Fotografia od A do Z Aberracja optyczna

24 września 2010, 10:00

Przedstawiamy słownik terminów fotograficznych: Fotografia od A do Z. Słownik przeprowadzi Czytelników przez najważniejsze pojęcia, pozwoli poznać i uzupełnić wiedzę z zakresu fotografii oraz jej praktyczne wykorzystania.

Dziś hasło: Aberracja optyczna. Zapraszamy do lektury.

 

 

Reklama
E-akademia fotografii - autorami e-kursu są zawodowi fotografowie, doświadczeni trenerzy i autorzy wielu cenionych opracowań i fotograficznych poradników

Aberracja optyczna od [łac. Ab - od, errare - błądzić] - zabłąkanie, zbłądzenie, odchylenie od normalnego stanu czy sposobu działania. W optyce zniekształcenie obrazu przez zwierciadło, soczewkę lub układ soczewek (obiektyw) wynikające z różnej wartości współczynnika załamania dla poszczególnych promieni światła i różnego kąta padania światła na soczewkę.

Ponieważ promienie świetlne o różnej długości fali, a więc o różnej barwie, przechodząc przez soczewkę załamują się pod różnym kątem, a dodatkowo na sposób ich załamania ma wpływ kąt, pod którym padają na soczewkę (jest on różny ze względu na sferyczny kształt samej soczewki), nie ogniskują w jednym miejscu i odwzorowaniem punktu staje się kolista plamka. Ze względu na mechanizm powstawania i efekt działania wyróżnia się trzy rodzaje aberracji: aberrację chromatyczną, aberrację sferyczną i aberrację komatyczną czyli komę.

Aberracja optyczna stanowi poważny problem w projektowaniu obiektywów. Jej skutkiem jest nieostrość obrazu i występowanie barwnych linii na krawędziach odwzorowywanych przedmiotów. Sposobem przeciwdziałania jest budowa układów optycznych ze szkieł o różnej dyspersji (zależność współczynnika załamania światła od długości fali świetlnej), tak aby wzajemnie kompensowały swoją aberrację oraz dobieranie odpowiedniego kształtu soczewek, w tym soczewek asferycznych. Firma Canon stosuje również siatki dyfrakcyjne - wyposażone w nie obiektywy oznaczone są literami DO. Zazwyczaj układ optyczny pozbawiony aberracji chromatycznej nie wykazuje dużej aberracji sferycznej. Jest to wykorzystywane przy badaniu obiektywów - charakterystyczne przebarwienia na krawędziach odwzorowywanych przedmiotów są całkowicie jednoznaczne w przeciwieństwie do nieostrości, mogącej mieć źródło w różnych czynnikach. W testach bada się więc aberrację chromatyczną i osobno nieostrość obiektywu, w centrum i na krawędziach obrazu, nie wnikając w poszczególne jej przyczyny. 

Zdjęcie wykonane obiektywem złej jakości. Obraz jest lekko rozmyty i przez to nieprzyjemny do oglądania. Barwy mimo komputerowego ich podbicia nie są czyste. Właściwie cały obraz składa się nie z punktów a drobnych plam. Duży wpływ na to mają występujące w obiektywie aberracje. Co do nieostrości trudno jednak powiedzieć, czy ma ona całkowite źródło w aberracji, czy też wynika z niewłaściwego nastawienia odległości albo minimalnego poruszenia aparatu, mimo że był on na statywie.

Sferyczny kształt soczewek powoduje, że największe różnice w załamywaniu światła występują pomiędzy centrum i obszarem skrajnym samej soczewki. Dzięki temu fotograf oprócz stosowania obiektywów wysokiej jakości, może jeszcze walczyć z aberracją przez stosowanie małych otworów przysłony, tak by wiązka światła tworzącego obraz na matówce przechodziła tylko przez centralną część szkła. Praktycznie jednak przy bardzo małych otworach znaczna część fali świetlnej ulega dyfrakcji - zaburzeniu w pobliżu krawędzi otworu. W przeciwieństwie do aberracji wady tej nie korygują układy optyczne. W rezultacie obiektywy dają najlepszy obraz (dobrze rysują) przy średnich wartościach przysłony, a najkorzystniejsza wartość nosi nazwę "przysłony krytycznej" .Tradycyjnie za taką była uważana wartość pomiędzy f 11 i f 16 dla średniego i f 8 dla małego obrazka, a niektóre obiektywy miały tę cyfrę wybitą innym kolorem lub oznaczoną czerwoną kropką. W fotografii cyfrowej rzecz się skomplikowała za sprawą niewielkich rozmiarów matryc i bardzo krótkich ogniskowych obiektywów. Ze względu na dyfrakcję i sam falowy charakter światła istnieje granica, poniżej której obiektyw nie może odtworzyć szczegółów obrazu i granica ta rośnie wraz ze zwiększaniem wartości przysłony. Matryce muszą jednak zmieścić na swojej niewielkiej powierzchni co najmniej tyle samo szczegółów co tradycyjna klatka filmowa. Liczba przysłony f 8, zwłaszcza w kompaktach, już nie jest wartością najlepszą lecz taką, poniżej której zejść absolutnie nie można.

 

	f/1,4
	f/2,8
	f/8,0
	f/16
Zestawienie znajdujące się powyżej zawiera próbki wykonane tym samym aparatem i obiektywem przy czterech ustawieniach przysłony. Widać na nich wyraźnie jak zmienia się jakość obrazu pod wpływem tego, jaki jest stopień jej domknięcia. Pierwsza seria próbek powstała z użyciem przysłony f/1,4 i charakteryzuje się dużym rozmyciem, a detale są mgliście zarysowane i mało czytelne. Najlepsze odwzorowanie szczegółów zawierają próbki wykonane z przysłoną f/8,0. Ostatnia linia przykładów pokazuje skutek dyfrakcji - obraz jest nieznacznie rozmyty w stosunku do tego, co możemy obserwować na poprzednich zdjęciach.

Ponieważ używanie dużych otworów obiektywów staje się koniecznością, producenci muszą wytwarzać układy pozbawione aberracji. Postęp techniczny w tej dziedzinie, zwłaszcza technologie wytwarzania tanich soczewek asferycznych, spowodował, że współczesne obiektywy zazwyczaj jej nie wykazują.

Skala przysłony w aparacie średnioformatowym (6x9 cm). Widoczna na zdjęciu czerwona kropka pomiędzy liczbami 11 i 16 oznacza przysłonę krytyczną.

Zestawienie fragmentów dwóch zdjęć wykonanych w podobnych warunkach i tym samym aparatem ale przez dwa obiektywy różniące się jakością. Na zdjęciu po lewej, wokół gałęzi drzewa występują fioletowo-czerwone przebarwienia jednoznacznie wskazujące na aberrację chromatyczną. Lepszy obiektyw (zdjęcie po prawej) dał znacznie czystszy obraz.

 

Autor: Janusz Łukomski-Prajzner

---