Аберрации объектива. Диафрагмирование и резкость

Аберрации объектива

Простая линза, на примере которой мы начали описание характеристик оптических систем, тоже может применяться в качестве объектива. Однако изображение, которое она создает на пленке, имеет целый ряд недостатков – резкость падает к краям кадра, да и в центре она не будет хорошей; легко заметны нарушения геометрического подобия изображения оригиналу и цветные окантовки объектов. Эти недостатки оптических систем, носящие общее название «аберраций», присущи не только простой линзе. Даже в самых современных и сложных по конструкции объективах часть аберраций не исправлены полностью, что приводит к ухудшению качества изображения.

Всего известно семь видов аберраций – сферическая аберрация, кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсия, хроматическая аберрация и хроматическая разность изображений. Перечисленные аберрации по-разному влияют на изображение. К примеру, хроматическая аберрация и хроматическая разность изображений отвечают за появление у мелких деталей и контуров изображения цветных окантовок и ореолов. Сферическая аберрация приводит к ухудшению резкости по всему полю изображения, а кома – к дополнительному падению резкости к краям кадра. Фотографии также теряют четкость и становятся размытыми из-за влияния астигматизма и кривизны поля (вследствие того, что изображение строится не в плоскости пленки, а в некотором объеме). Из-за дисторсии прямые линии объекта съемки изображаются на снимке изогнутыми. Анализ и коррекция аберраций в многолинзовых объективах – сложная и нетривиальная задача, которая не решена полностью даже сейчас, когда у оптиков появились возможности компьютерного рассчета объективов, создания марок стекла с заданными характеристиками и линз с асферическими поверхностями. Ни один из реальных объективов не свободен от аберраций в полной мере. Поэтому создание объектива с высокими характеристиками – это не столько удача инженеров-оптиков, сколько венец целой серии рассчетов, экспериментов и испытаний. Объективы же с неважными характеристиками – чаще всего следствие минимума затрат на исследования и испытания, а иногда – и банальное невезение. Впрочем, нередко объективы с качеством изображения «ниже среднего» часто появляются и вследствие компромисса при выборе между оптическим качеством объектива и остальными его характеристиками – ценой, размерами, светосилой…

Диафрагмирование и резкость

Влияние большинства аберраций на резкость изображения можно снизить при диафрагмировании объектива (уменьшении его относительного отверстия). Кривизна поля изображения не устраняется диафрагмированием, но ее влияние (за счет возрастающей при этом глубины резкости) значительно уменьшается. Зато дисторсия и хроматическая разность изображений становятся более заметными на изображении, поскольку как резкость объектива, так и глубина резкости при диафрагмировании возрастают. Однако слишком сильно закрывать диафрагму без особых на то причин также не стоит. Ведь диафрагмирование приводит как к уменьшению уровня аберраций, так и к возрастанию влияния на резкость объектива дифракционных явлений. Дифракция – нарушение прямолинейного закона распостранения лучей света при прохождении вблизи непрозрачных препятствий. Это явление, в шутку называемое физиками «загибанием света за угол», приводит к тому, что та часть лучей света, которая проходит вблизи диафрагмы, несколько меняет свое направление, в итоге приводя к размытию изображения. При достаточно открытых значениях диафрагмы влияние дифракции практически незаметно. Однако, поскольку при диафрагмировании длина окружности диафрагмы уменьшается гораздо медленнее, чем ее площадь, доля «пострадавших» от дифракции лучей увеличивается. Поэтому резкость большинства объективов не будет хороша ни в одном из крайних значений диафрагмы – ни при полностью открытой, ни при полностью закрытой. У большинства объективов резкостные характеристики заметно улучшаются при диафрагмировании на 1. 5-2 ступени от полностью открытой диафрагмы, достигают максимума при диафрагме 8-11, а при дальнейшем уменьшении относительного отверстия – плавно падают.

Эти цифры, конечно же, весьма примерные, и касаются в основном объективов для 35мм аппаратуры.