Хроматическая аберрация

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Хроматизм положения (1) и его уменьшение с помощью ахроматической линзы (2)
пример аберрации

Хромати́ческая аберра́ция — разновидность аберраций оптических систем, обусловленная различием показателя преломления прозрачных сред от длины волны проходящего излучения[1]. Из-за паразитной дисперсии фокусные расстояния для света разных цветов не совпадают.

Кроме этого, к хроматическим аберрациям можно отнести хроматические разности геометрических аберраций (см. ниже).

Хроматическая аберрация ведёт к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен, которые у предмета отсутствуют.

Хроматизм положения[править | править вики-текст]

Схема исправления хроматизма положения: 1 — крон, 2 — флинт, 3 — зелёный луч, 4 — точка сведе́ния синего и красного лучей

Оптическое стекло и другие оптические материалы обладают дисперсией, то есть показатель преломления отличается для лучей различного цвета.

Коэффициент преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому их фокус F_C\! расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей F_K\!. Отсюда следует, что для луча белого света единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний лучей всех цветов.

Разность F_C-F_K\! называется хроматизмом положения (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией[П 1])[2]. Диафрагма несколько её уменьшает.

При этом изображения предмета в лучах разного цвета будут находиться на разных расстояниях от задней главной точки. Если наводить на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.

Хроматические аберрации у фотографических объективов тщательно устраняются. Система линз, в которой сближены фокусы двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической (ахроматизированной[2]), а при сближении фокусов трёх лучей — апохроматической, четырёх — суперахроматической.

Хроматизм положения вызывает значительную нерезкость изображения, поэтому при чёрно-белой съёмке моноклем и перископом, у которых он не устранён, после установки на резкость нужно ввести дополнительную поправку на положение объектива относительно светочувствительного элемента p\!, определяемую по формуле:

p=\frac{d^2}{50f},

где d\! — сопряжённое фокусное расстояние; f\! — фокусное расстояние монокля или перископа.

Необходимость в поправке вызывается тем, что при визуальной наводке изображение из-за повышенной чувствительности глаза к жёлтым лучам устанавливается в их фокусе, а не в фокусе сине-фиолетовых лучей, к которым наиболее чувствителен чёрно-белый несенсибилизированный фотоматериал. Последние, будучи не в фокусе, образуют значительные кружки рассеяния, уменьшающие резкость изображения.

Хроматизм положения может быть исправлен путем комбинирования собирательной и рассеивающей линз из стёкол с различной дисперсией[3]. При прохождении через первую линзу луч отклоняется к оптической оси и диспергирует; войдя во вторую линзу, он незначительно отклоняется в обратную сторону и повторно диспергирует, но в обратном направлении. В результате хроматическая аберрация первой линзы компенсируется второй, отрицательной, линзой, и лучи различных цветов соберутся в одной точке. Такие линзы, исправляющие хроматизм положения, называются ахроматическими линзами (ахроматами).

Ахроматические линзы используются во многих современных объективах. Ахроматизировать отдельный элемент или комбинацию далеко не всегда необходимо; достаточно, чтобы все элементы в целом компенсировали дисперсию друг друга.

На этапе конструирования хроматические аберрации также могут быть уменьшены, если в конструкции оптического прибора применяются такие оптические элементы, как линзы из особых оптических стёкол (курцфлинт, лангкрон), зеркала или зонные пластинки.

Хроматизм увеличения[править | править вики-текст]

Называется также хроматической разностью увеличения.

Хроматическая аберрация, при которой изображения одного и того же предмета в лучах разного цвета имеют несколько различный размер. Не уменьшается от диафрагмирования, как и от увеличения.

Для цветного изображения в цифровой форме хроматизм увеличения может быть в какой-то степени исправлен программным путём. Для точного сведения трёх компонентов изображения (красный, зелёный и синий) необходимо для двух из них изменить масштаб, оставляя неподвижной ту точку, где проходила оптическая ось (обычно это центр кадра). Во многих преобразователях Raw-файлов такая функция имеется, но оптическая корректировка предпочтительнее, так как в сложных объективах присутствуют и другие аберрации, которые простыми преобразованиями не исправляются и индивидуальны для каждой модели объектива, в результате чего становится сложно выделить хроматизм увеличения программно. Хорошая коррекция хроматизма увеличения невозможна, когда объектив плохо работает в контровом свете. Исправление хроматизма увеличения на компьютере улучшает качество изображения, но всё же предпочтительнее снимать фотографии теми объективами, которые имеют минимальные аберрации. Так, объективы с фиксированным фокусным расстоянием обычно имеют существенно меньшие аберрации, чем трансфокаторы.

Хроматические разности геометрических аберраций[править | править вики-текст]

В общем случае, каждая геометрическая аберрация зависит от цвета. Так, например, сферическая аберрация может быть различной для синих и для красных лучей («сферохроматизм»), и/или хроматическую разность аберраций наклонных пучков[4]. Всё это также можно считать хроматическими аберрациями, поскольку это даёт побочные эффекты, в целом аналогичные хроматизму положения и увеличения.

Хроматические аберрации в фотографии[править | править вики-текст]

Хроматизм положения на диафрагме f/1.4)

Во многих современных фотокамерах хроматизм увеличения исправляется автоматически. Корректировка выполняется процессором камеры при записи JPEG файла. При съемке в RAW корректировку можно выполнить позднее при обработке RAW файла. Программная корректировка хроматизма увеличения не снижает четкость снимка.

В то же время, хроматизм положения не может быть исправлен программной обработкой. Многие сверхсветосильные объективы, включая профессиональные модели[5], обладают выраженным хроматизмом положения на открытых диафрагмах. Как правило, хроматизм положения перестает быть заметным при закрытии диафрагмы до f/2.8-f/4.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Если же хроматизм положения описывается разницей высот падения лучей разных цветов на плоскость фокусировки, то хроматизм положения называется «поперечной хроматической аберрацией»

Источники[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Е. А. Иофис Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 397. — 447 с.
  • Д. С. Волосов Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 154—159. — 543 с.
  • А. Н. Веденов Недостатки линзы и её исправление в объективе // Малоформатная фотография / И. В. Барковский. — Л.,: Лениздат, 1959. — С. 291—297. — 675 с.