Виды аберраций

Реальный объектив обладает рядом недостатков. Их называют аберрациями (в переводе с латинского «аберрация» - уклонение).

Аберрациями называются отклонения, возникающие в процессе движения лучей через реальную оптическую систему, от того направления, которое имеют эти лучи в идеальной системе.

Существует всего 14 видов основных аберраций. Наиболее существенными являются: сферическая; кома; хроматическая; дисторсия; астигматизм; кривизна поля изображения.

Сферическая аберрация. Ее сущность заключается в том, что лучи света, прошедшие через края и центральную часть линзы, преломляются неодинаково (рис. 12а). Краевые зоны линзы преломляют лучи больше, чем центральные. Это приводит к тому, что изображение фокусируется на разных расстояниях от линзы. При этом в целом не удается получить резкого изображения предмета, так как на резкое изображение предмета, образованного лучами одной зоны, будет накладываться диск рассеянных лучей, фокус которого лежит в другой плоскости. Величина сферической аберрации зависит от:

1. Формы линзы;

2. Положения линзы (какой стороной она обращена) по отношению к объекту;

3. Расстояния до объекта;

4. Расположения диафрагмы (спереди или позади линзы);

Устраняют сферическую аберрацию посредством комбинации перечисленных факторов. Наименьшей аберрацией обладают двояковыпуклые линзы. Плосковыпуклые и вогнуто-выпуклые линзы рекомендуется повернуть выпуклой стороной к объекту. Чем дальше удален объект от линзы, тем меньше сферическая аберрация. При диафрагмировании она также уменьшается. В реальных объективах, как правило, устраняют сферическую аберрацию для краевых участков.

Кома (рис. 12б). Это сферическая аберрация для наклонного пучка лучей. Светящаяся точка предмета рисуется оптической системой в плоскости изображения в виде запятой (комы). Исправляется с помощью подбора линз и диафрагмировании.

Хроматическая аберрация. Сущность ее заключается в разложении белого света в спектр (рис. 13). Изображение светящейся точки объекта будет представлять собой ряд концентрических окружностей, окрашенных в разные цвета. Масштаб окружностей будет различный. Устраняют хроматическую аберрацию путем подбора положительных и отрицательных линз из стекол с различными коэффициентами преломления. Определенная величина остаточных сферической и хроматической аберраций в объективе позволяют создать мягкий оптический рисунок. Такие объективы используют в портретной и пейзажной съемках.

По мере увеличения фокусного расстояния объектива остаточная хроматическая аберрация серьезно ухудшает его оптические характеристики, вызывая появление полос, снижение цветонасыщенности и понижение резкости в случае использования обычных оптических стекол. Поэтому используют флюоритные и низкодисперсные стекла.

Рис. 13

Дисторсия (см. рис. 14). Сущность её заключается в нарушении передачи геометрических форм объекта оптической системой. Искажения формы объекта зависят от того, где расположена диафрагма. Дисторсию исправляют в объективах так: симметрично располагают диафрагму относительно компонент. Объективы с исправленной дисторсией называют ортоскопическими. Особенно тщательно исправляют дисторсию в объективах, предназначенных для репродукционных съемок.

Астигматизм (см. рис. 15). Сущность этой аберрации заключается в том, что линза собирает наклонные пучки света не в одной плоскости, а а в двух, где отдельно фокусируются вертикальные и горизонтальные линии предмета. Данный факт объясняется тем, что для вертикальных и горизонтальных пучков света линза имеет как бы разную кривизну поверхностей. Это самая трудноустранимая аберрация. Исправляется путем подбора линз различных радиусов кривизны и сортов стекла. Объективы с исправленным астигматизмом называют анастигматами. Все объективы, выпускаемые в настоящее время – анастигматы.

Рис. 15

Кривизна поля изображения (см. рис. 16). Является следствием астигматизма в линзе. Сущность этого явления заключается в том, что изображение строится резким не в плоскости, а на сфере. Осевые и наклонные пучки фокусируются линзой в различных плоскостях. Если резкость наведена для центральных лучей, то изображение на краевых участках будет нерезким и наоборот. Кривизну поля изображения устраняют совместно с астигматизмом.

Рис. 16

Полностью исправить все аберрации в оптической системе не удается. В каждом объективе есть остаточные аберрации. Их величина определяет качество изображения.