чи всі об’єктиви зі світлосилою однаково схильні до аберацій?
Ні, інтенсивність аберацій залежить від конструкції об’єктива та якості використаних матеріалів. Високоякісні об’єктиви зі швидкою діафрагмою часто містять передові технології для мінімізації аберацій, що забезпечує кращу якість зображення порівняно з дешевшими альтернативами.
Що таке сферична аберація і як вона впливає на якість зображення?
Сферична аберація виникає, коли світлові промені, що проходять через краї лінзи, фокусуються в іншій точці, ніж промені, що проходять через центр. Це спричиняє загальну розмитість зображення, зниження різкості та контрастності. Виправлення сферичної аберації має вирішальне значення для отримання чітких і деталізованих фотографій, особливо з об’єктивами з великою діафрагмою.
