Tại sao ống kính một tiêu cự có nhiều thành phần thấu kính?
Câu trả lời:
Các thấu kính đơn có độ dày thực khúc xạ các bước sóng ánh sáng khác nhau ở các góc hơi khác nhau. Đối với bất kỳ nơi nào khác ngoài trung tâm quang học chính xác của ống kính, điều này gây ra hiệu ứng hình lăng trụ dễ nhận thấy hơn khi người ta di chuyển xa hơn từ trung tâm quang học của ống kính. Đây là những gì chúng ta gọi là quang sai màu. Nó không phải là quang sai duy nhất mà chúng ta gặp phải khi sử dụng một thấu kính đơn lẻ, nhưng nó có lẽ là yếu tố đáng chú ý nhất.
Các gián điệp sớm nhất (kính thiên văn) đã phải chịu đựng rất nhiều từ CA và các quang sai khác. Lĩnh vực quang học được phát triển để đối phó với những điểm không hoàn hảo này khi chúng được áp dụng cho kính viễn vọng trước khi bắt đầu chụp ảnh vào giữa thế kỷ 19 như một phương tiện để bảo vệ một cảnh được chiếu bởi ống kính sử dụng hóa chất nhạy cảm với ánh sáng.
Vào những năm 1600, Snellius (nguồn gốc của 'Định luật Snell' ) và Descartes (người sáng tạo hoặc hình học Cartesian ) đã mã hóa các định luật khúc xạ và phản xạ sớm nhất. Đến năm 1690, Christiaan Huygens đã viết 'Traité de la Lumière' hoặc 'Treatise on Light' được xây dựng dựa trên công trình của Descartes và trình bày lý thuyết sóng ánh sáng, lần đầu tiên được trình bày cho Viện hàn lâm Khoa học Paris vào năm 1678, dựa trên toán học. Isaac Newton đã xuất bản 'Giả thuyết về ánh sáng' năm 1675 và 'Optiks'vào năm 1705, trong đó ông đã trình bày một lý thuyết cạnh tranh về ánh sáng như các tiểu thể hoặc các hạt. Trong một trăm năm tiếp theo, lý thuyết ánh sáng của Newton đã được chấp nhận và lý thuyết sóng của Huygens đã bị bác bỏ. Mãi đến khi Augustin-Jean Fresnel áp dụng nguyên lý của Huygens vào năm 1821 và cho thấy nó có thể giải thích sự lan truyền trực tràng và hiệu ứng nhiễu xạ của ánh sáng mà lý thuyết sóng của Huygens thường được chấp nhận. Nguyên tắc này hiện được gọi là nguyên tắc Huygens bồi Fresnel.
Newton cũng chứng minh rằng một lăng kính phân hủy ánh sáng trắng thành phổ của các màu thành phần của nó, và một thấu kính và lăng kính thứ hai có thể được sử dụng để tái hợp phổ nhiều màu trở lại thành ánh sáng trắng có cùng tính chất với ánh sáng trước khi chiếu vào lăng kính thứ nhất . Mặc dù các chi tiết của lý thuyết cơ bắp của Newton đã được chứng minh là không chính xác, nhưng những đột phá của ông liên quan đến màu sắc và khúc xạ, cùng với công việc tương tự của Huygens, là nguyên nhân dẫn đến sự phát triển của thấu kính ghép để điều chỉnh quang sai màu.
Huygens đã chế tạo kính thiên văn ghép của riêng mình, mà không có lợi ích nào được phát triển cho các thấu kính sắc nét, đòi hỏi khoảng cách dài giữa các yếu tố phía trước và phía sau. Newton đã không làm bất kỳ phát triển thấu kính khúc xạ hơn nữa. Ông thích làm việc xung quanh vấn đề hoàn toàn bằng cách sử dụng gương phản chiếu bề mặt đầu tiên cong để tránh quang sai do khúc xạ. Trên thực tế, ông đã tuyên bố nổi tiếng rằng quang sai màu không thể sửa được vì ông không xem xét người ta có thể sử dụng hai loại thủy tinh có tính chất khúc xạ khác nhau.
Kính thiên văn khúc xạ không ống của Christiaan Huygens và kính viễn vọng phản xạ thứ hai của Newton.
Thấu kính tiêu sắc đầu tiên được tạo ra vào năm 1733. Nó đã sử dụng hai yếu tố với các chỉ số khúc xạ khác nhau để điều chỉnh một phần cho quang sai màu và cho phép các kính thiên văn khúc xạ được làm ngắn hơn và nhiều chức năng hơn.
Apochromat ba yếu tố ngay sau đó, đó là một cải tiến thậm chí còn tốt hơn so với hai yếu tố achromat so với achromat đã qua ống kính đơn giản.
Phần lớn những gì các nhà chế tạo ống kính đã học cách hiệu chỉnh quang sai màu cũng có ứng dụng cho quang sai khác, đơn sắc, quang học vốn có trong một ống kính đơn giản.
Khi nhiếp ảnh hóa học xuất hiện vào thế kỷ 19 như một cách để lưu giữ hình ảnh được chiếu bởi ống kính, những người chế tạo ống kính để sử dụng nhiếp ảnh đã lấy những gì đã học trước đó trong lĩnh vực quang học, chủ yếu được áp dụng cho kính viễn vọng và tương tự, và chạy với nó. Một khảo sát tốt về những phát triển trong thiết kế ống kính nhiếp ảnh, tất cả dựa trên các nguyên tắc quang học được phát hiện trong thế kỷ 17 và 18 đã thảo luận ở trên, có thể được tìm thấy trong bài viết 'Lịch sử thiết kế ống kính nhiếp ảnh' trên Wikipedia. (Quá dài và liên quan để bao gồm một bản tóm tắt ở đây.)
Trong tất cả có bảy quang sai "cổ điển" mà các thấu kính ghép cố gắng điều chỉnh ở các mức độ khác nhau. Lưu ý rằng những quang sai này không phải là kết quả của sự không hoàn hảo trong quá trình chế tạo thấu kính, mà là do bản chất của ánh sáng khi nó đi qua các vật liệu khúc xạ. Những quang sai này sẽ xuất hiện ngay cả khi những vật liệu khúc xạ đó hoàn hảo về mặt toán học.
- Làm mờ (thứ tự thấp nhất có thể dễ dàng sửa bằng cách thay đổi khoảng cách giữa ống kính và mặt phẳng hình ảnh)
- Cầu sai
- Hôn mê
- Loạn thị
- Độ cong trường
- Biến dạng hình học
- Quang sai màu
Bạn có thể làm được việc này. Hình ảnh của bạn, khá đơn giản, mặc dù sẽ rất tốt.
Nó đã được học sớm về quang học - quay trở lại thời Galileo Galilei của kính thiên văn khúc xạ và ống nhòm - rằng một yếu tố thủy tinh duy nhất không tạo ra một hình ảnh rất tốt. Nó có xu hướng không sắc nét; nó có xu hướng có viền màu (vì các màu không tập trung tại cùng một điểm); và nó có xu hướng bị biến dạng.
Thực hiện đúng, thêm các yếu tố bổ sung có thể vô hiệu hóa hầu hết các hành vi xấu này. Hình ảnh sắc nét; méo mó đi; màu sắc tập trung với nhau. Thêm nhiều yếu tố có vấn đề riêng của nó, mặc dù. Mỗi bề mặt không khí phản chiếu một chút ánh sáng. Các ống kính hiện đại có các lớp đa pha để giảm thiểu điều này, nhưng nếu bạn có đủ các yếu tố, sự mất ánh sáng bắt đầu đáng chú ý và có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hình ảnh của bạn bằng cách gây ra hiện tượng lóa.
Do đó, do đó, các ống kính bình thường (ống kính 50 mm cho máy ảnh full-frame cụ thể) có xu hướng có từ bốn đến tám yếu tố (mảnh kính). Năm đến sáu hoạt động thực sự tốt trong hầu hết các trường hợp, nhưng máy ảnh kỹ thuật số nhạy cảm với viền màu hơn phim, vì vậy ống kính bình thường cao cấp có thể có nhiều yếu tố hơn mức này để tối đa hóa hiệu chỉnh. Đa phương tiện hiện đại làm cho điều này không còn là vấn đề như nó thậm chí là hai mươi hay ba mươi năm trước.
Các ống kính zoom xử lý một loạt các độ dài tiêu cự, do đó cần điều chỉnh nhiều hơn, do đó, bạn sẽ thấy mười, mười lăm, thậm chí hai mươi hoặc nhiều yếu tố trong các ống kính như vậy tại các thời điểm.
Hãy để tôi đưa ra một câu trả lời ngắn gọn (và không đầy đủ) về lý do đằng sau nhiều yếu tố. Trong mọi yếu tố, bạn có loại quang sai thùng / pinc Muff và các yếu tố bổ sung "chiến đấu" ở một mức độ nào đó với điều này.
Ngoài ra (theo như tôi biết) là tốt hơn để đặt cơ học khẩu độ giữa các yếu tố (nhu cầu đạt được thậm chí chiếu sáng trên toàn bộ mặt phẳng cảm biến / phim).
Cơ chế lấy nét tự động sẽ cần phải khá mạnh (f / 2 sẽ có nghĩa là đường kính của phần tử 25 mm) vì cần phải di chuyển phần tử thủy tinh tương đối nặng.
Và nếu bạn có ổn định hình ảnh thì đây là một nhóm (gồm một hoặc nhiều yếu tố). Nếu bạn chỉ có một yếu tố, việc xây dựng sẽ trở nên khá phức tạp và bạn không thể đạt đến mức ổn định này. Ngoài ra, bạn sẽ rất hạn chế về ý nghĩa của khẩu độ mở vì bạn sẽ cần phải di chuyển một yếu tố lớn.
Một số máy ảnh đơn giản có thể nhận được bằng cách sử dụng ống kính một thành phần, tuy nhiên hình ảnh nhận ra là tốc độ thứ hai. Ngày nay, ngay cả các máy ảnh giá rẻ tương đối cũng được trang bị tới bảy thành phần thấu kính riêng lẻ. Nếu ống kính máy ảnh thuộc loại yếu tố đơn lẻ, hình ảnh sẽ bị hủy hoại bởi một số khiếm khuyết thuộc tiêu đề của bộ máy quang sai.
Một quang sai như vậy cho thấy vệt màu theo đó hiệu ứng cầu vồng nhiều màu được nhìn thấy xung quanh các vật thể là hình ảnh. Điều gì đang xảy ra là; mỗi màu khác nhau bao gồm vista được đưa vào tiêu điểm ở khoảng cách hơi khác so với ống kính. Hình ảnh ánh sáng màu tím, là đáng chú ý nhất, trước tiên tập trung, hình ảnh màu đỏ là hợp đồng thuê lại, đến tập trung hơn về phía hạ lưu. Các hình ảnh bao gồm các màu khác nằm ở giữa. Hiện tượng này được gọi là quang sai màu.
Bây giờ càng xa ống kính một hình ảnh, nó sẽ càng lớn. Nói cách khác, một ống kính bị quang sai màu dự án nhiều hình ảnh, mỗi hình ảnh sẽ có kích thước khác nhau. Kết quả là màu sắc rực rỡ nhất liên quan đến quang sai màu. Trên thực tế có hai loại, dọc và ngang. Chúng ta có thể giảm các đặc tính có hại của quang sai màu bằng cách sử dụng ống đôi (thấu kính 2 thành phần). Một được làm bằng thủy tinh vương miện và các ống khác. Một người có sức mạnh tích cực mạnh mẽ, sức mạnh tiêu cực yếu khác. Khi kẹp lại với nhau, sự kết hợp giữa sắc độ quang sai. Thiết kế 2 yếu tố này chỉ sửa hai màu, chúng ta có thể thêm một ống kính thứ ba làm cho chiếc bánh sandwich trở thành một bộ ba sắc nét (tiếng Hy Lạp không có lỗi màu).
Ngoài bệnh dịch quang sai màu, còn có 6 hiện tượng quang sai lớn khác (được đề cập bởi những người khác trên bài đăng này) có thể được giảm nhẹ. Về mặt kỹ thuật, mỗi loại đòi hỏi một ống kính chuyên dụng như hình dạng và vật liệu. Tất cả điều này và hơn thế nữa, buộc người thiết kế ống kính phải xây dựng một ống kính nhiều thành phần. Một số yếu tố được gắn với nhau; một số là không gian, một số di chuyển theo nhóm khi bạn phóng to và tập trung.
Điểm mấu chốt: Ống kính trung thành vẫn chưa được thực hiện. Ngả mũ các chuyên gia quang học tạo ra những tuyệt tác này để sử dụng và thưởng thức của chúng tôi!