Оптические аберрации

По ряду причин оптическое изображение не может быть идеально резким даже при очень точной фокусировке и достаточной глубине резко изображаемого пространсва. Помимо возможных погрешностей, неизбежных при изготовлении объектива, на качество изображения влияют аберрации, присущие линзам, из которых состоит объектив. Наиболее существенными аберрациями линз являются: сферическая, кома, астигматизм, кривизна ПОЛЯ изображения, дисторсия и хроматическая.

Сферическая аберрация — это несовпадение фокуса краевых лучей с фокусом лучей, прошедших линзу в ее центральной части, приводящее к нерезкости изображении.

Когда на собирательную линзу падает параллельный пучок

монохроматических лучей, то после преломления лучи пересекут ось линзы не в общей точке, а и многочисленных точках, расположенных на оси на разном удалении от линзы. Дальше всех пересекутся лучи, входящие в линзу вблизи оптической оси, а ближе всех к линзе пересекутся лучи краевые, входящие в линзу у самого ее края.

Кома — представляет собой частный случай сферической аберрации, когда пучок световых лучей падает на линзу наклонно. При этом вместо точки образуется фигура, напоминающая запятую.

Астигматизм — возникает вследствие того, что при наклонном падении световых лучей на линзу они не собираются в одной точке, а раздваиваются, образуя два фокуса во взаимно перпендикулярных сечениях. По этой причине либо вертикальные линии получаются резкими, а горизонтальные размытыми, либо наоборот. От астигматизма свободны только пучки лучей, исходящие из точек, лежащих на главной оптической оси объектива, а чем дальше расположены точки предмета от оси, чем больше наклон пучка луча, тем сильнее выражен астигматизм.

Кривизна поля изображения — недостаток, заключащийся в том, что изображение плоского предмета, ориентированного перпендикулярно оси объектива, образуется не в плоскости, а на кривой поверхности, обычно обращенной вогнутостью к объективу. Причиной кривизны поля изображения является астигматизм.

Дисторсия — искажение прямых линий на краях поля изображения — происходит из-за неодинакового масштаба изображения в центре и на краях поля. При этом изображение квадрата имеет вид бочки (бочкообразная дисторсия) или подушки (подушкообразная дисторсия). Изображение, свободное от дисторсии, называется ортоскопическим. В кадрах жанровых сцен и пейзажей дисторсия незаметна, но она легко обнаруживается при съемке объектов, состоящих из прямых линий,— вертикальных или горизонтальных, таких, как архитектурные сооружения, чертежи, картины, надписи.

Хроматическая аберрация — разложение пучка лучей белого света на составляющие его цветные лучи. Вместо общего фокуса белых лучей образуется несколько фокусов цветных лучей. Синие лучи преломляются сильнее и собираются ближе к линзе, чем желтые оранжевые и красные лучи. Если поместить матовое стекло в фокусе синих лучей, синяя точка окажется окруженной цветной каймой с красным наружным краем.

Практически все аберрации действуют одновременно, вызывая ухудшение резкости изображения. Аберрации частично устранены в объективах, состоящих, как известно, из нескольких собирающих и рассеивающих линз, которые имеют рассчитанные радиусы кривизны сферических поверхностей и изготовлены из оптических стекол с различными показателями преломления и дисперсии. Тем не менее так называемые остаточные аберрации присутствуют в большей или меньшей мере в каждом объективе.

Для оценки качества оптического и фотографического изображения используют различные методы испытания объективов: метод изучения остаточных аберраций и дифракционной картины изображения бесконечно удаленной точки, метод определения частотно-контрастной характеристики и метод определения разрешающей силы путем съемки испытательных таблиц. Лишь этот последний метод может быть практически использован кинолюбителями. Другие методы требуют сложного оборудовании и могут выполняться только в контрольно-измерительных лабораториях.

Насадки

НАСАДОЧНЫЕ ЛИНЗЫ

В тех случаях, когда оправа объектива по рассчитана

для наводки на близкое расстояние, то для того чтобы получить резкое изображение, можно применить положи тельную насадочную линзу, которая укорачивает фокусное расстояние системы и соответственно увеличивает свето-силу объектива.

Насадочные линзы изготовляют заводы, выпускающие кинообъективы для любительских киносъемочных аппаратов. Такие линзы специально рассчитаны для наименьше го нарушения коррекции объектива. В крайнем случае молено использовать простой очковый мениск из стекла крон.

Известно, что оптическая сила линзы измеряется В диоптриях. Одна диоптрия соответствует фокусному рш стоянию 1 м, две диоптрии — фокусному расстоянию 0,5 м, три диоптрии — фокусному расстоянию 0,33 м и Т. Д. Диоптрия — это обратная величина фокусного расстояния, т. е.

Фокусное расстояние системы объектив + насадочная линза f_с определяется по формуле:

где f_0б — фокусное расстояние объектива, мм; D — оптическая сила линзы (диоптрии).

Подбирая насадочную линзу, чтобы получить заданное фокусное расстояние системы объектив + насадочная линза, молено пользоваться формулой:

Так как насадочная линза изменяет относительное отверстие объектива, то для определения правильной экспозиции необходимо рассчитать относительное отверстие системы объектив + насадочная линза. Это производится с помощью формулы:

На практике весьма удобно пользоваться насадочной линзой, подобранной с таким расчетом, чтобы она направляла в объектив пучок параллельных лучей. При этом объектив устанавливают в положение наводки на бесконечность. Объект съемки должен находиться на удалении, равном фокусному расстоянию насадочной линзы. В данном случае насадочная линза выполняет роль коллиматора — оптического устройства, формирующего пучок параллельных лучей.

Насадочными линзами пользуются также для увеличения глубины резко изображаемого пространства, когда объект переднего плана находится на близком расстоянии от киноаппарата, а объекты заднего плана удалены настолько, что невозможно получить резкое изображение всей глубинной сцены. Если композицию кадра можно построить так, чтобы объект переднего плана занимал часть кадра, то перед объективом устанавливают зональную линзу со срезанным краем и получают резкое изображение переднего и заднего планов.

Афокальные насадки

Если перед объективом киносъемочного аппарата установить систему, состоящую из двух оптических компонентов: переднего — положительного и заднего — отрицательного, масштаб изобралсения на кинопленке увеличится. Изменив положение этих двух компонентов, поставив передним отрицательный, а задним — положительный, получим изображение, уменьшенное по масштабу. Кратность увеличения (или уменьшения) изображения будет равна отношению фокусного расстояния переднего компонента к фокусному расстоянию заднего компонента. Условием получения резкого изображения является полная афокальность насадки, Это значит, что насадка должна направлять в объектив пучок параллельных лучей.

Афокальные насадки, изменяющие масштаб изображения, применяют на 8-мм киносъемочных аппаратах. Обычно одна из насадок широкоугольная, дающая увеличение 0,5, т. е. уменьшающая масштаб изображения в два раза, а другая, так называемая теленасадка с увеличением 2, укрупняет изображение в два раза по сравнению с изображением, получаемым объективом киноаппарата без насадки.

Широкоугольные насадки, как правило, не наводится на фокус, а теленасадка фокусируется посредством пере мещения переднего положительного компонента.

Специально рассчитанные сложные афокальные писалки, состоящие из 3—5 линз, почти не снижают качества изображения.

Афокальные насадки не изменяют относительного отверстия объектива и не требуют высокой ТОЧНОСТИ их установки, что является их большим преимуществом.