Ātrās diafragmas atvēruma objektīvi, kas tiek novērtēti par to spēju savākt vairāk gaismas un radīt seklu lauka dziļumu, bieži vien nāk ar kompromisu: palielinātas optiskās aberācijas. Lai saprastu, kāpēc ātras apertūras objektīviem ir vairāk šo nepilnību, ir jāiedziļinās objektīva dizaina sarežģītībā un raksturīgās problēmas, kas saistītas ar gaismas saliekšanu. Šajā rakstā tiks pētīti šīs parādības iemesli, apskatot dažādus aberāciju veidus un dizaina apsvērumus, kas ietekmē to klātbūtni.
Izpratne par optiskajām aberācijām
Optiskās aberācijas ir objektīva gaismas fokusēšanas nepilnības, kas izraisa izkropļojumus un samazina attēla kvalitāti. Šīs novirzes rodas tāpēc, ka lēcas, īpaši vienkāršas, nevar perfekti fokusēt gaismas starus no dažādām objektīva daļām uz vienu punktu. Objektīvās ir izplatītas vairāku veidu aberācijas, un to smagums var atšķirties atkarībā no objektīva dizaina un diafragmas atvēruma.
- Sfēriskā aberācija: rodas, kad gaismas stari, kas iet cauri objektīva malām, fokusējas citā punktā nekā stari, kas iet caur centru, kā rezultātā attēls ir izplūdis.
- Hromatiskā aberācija: dažādus gaismas viļņu garumus (krāsas) objektīvs lauž atšķirīgi, liekot tiem fokusēties dažādos punktos. Tā rezultātā ap liela kontrasta zonām veidojas krāsu malas.
- Koma: punktveida gaismas avoti, kas atrodas ārpus ass, parādās kā komētai līdzīgas formas, nevis asus punktus. Šī aberācija palielinās attēla malu virzienā.
- Astigmatisms: Horizontālās un vertikālās līnijas tiek fokusētas dažādos punktos, izraisot attēla izplūdumu noteiktos virzienos.
- Izkropļojumi: attēlā ir izliektas taisnas līnijas. Mucas kropļojumi liek taisnām līnijām izliekties uz āru, savukārt adatu spilvena kropļojumi liek tām izliekties uz iekšu.
Ātras diafragmas objektīvu projektēšanas izaicinājumi
Objektīvu projektēšana ar platām diafragmas atvērumiem (zems f-skaitlis) rada ievērojamas problēmas. Lielāka apertūra nozīmē, ka gaismas stari iekļūst objektīvā plašākos leņķos, apgrūtinot to precīzu fokusēšanu. Tālāk ir sniegts galveno faktoru sadalījums.
Plašāki sastopamības leņķi
Gaismas stari, kas iekļūst objektīvā plašākos leņķos, ir jutīgāki pret novirzēm. Jo tālāk stars atrodas no optiskās ass, jo vairāk tas novirzās no ideālās uzvedības. Šī palielinātā novirze saasina sfērisku aberāciju, komu un astigmatismu. Lai labotu šīs aberācijas, ir nepieciešams sarežģītāks objektīva dizains.
Paaugstināta gaismas pulcēšanās
Lai gan lielāka atvēruma atvērums ļauj vairāk gaismas iekļūt objektīvā, tas nozīmē arī to, ka tiek savākts vairāk novirzes gaismas. Tas var apgrūtināt objektīva spēju radīt asu, skaidru attēlu. Palielināta gaismas uzkrāšanās pastiprina visu esošo aberāciju ietekmi.
Objektīva elementu sarežģītība
Lai samazinātu aberācijas ātras apertūras objektīvos, ražotāji bieži izmanto sarežģītus objektīvu dizainus ar vairākiem elementiem. Šie elementi ir rūpīgi veidoti un novietoti, lai neitralizētu aberāciju sekas. Tomēr vairāku elementu pievienošana palielina objektīva izmaksas un sarežģītību.
Materiālie apsvērumi
Stikla materiālu izvēlei ir arī izšķiroša nozīme aberācijas korekcijā. Dažādiem stikla veidiem ir atšķirīgi refrakcijas rādītāji un dispersijas īpašības. Kombinējot dažādu veidu stiklus, objektīvu dizaineri var samazināt hromatisko aberāciju un cita veida aberācijas. Augstas kvalitātes lēcās bieži tiek izmantoti specializēti stikla veidi, piemēram, īpaši zemas dispersijas (ED) stikls.
Aberāciju korekcijas metodes
Objektīvu dizaineri izmanto dažādas metodes, lai samazinātu aberācijas ātras apertūras objektīvos. Šīs metodes bieži ietver kompromisus, līdzsvarojot attēla kvalitāti, izmaksas un izmēru.
- Asfēriskie elementi: šiem elementiem ir nesfēriska virsma, kas palīdz koriģēt sfērisku aberāciju un komu. Asfērisku elementu ražošana ir dārgāka nekā sfērisko elementu ražošana, taču tie var ievērojami uzlabot attēla kvalitāti.
- Īpaši zemas dispersijas (ED) stikls: ED stiklam ir zemāka dispersija nekā parastajam stiklam, kas palīdz samazināt hromatisko aberāciju. ED stikls bieži tiek izmantots augstas kvalitātes lēcās, lai uzlabotu krāsu precizitāti un asumu.
- Peldošie elementi: šie elementi fokusēšanas laikā pārvietojas neatkarīgi no citiem objektīva elementiem. Tas palīdz saglabāt attēla kvalitāti dažādos fokusa attālumos.
- Apohromatisks dizains: Apohromatiskās lēcas ir izstrādātas, lai koriģētu hromatisko aberāciju trīs gaismas viļņu garumos (sarkanā, zaļā un zilā krāsā), tādējādi nodrošinot vēl labāku krāsu precizitāti.
Iesaistītie kompromisi
Ātras diafragmas objektīvu projektēšana ir līdzsvarojoša darbība. Objektīvu dizaineriem ir jāizvērtē plašas diafragmas atvēruma priekšrocības salīdzinājumā ar iespējamu palielinātu aberāciju. Šeit ir daži no izplatītākajiem kompromisiem:
- Attēla kvalitāte salīdzinājumā ar diafragmas atvērumu: plašāka diafragmas atvērums nodrošina lielāku gaismas savākšanu un mazāku lauka dziļumu, taču tas var arī palielināt aberācijas.
- Izmaksas salīdzinājumā ar veiktspēju: Sarežģītāki objektīvu modeļi ar asfēriskiem elementiem un ED stiklu var samazināt aberācijas, bet arī palielināt objektīva izmaksas.
- Izmērs un svars salīdzinājumā ar veiktspēju: vairāku elementu pievienošana, lai labotu aberācijas, var palielināt objektīva izmēru un svaru.
Galu galā labākais objektīva dizains ir kompromiss, kas līdzsvaro šos faktorus, lai sasniegtu vēlamo attēla kvalitāti un veiktspējas īpašības. Objektīvu ražotāji bieži vien piešķir prioritāti noteiktiem attēla kvalitātes aspektiem, piemēram, asumam vai krāsu precizitātei atkarībā no objektīva paredzētā lietojuma.
Tiekšanās pēc plašākām diafragmām bieži vien nozīmē pieņemt noteiktu aberāciju līmeni vai ieguldīt sarežģītākos un dārgākos objektīvu veidos, lai tās mazinātu. Izpratne par šiem kompromisiem ir ļoti svarīga fotogrāfiem, izvēloties objektīvus savām īpašajām vajadzībām.
Bieži uzdotie jautājumi
Kāpēc ātras diafragmas objektīvi ir vairāk pakļauti aberācijām?
Ātrās apertūras lēcām ir plašākas atveres, kas ļauj gaismas stariem iekļūt stāvākos leņķos. Šie stāvākie leņķi palielina optisko aberāciju, piemēram, sfēriskās aberācijas, komas un hromatiskās aberācijas, smagumu, padarot tās labāk pamanāmas gala attēlā.
Kas ir hromatiskā aberācija?
Hromatiskā aberācija rodas, ja objektīvs nespēj fokusēt visas gaismas krāsas vienā punktā. Tā rezultātā attēla kontrastējošās malās veidojas krāsu šķautnes, samazinot asumu un skaidrību.
Kā objektīvu ražotāji koriģē aberācijas ātras diafragmas objektīvos?
Lai samazinātu aberācijas, objektīvu ražotāji izmanto dažādas metodes, tostarp asfēriskus lēcu elementus, īpaši zemas dispersijas (ED) stiklu un sarežģītu vairāku elementu dizainu. Šīs metodes palīdz kontrolēt veidu, kā gaismas stari tiek saliekti un fokusēti, tādējādi iegūstot asākus un skaidrākus attēlus.
Vai visus objektīvus ar lielu diafragmu vienādi ietekmē aberācijas?
Nē, aberāciju smagums atšķiras atkarībā no objektīva dizaina un izmantoto materiālu kvalitātes. Augstākas kvalitātes ātras apertūras objektīvos bieži ir iekļautas uzlabotas tehnoloģijas, lai samazinātu aberācijas, tādējādi nodrošinot labāku attēla kvalitāti salīdzinājumā ar lētākām alternatīvām.
Kas ir sfēriskā aberācija un kā tā ietekmē attēla kvalitāti?
Sfēriskā aberācija rodas, kad gaismas stari, kas iet cauri objektīva malām, fokusējas citā punktā nekā stari, kas iet caur centru. Tas izraisa vispārēju attēla izplūšanu, samazinot asumu un kontrastu. Sfērisko aberāciju novēršana ir ļoti svarīga, lai iegūtu skaidrus un detalizētus fotoattēlus, īpaši ar ātras diafragmas atvēruma objektīviem.
