Perché gli obiettivi Prime hanno più elementi obiettivo?
Risposte:
Le lenti singole con spessore reale rifrangono le diverse lunghezze d'onda della luce ad angoli leggermente diversi. Per qualsiasi luogo diverso dall'esatto centro ottico dell'obiettivo, ciò provoca un effetto prismatico che diventa più evidente man mano che ci si sposta ulteriormente dal centro ottico dell'obiettivo. Questo è ciò che chiamiamo aberrazione cromatica. Non è l'unica aberrazione ottica che incontriamo quando si usa un singolo elemento dell'obiettivo, ma è probabilmente il più evidente.
I primi cannocchiali (telescopi) soffrivano molto per la CA e le altre aberrazioni ottiche. Il campo dell'ottica si è sviluppato per far fronte a queste imperfezioni applicate ai telescopi molto prima dell'inizio della fotografia a metà del XIX secolo come mezzo per preservare una scena proiettata da un obiettivo usando sostanze chimiche sensibili alla luce.
Nel 1600, Snellio (l'origine della "Legge di Snell" ) e Cartesio (il creatore o la geometria cartesiana ) codificarono le prime leggi di rifrazione e riflessione. Nel 1690 Christiaan Huygens aveva scritto il suo "Traité de la Lumière" o "Trattato sulla luce" che si basava sul lavoro di Cartesio e presentava la teoria ondulatoria della luce, presentata per la prima volta all'Accademia delle Scienze di Parigi nel 1678, basata sulla matematica. Isaac Newton pubblicò "Ipotesi della luce" nel 1675 e "Optiks"nel 1705 in cui presentava una teoria della luce in competizione come corpuscoli o particelle. Per i successivi cento anni circa, la teoria della luce di Newton fu accettata e la teoria delle onde di Huygens fu respinta. Fu solo quando Augustin-Jean Fresnel adottò il principio di Huygens nel 1821 e mostrò che poteva spiegare la propagazione rettilinea e gli effetti di diffrazione della luce che la teoria delle onde di Huygens fu generalmente accettata. Questo principio è ora noto come il principio di Huygens-Fresnel.
Newton ha anche dimostrato che un prisma decompone la luce bianca in uno spettro dei suoi colori componenti e che una lente e un secondo prisma possono essere usati per ricomporre lo spettro multicolore in luce bianca che aveva le stesse proprietà della luce prima che colpisse il primo prisma . Sebbene i particolari della teoria corpuscolare di Newton si siano dimostrati per lo più errati, le sue scoperte riguardo al colore e alla rifrazione, insieme a lavori simili di Huygens, sono ciò che ha portato allo sviluppo di lenti composte per correggere l'aberrazione cromatica.
Huygens costruì i propri telescopi composti, senza il beneficio di lenti acromatiche ancora da sviluppare, che richiedevano lunghe distanze tra gli elementi anteriore e posteriore. Newton non ha fatto alcun ulteriore sviluppo di lenti rifrattive da solo. Preferiva aggirare completamente il problema usando specchi riflettenti sulla prima superficie curva per evitare le aberrazioni causate dalla rifrazione. In effetti, ha dichiarato che l'aberrazione cromatica non può essere corretta perché non ha considerato che si potrebbero usare due tipi di vetro con proprietà di rifrazione diverse.
Il telescopio rifrattore tubeless composto di Christiaan Huygens e il secondo telescopio riflettore di Newton.
La prima lente acromatica è stata creata nel 1733. Ha usato due elementi con diversi indici di rifrazione per correggere parzialmente le aberrazioni cromatiche e ha permesso di rendere i telescopi di rifrazione più corti e più funzionali.
L' apocromatico a tre elementi seguì presto, il che fu un miglioramento ancora migliore rispetto ai due elementi acromatici rispetto all'apocromat rispetto alla semplice lente.
Gran parte di ciò che i produttori di lenti impararono a correggere l'aberrazione cromatica si applicava anche alle altre aberrazioni ottiche monocromatiche insite in una lente semplice.
Una volta che la fotografia chimica è emersa nel 19 ° secolo come un modo per preservare un'immagine proiettata da un obiettivo, coloro che hanno realizzato obiettivi per uso fotografico hanno preso ciò che era stato appreso in precedenza nel campo dell'ottica, che era stato principalmente applicato a telescopi e simili, e corse con esso. Un buon sondaggio sugli sviluppi nella progettazione di obiettivi fotografici, tutti basati sui principi ottici scoperti nei secoli XVII e XVIII discussi sopra, può essere trovato nell'articolo "History of Photographic Lens Design" di Wikipedia. (È troppo lungo e coinvolto per includere un riepilogo qui.)
In tutto ci sono sette aberrazioni ottiche "classiche" che le lenti composte tentano di correggere a vari livelli. Si noti che queste aberrazioni non sono il risultato di imperfezioni nella costruzione delle lenti, ma sono dovute alla natura della luce stessa mentre attraversa materiali rifrattivi. Queste aberrazioni sarebbero presenti anche se quei materiali di rifrazione fossero matematicamente perfetti.
- Defocus (l'ordine più basso che può essere facilmente corretto cambiando la distanza tra l'obiettivo e il piano di imaging)
- Aberrazione sferica
- Coma
- Astigmatismo
- Curvatura del campo
- Distorsione geometrica
- Aberrazione cromatica
Puoi farlo. Le tue immagini, semplicemente, non saranno molto buone, però.
È stato appreso presto nell'ottica - ai tempi di Galileo Galilei di telescopi e telescopi rifrattori - che un singolo elemento di vetro non creava un'immagine molto buona. Tende a non essere acuto; tende ad avere frange di colore (perché i colori non si concentrano nello stesso punto); e tende ad avere distorsione.
Fatto bene, l'aggiunta di elementi aggiuntivi può neutralizzare maggiormente quasi tutti questi comportamenti scorretti. Immagini nitide; la distorsione scompare; i colori si concentrano insieme. L'aggiunta di più elementi ha i suoi problemi, però. Ogni superficie aria-vetro riflette un po 'di luce. Le lenti moderne hanno strati multicoating per minimizzare questo, ma se hai abbastanza elementi, la perdita di luce inizia a essere evidente e può influenzare negativamente l'immagine causando bagliori.
Di conseguenza, di conseguenza, gli obiettivi normali (obiettivi da 50 mm per le fotocamere full frame) tendono ad avere tra quattro e otto elementi (pezzi di vetro). Nella maggior parte dei casi, dalle cinque alle sei funzionano davvero bene, ma le fotocamere digitali sono più sensibili alle frange di colore rispetto alla pellicola, quindi gli obiettivi normali di fascia alta possono avere più elementi di questo per massimizzare la correzione. Il multicoating moderno non è un problema tanto quanto lo era anche venti o trenta anni fa.
Gli obiettivi zoom gestiscono una gamma di lunghezze focali, quindi è necessaria una correzione ancora maggiore, quindi a volte vedrai dieci, quindici, persino venti o più elementi in tali obiettivi.
Consentitemi di dare una risposta breve (e non completa) sui motivi alla base di molti elementi. In ogni elemento hai una sorta di aberrazione barile / puntaspilli e altri elementi "combattono" in qualche modo con questo.
Inoltre (per quanto ne so) è meglio mettere la meccanica dell'apertura tra gli elementi (la necessità di ottenere un'illuminazione uniforme su tutto il piano sensore / film).
Il meccanico dell'autofocus dovrà essere piuttosto potente (f / 2 significherà un diametro di 25 mm dell'elemento) a causa della necessità di spostare un elemento di vetro relativamente pesante.
E se hai la stabilizzazione dell'immagine, questo è un gruppo (di uno o più elementi). Se hai un solo elemento, la costruzione diventerà piuttosto complessa e non potrai raggiungere questo livello di stabilizzazione. Inoltre sarai molto limitato nel senso delle aperture aperte perché dovrai spostare un elemento enorme.
Alcune semplici fotocamere possono ottenere utilizzando un obiettivo a elemento singolo, tuttavia l'immagine realizzata è di seconda qualità. Al giorno d'oggi, anche le telecamere a basso costo per la relatività sono dotate di ben sette singoli obiettivi. Se l'obiettivo della fotocamera è del tipo a elemento singolo, l'immagine verrà guastata da diversi difetti che rientrano nella rubrica "aberrazione".
Una di queste aberrazioni rivela una variazione di colore in base alla quale si osserva un effetto arcobaleno multicolore che circonda gli oggetti come immagini. Quello che sta succedendo è; ciascuno dei vari colori che compongono la vista viene messo a fuoco a distanze leggermente diverse dall'obiettivo. Le immagini a luce viola, essendo le più rifrangibili, vengono prima messe a fuoco, le immagini rosse sono il leasing rifangibile, vengono messe a fuoco più a valle. Le immagini composte da altri colori cadono da qualche parte nel mezzo. Questo fenomeno si chiama aberrazione cromatica.
Ora più lontano dall'obiettivo si forma un'immagine, più grande sarà. In altre parole, una lente che soffre di aberrazione cromatica proietta più immagini, ognuna differirà per dimensioni. Il risultato è il flinging di colore più associato all'aberrazione cromatica. In realtà ci sono due tipi, longitudinali e trasversali. Possiamo ridurre le proprietà dannose dell'aberrazione cromatica mediante l'uso di un doppietto (lente a 2 elementi). Uno è realizzato con vetro a corona e l'altro a fessura. Uno ha un forte potere positivo, l'altro debole potere negativo. Quando inserita insieme, la combinazione dimezza l'aberrazione cromatica. Questo design a 2 elementi corregge solo due colori, possiamo aggiungere una terza lente che rende il sandwich una tripletta acromatica (greco acromatico senza errori di colore).
Oltre alla piaga dell'aberrazione cromatica, ci sono altre 6 grandi aberrazioni (citate da altri in questo post) che possono essere mitigate. Tecnicamente, ognuno richiede una lente specializzata per forma e materiale. Tutto questo e altro, costringe il progettista di lenti a costruire una lente a più elementi. Alcuni elementi sono cementati insieme; alcuni sono spazi aerei, altri si muovono in gruppo mentre ingrandisci e metti a fuoco.
In conclusione: l'obiettivo fedele non è ancora stato realizzato. Tanto di cappello agli ottici che creano queste meraviglie per il nostro uso e divertimento!