Чому у лінз простих лінз кілька елементів лінз?
Відповіді:
Одиничні лінзи реальної товщини заломлюють різні довжини хвилі світла під трохи різними кутами. Для будь-якого іншого місця, крім точного оптичного центру лінзи, це спричиняє призматичний ефект, який стає більш помітним, коли рухається далі від оптичного центру лінзи. Це те, що ми називаємо хроматичною аберацією. Це не єдина оптична аберація, з якою ми стикаємося при використанні одного елемента лінзи, але це, мабуть, найбільш помітний.
Найбільш ранні шпигуни (телескопи) сильно постраждали від СА та інших оптичних відхилень. Область оптики розроблена для боротьби з цими недосконалостями, оскільки вони застосовувались до телескопів задовго до початку фотозйомки в середині 19 століття як засоби збереження сцени, проектованої лінзою з використанням світлочутливих хімікатів.
У 1600-х рр. Снеллій (походження "закону Снелла" ) і Декарт (творець або декартова геометрія ) кодифікували найдавніші закони заломлення та відображення. До 1690 р. Крістіан Гюйгенс написав свою «Траєту де Люмьєр» або «Трактат про світло», що спирався на роботу Декарта і представив хвильову теорію світла, вперше представлену Паризькій академії наук у 1678 р. На основі математики. Ісаак Ньютон опублікував «Гіпотезу про світло» у 1675 р. Та «Оптики»в 1705 р., в якій він представив конкуруючу теорію світла як корпускули, або частинки. Протягом наступних сотень років теорія світла Ньютона була прийнята, а хвильова теорія Гюйгенса була відкинута. Лише Августин-Жан Френель прийняв принцип Гюйгенса в 1821 році і показав, що він може пояснити прямолінійні ефекти поширення та дифракції світла, що теорія хвиль Гейгенса була загальновизнаною. Цей принцип тепер відомий як принцип Гюйгенса-Френеля.
Ньютон також продемонстрував, що призма розкладає біле світло на спектр своїх компонентних кольорів, і що лінза та друга призма можуть бути використані для повторного перетворення багатобарвного спектра на біле світло, яке мало ті ж властивості, що і світло до того, як воно вдарило про першу призму . Незважаючи на те, що відомості про корпускулярну теорію Ньютона виявились здебільшого невірно, його прориви щодо кольору та заломлення разом із аналогічною роботою Гюйгенса - це те, що призвело до розробки складних лінз для корекції хроматичної аберації.
Гюйгенс побудував власні складені телескопи, без користі ще не розроблених ахроматичних лінз, для яких потрібні великі відстані між передніми та задніми елементами. Ньютон не займався подальшим розвитком заломлення лінзи самостійно. Він вважав за краще вирішити проблему взагалі, використовуючи зігнуті дзеркала першої поверхні, щоб уникнути відхилень, викликаних заломленням. Насправді він чудово заявив, що хроматичну аберацію неможливо виправити, оскільки він не вважає, що можна використовувати два типи скла з різними заломлюючими властивостями.
Крістіан Гюйгенс, безламковий телефраг, що заломлює трубу, і другий відбиваючий телескоп Ньютона.
Перша ахроматична лінза була створена в 1733 році. Вона використовувала два елементи з різними показниками заломлення для часткової корекції кольорових відхилень і дозволила зробити заломлюючі телескопи коротшими та більш функціональними.
Незабаром послідував триелементний апохромат , що було ще кращим поліпшенням у порівнянні з двома елементами ахромат, ніж ахромат над простою лінзою.
Багато з того, що виробники лінз навчились виправляти хроматичну аберацію, також застосували інші монохроматичні оптичні відхилення, притаманні простій лінзі.
Після того як хімічна фотографія виникла в 19 столітті як спосіб збереження зображення, спроектованого лінзою, ті, хто виготовляв лінзи для фотографічного використання, взяли те, що було вивчено раніше в галузі оптики, що в основному застосовувалося до телескопів тощо. і побігла з нею. Хороший огляд розвитку дизайну фотооб'єктивів, який базується на оптичних принципах, виявлених у 17 та 18 століттях, обговорених вище, можна знайти у статті "Історія дизайну фотооб'єктивів " у Вікіпедії. (Занадто довгий час, щоб включити сюди резюме.)
Всього існує сім "класичних" оптичних відхилень, які складні лінзи намагаються виправити в різній мірі. Зауважимо, що ці аберації не є наслідком недосконалості в конструкції лінз, а зумовлені природою самого світла, коли він проходить через заломлюючі матеріали. Ці аберації були б присутніми, навіть якби ці заломлюючі матеріали були математично досконалими.
- Defocus (найнижчий порядок, який легко виправити, змінюючи відстань між лінзою та площиною зображення)
- Сферична аберація
- Кома
- Астигматизм
- Викривлення поля
- Геометричні викривлення
- Хроматична аберація
Ви можете це зробити. Однак, ваші образи будуть не дуже хорошими.
З оптики - ще в часи Галілея Галілея рефракторних телескопів і монокулярів - було зрозуміло, що один скляний елемент не створює дуже гарного зображення. Вона має тенденцію не бути різкою; вона, як правило, має кольорову облямівку (оскільки кольори не фокусуються в одній точці); і має тенденцію до викривлення.
Зроблено правильно, додавання додаткових елементів може найбільш нейтралізувати майже всі ці погані поведінки. Зображення загострюються; викривлення відходить; кольори фокусуються разом. Однак додавання більшої кількості елементів має свої проблеми. Кожна поверхня повітря до скла відбиває трохи світла. Сучасні лінзи мають багатошарові шари, щоб мінімізувати це, але якщо у вас достатньо елементів, втрата світла починає бути помітною і може негативно впливати на ваше зображення, викликаючи спалах.
Отже, як правило, у звичайних лінз (об'єктивів 50-мм мм для повнокадрових камер), як правило, розміщено від чотирьох до восьми елементів (шматок скла). П'ять-шість працює в більшості випадків справді добре, але цифрові камери більш чутливі до кольорової облямівки, ніж плівка, тому звичайні лінзи високого класу можуть мати більше елементів, ніж це для максимальної корекції. Сучасне багатоосвітлення робить це не стільки проблемою, як це було навіть двадцять-тридцять років тому.
Зум-лінзи обробляють діапазон фокусної відстані, тому потрібна ще більша корекція, тож у таких об'єктивах ви будете бачити десять, п’ятнадцять, навіть двадцять і більше елементів.
Дозвольте дати коротку (і не повну) відповідь про причини багатьох елементів. У кожному елементі є своєрідна аберація бочки / пінцета та додаткові елементи в деякій мірі "борються" з цим.
Також (наскільки я знаю) краще розмістити механіку діафрагми між елементами (необхідність досягти рівномірного освітлення по всій площині датчика / плівки).
Механіку автофокусування потрібно бути досить потужним (f / 2 означатиме діаметр елемента 25 мм) через необхідність переміщення відносно важкого скляного елемента.
І якщо у вас є стабілізація зображення, це одна група (з одного або декількох елементів). Якщо у вас є лише один елемент, конструкція стане досить складною і ви не можете досягти цього рівня стабілізації. Крім того, ви будете дуже обмежені у розумінні відкритих отворів, оскільки вам потрібно буде перемістити один величезний елемент.
Деякі прості камери можна отримати за допомогою одноелементного об'єктива, проте реалізоване зображення є другорядним. Сьогодні навіть недорогі фотоапарати відносності оснащені цілими семи індивідуальними елементами об'єктива. Якщо об’єктив камери має одноелементний тип, зображення буде затьмарене кількома дефектами, які підпадають під заголовок "аберація".
Одне таке відхилення виявляє розмальовування кольорів, завдяки чому різнобарвний ефект веселки спостерігається навколо зображень предметів. Те, що відбувається, це; кожен із різних кольорів, які містять віст, підводиться до фокусу на дещо інші відстані від об'єктива. Зображення фіолетового світла, будучи найбільш відрегульованим, спочатку приділяється фокусу, червоні зображення - як оренда, що виправляється, приходять у фокус далі за течією. Образи, що складаються з інших кольорів, потрапляють десь між ними. Це явище називається хроматичною аберацією.
Тепер чим далі від об'єктива формується зображення, тим воно буде більшим. Іншими словами, лінза, яка страждає від хроматичної аберації, проектує кілька зображень, кожне з яких буде відрізнятися за розміром. Результат - кольоровий відтінок, який найбільше пов'язаний з хроматичною аберацією. Насправді є два типи, поздовжні та поперечні. Ми можемо зменшити шкідливі властивості хроматичної аберації за допомогою дуплету (лінза з 2 елементами). Один виготовляється з використанням коронного скла, а другий - фліп. Один має сильну позитивну силу, інший слабку негативну силу. Коли бутерброди разом, комбінація змінює хроматичну аберацію. Цей 2-елементний дизайн виправляє лише два кольори, ми можемо додати третю лінзу, зробивши сендвіч ахроматичною трійкою (ахроматична грецька мова без помилок кольору).
Окрім чуми хроматичної аберації, є ще 6 основних аберацій (про яких згадують інші на цій посаді), які можна пом'якшити. Технічно кожен вимагає спеціалізованих лінз щодо форми та матеріалу. Все це та багато іншого змушує дизайнера лінз сконструювати лінзи з декількох елементів. Деякі елементи цементуються разом; деякі - повітряні простори, деякі рухаються як група під час збільшення та фокусування.
Підсумок: Вірний об'єктив ще не зроблений. Шапки з оптиків, які створюють ці дива для нашого використання та насолоди!