Algunas preguntas sobre fotografía
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La luz es una onda electromagnética. En el espectro electromagnético, el rango de longitud de onda que el ojo humano puede detectar es de 400 a 760 nm (1 nm = 0,00001 mm). La banda de transmisión de luz del vidrio óptico incoloro es de 350 a 2500 nm.
El orden de las longitudes de onda de la luz visible de mayor a menor es: A/(768.20), b(706.52), C(656.28), D(589.29), d(587.57), e (546.07), F(486.13), etc. El número entre paréntesis es la longitud de onda en nanómetros. La longitud de onda más sensible del ojo humano es 555 nm, que se encuentra entre la luz D y la luz D y es una luz de color amarillo verdoso.
Generalmente, el índice de refracción nd de la línea espectral D con una longitud de onda de 589,29 nm es el índice de refracción básico. Las longitudes de onda de la línea espectral F (azul) y la línea espectral C (roja) son 486,13 nm. y 656,28 nm respectivamente, está cerca de ambos extremos del límite de sensibilidad del espectro del ojo humano, mientras que la línea espectral D está cerca de la longitud de onda media donde el ojo humano es más sensible. Países como Alemania y la antigua Unión Soviética utilizan el índice de refracción ne de la línea espectral E con una longitud de onda de 546,07 nm como índice de refracción básico porque esta línea espectral está más cerca de la longitud de onda a la que el ojo humano es más sensible.
La diferencia del índice de refracción a una determinada longitud de onda se denomina dispersión media, y NF-NC es el principal parámetro de rendimiento del vidrio óptico. Además, el coeficiente de dispersión promedio, es decir, la constante de Abbe VD = (Nd-1)/(NF-NC) y el coeficiente de dispersión parcial, se utilizan como parámetros generales del vidrio óptico. Según los valores de nD y vD, el vidrio óptico se puede dividir en dos categorías: vidrio corona y vidrio sílex (que contiene grandes cantidades de óxido de plomo). El vidrio corona es un vidrio de bajo índice de refracción y baja dispersión, mientras que el vidrio pedernal es un vidrio de alto índice de refracción y alta dispersión. El bajo índice de refracción del vidrio de corona es beneficioso para eliminar la aberración cromática, pero su bajo índice de refracción a menudo requiere aumentar la curvatura de la lente, lo que no favorece la eliminación de aberraciones monocromáticas (como la aberración esférica) y aumenta la dificultad de procesamiento. El vidrio de pedernal tiene un alto índice de refracción, lo que puede reducir relativamente la curvatura de la lente, pero su alta dispersión no favorece la eliminación de la aberración cromática. Generalmente, se necesitan dos tipos de anteojos ópticos para eliminar diversas aberraciones; el vidrio de alto índice de refracción y el vidrio de baja dispersión son un vidrio óptico ideal y se han utilizado para fabricar lentes fotográficos. En la actualidad, los principales países del mundo que producen instrumentos ópticos, como la ex Unión Soviética, pueden producir más de 300 tipos de vidrio óptico.
La calidad de imagen de una lente fotográfica está más directamente relacionada con su estructura. Las características de la estructura de la lente (índice de refracción, características de dispersión del vidrio óptico, curvatura de la lente, método de combinación de lentes, etc.) no solo determinan el campo de visión y la distancia focal, sino que también consideran principalmente la corrección de diversas aberraciones. El principio básico de la corrección de aberraciones es corregir la aberración monocromática de la luz de color con la longitud de onda más sensible al "receptor" en la banda de imagen efectiva, y corregir la aberración policromática de la luz de color en ambos bordes de la banda efectiva. Se puede ver que la corrección de la aberración depende principalmente de la naturaleza del "receptor". A diferencia de los objetivos fotográficos, el "receptor" tradicional es la película fotosensible. Las lentes fotográficas son sistemas ópticos con grandes aperturas y amplios campos de visión, que requieren la corrección de diversas aberraciones, algunas de las cuales están relacionadas tanto con la apertura como con el campo de visión. Algunas aberraciones sólo están relacionadas con la apertura o el campo de visión; las aberraciones individuales no tienen nada que ver con la apertura y el campo de visión, sino que sólo están relacionadas con la estructura del sistema óptico.
La aberración esférica es un tipo de aberración monocromática que provoca que los haces de luz concéntricos en el eje no se crucen en un punto después de pasar por el sistema óptico, haciendo que los bordes de la imagen se vean borrosos. la apertura. Por lo general, el sistema óptico corrige la aberración esférica de la luz de borde y la aberración esférica de una sola lente se puede reducir mediante su adaptación. Debido a que las lentes positivas producen aberración esférica negativa y las lentes negativas producen aberración esférica positiva, la forma sencilla de corregir la aberración esférica es usar una combinación de lentes positivas y negativas doblemente cementadas o doblemente separadas (esta es la estructura de la lente objetivo de un lente refractivo ordinario). telescopio astronómico). Además, la aberración esférica de una lente individual se puede reducir utilizando vidrio de alto índice para reducir la curvatura de la superficie de la lente.
El coma es una aberración monocromática que hace que el haz ancho fuera del eje ya no forme un haz concéntrico en el plano de la imagen después de pasar por el sistema óptico, sino que forme un círculo con su centro en una línea recta. y ordenados por diámetro La superposición de haces de luz circulares crea una imagen similar a la de un cometa (con una cabeza redonda y una cola puntiaguda). Cuando la punta está cerca del eje óptico principal, se llama coma positivo, y cuando la punta está alejada del eje óptico principal, se llama coma negativo. Están relacionados con la apertura y el campo de visión. Al igual que la eliminación de la aberración esférica, el coma de una sola lente se puede eliminar parcialmente mediante la adaptación, o se pueden usar lentes combinados o lentes cementados para eliminar el coma. Las condiciones para la aberración del coma y la aberración esférica son inconsistentes y difíciles de eliminar al mismo tiempo.
El astigmatismo es una aberración monocromática. La superficie de la lente del sistema óptico tiene diferentes curvaturas continuas en diferentes direcciones. La diferencia de curvatura entre el plano meridional y el plano sagital es la mayor, por lo que el plano meridional y el plano sagital. puede converger en un punto del rayo principal que no se superpone. Esto hará que el patrón de imagen del objeto radialmente concéntrico obtenga imágenes diferentes en el plano de imagen meridional y en el plano de imagen sagital, y el astigmatismo solo está relacionado con la inclinación del haz humano.
La curvatura de campo es una aberración monocromática, que es una aberración inherente de un sistema óptico esférico. Después de que la luz reflejada por un objeto plano pasa a través del sistema óptico, la superficie de la imagen se convierte en una superficie curva. De esta forma, al tomar una fotografía, no puedes enfocar el centro y el borde de un objeto plano al mismo tiempo.
La distorsión también es una aberración monocromática. Se debe al hecho de que la aberración esférica de la luz principal cambia con el cambio del campo de visión, por lo tanto, en un par de planos de imagen de objetos yugo. la ampliación cambia con el campo de visión, de modo que la forma de la imagen del objeto se deforma (no afecta la claridad de la imagen).
La forma de eliminar la distorsión es utilizar una estructura completamente simétrica con respecto al tope de apertura.
La aberración cromática posicional (axial) y la aberración cromática de aumento (lateral) son aberraciones policromáticas. La primera es cuando la luz policromática (luz blanca) emitida desde un punto del eje pasa a través del sistema óptico. Dado que el sistema óptico tiene un índice de refracción diferente para la luz de diferentes longitudes de onda, todos los colores de la luz no se cruzarán en el mismo punto del eje. eje óptico. 1, 2 y 3 son los puntos de imagen de luz azul (F), luz verde (D) y luz roja (C) respectivamente. En las posiciones 1 y 2, la imagen puntual de un objeto (como una estrella) tiene un borde rojo y en la posición 3, tiene un borde azul. Dado que una sola lente positiva produce una aberración cromática negativa y una sola lente negativa produce una aberración cromática positiva, solo una combinación de lentes positivas y negativas con curvaturas apropiadas puede corregir la aberración cromática, similar a la corrección de la aberración esférica. Un sistema óptico es acromático si las posiciones de la imagen de los rayos policromáticos 1 y 3 en el eje coinciden en un determinado punto del eje óptico. Sin embargo, la posición de superposición no coincide necesariamente con la posición de la imagen de 2, lo que se denomina aberración cromática espectral de segundo orden en el sistema. Sólo cuando las posiciones de la imagen de 1, 2 y 3 coinciden en un determinado punto del eje óptico, el sistema acromático de la luz de tres colores se denomina sistema apocromático. En la actualidad, la mayoría de los teleobjetivos y medios extranjeros adoptan este sistema.
Al corregir la aberración cromática posicional en el sistema óptico, la luz policromática emitida desde el punto fuera del eje solo puede superponerse a los planos de imagen de sus puntos de imagen después de pasar por el sistema óptico. la luz monocromática es diferente y el factor de aumento también son diferentes, por lo que cada uno tiene una altura de imagen diferente. Esta diferencia de color causada por diferentes aumentos se llama aberración cromática. La aberración cromática de la ampliación se ve afectada por la posición de apertura. Para un sistema óptico simétrico con aumento = -1, se producirá una aberración cromática de aumento de igual tamaño y signo opuesto antes y después de la apertura, y la aberración cromática de aumento se eliminará automáticamente.
Corrección del sistema óptico visual: acromático acromático para luz C y luz F, acromático acromático para luz D (tráfico) o E (Alemania, antigua Unión Soviética), etc.
Para corrección de sistemas de fotografía habituales: D light y G light acromático acromático, F light acromático acromático, etc.
Se utiliza para la corrección de sistemas de fotografía aérea y astronómica: luz F y luz H acromática, G/luz acromática, etc. Se puede observar que la selección de esta corrección tiene en cuenta las características más difusas de la luz azul-violeta en la atmósfera.
Lo anterior sólo ilustra algunas cuestiones básicas que deben tenerse en cuenta al diseñar una lente. La distancia focal, la apertura relativa y el campo de visión angular son los parámetros básicos de rendimiento de una lente fotográfica; la resolución, la función de transferencia de modulación (MTF), la distribución de la iluminación del campo de la imagen, la transmitancia espectral, la transmitancia integrada y la dispersión de la luz son los estándares de calidad de una lente fotográfica. lente fotográfica. La evolución y el desarrollo de las estructuras de las lentes es un esfuerzo continuo para eliminar o reducir diversas aberraciones, aumentar la apertura relativa y así mejorar los indicadores de calidad de las lentes fotográficas.
Existen muchas formas de clasificar las lentes para fotografía, una de ellas se basa en la combinación de lentes. Comprender esta clasificación es fundamental para comprender el rendimiento de las lentes.
La lente más simple es una lente Kirk de tres piezas, que se compone de una lente única separada "positiva, negativa, positiva". La lente cóncava está hecha de vidrio de pedernal de alta dispersión y la lente convexa es. Hecho de vidrio corona de baja dispersión. La lente Kirk utiliza las distancias focales de tres lentes individuales, las formas de las superficies de tres lentes individuales, dos espacios de aire y la dispersión del vidrio óptico como variables de ajuste para corregir diversas aberraciones. Este tipo de lente es el tipo más simple de lente de astigmatismo. Teóricamente, sus principales desventajas son un gran astigmatismo, una gran aberración esférica fuera del eje y coma, y una baja resolución. Pero su estructura también es relativamente simple, y la mayoría de los primeros lentes de fotografía aérea adoptaron esta estructura. El autor tiene una lente aérea de 500 mm/4,8 fabricada en Alemania Oriental. El equipo de astronomía del Museo de Ciencia y Tecnología Dongcheng de Beijing la utilizó en 1986 al fotografiar el cometa Halley en Hainan.
La lente Tiansai de 4 piezas es una versión mejorada de la lente Kirk y fue inventada por los alemanes en 1902. La lente Tiansai puede considerarse una lente de goma en lugar de la lente trasera de la lente Kirk. Su superficie de goma puede corregir el coma fuera del eje. El índice de refracción de la lente negativa en la lente de goma es menor que el de la lente positiva. que puede convertir la parte superior del haz ancho fuera del eje. El objetivo "macro pequeño" Indostar 61/L 50 mm/2,8 fabricado en la antigua Unión Soviética es un objetivo de montaje en cielo de la marca Crown con sobrepeso. Su alta calidad de imagen ha sido generalmente reconocida (el objetivo macro manual Nikon de 55 mm/2,8 s tiene 5). Hay 6 elementos en grupos La lente macro automática de 60 mm/2,8D tiene 8 elementos en 7 grupos. Las lentes Vilna de 9,50 mm y Helia de 5 elementos fabricadas en la antigua Unión Soviética también pueden considerarse una mejora de las lentes Kirk. Los grupos de lentes delanteros y traseros son lentes cementadas. La superficie cementada se utiliza para controlar la simetría de la aberración esférica negativa fuera del eje y la convergencia del haz, que puede controlar la divergencia de los haces de luz superior e inferior del haz ancho fuera del eje. mejorando así la calidad de la imagen del punto fuera del eje.
Las lentes son básicamente lentes de cinco piezas, que también pueden considerarse desarrolladas a partir de lentes Kirk. La estructura óptica del objetivo manual Nikon 105/2.5 (modelo nuevo) también es la misma. Puede considerarse una "variante" del tipo Sonner. El objetivo tradicional de Sonner. simetría y grave coma fuera del eje y aberración cromática. Esta lente se ha utilizado como una lente clásica de distancia focal media-larga y todavía se usa hoy en día. Usé dos lentes a juego del Pantaikang 120 original de Alemania del Este (usado en cuerpos Nikon). disparar estrellas Ambas eran lentes Sonna multicapa; una era de 180 mm/2,8 y la otra de 300 mm/4.
En el caso de un enfoque falso, se puede ver claramente en la foto que las estrellas tienen forma de pera (grandes en un extremo y pequeñas en el otro), lo que indica una aberración de coma grave y una aberración cromática grave después de ajustar el enfoque, la coma; La aberración ya no es obvia, pero las estrellas brillantes tienen más de medio círculo de bordes azules en la dirección centrípeta (centro de la imagen). Cabe señalar que en la filmación diaria (utilizando película positiva de 120), su resolución y nitidez son muy altas y su rendimiento de reproducción del color es significativamente mejor que el de la lente CIS. Esto muestra que la aberración de algunas lentes no afecta la filmación de contenido general. He desmontado todas las lentes Sonner de Alemania del Este y las estructuras ópticas son ligeramente diferentes.
La estructura simétrica de 6 elementos y 4 grupos es la estructura básica de las lentes gaussianas y se utiliza a menudo para fabricar lentes estándar. Debido a su estructura simétrica, la aberración vertical se puede corregir por sí sola (por ejemplo, no hay distorsión). Su desventaja es que la aberración esférica negativa de alto nivel fuera del eje y el astigmatismo positivo de alto nivel son relativamente graves, y la aberración esférica. puede debilitarse cuando se reduce la apertura. Los defectos de las lentes gaussianas de gran apertura (apertura superior a L.4) son particularmente obvios. Aunque el número de elementos de una lente ha aumentado, la lente estándar no es necesariamente la lente con la mejor calidad de imagen. El autor utilizó una famosa lente estándar para fotografiar estrellas con la máxima apertura y descubrió que las estrellas en el medio de la imagen tenían muy poca claridad, como pequeñas bolas de algodón, mientras que las estrellas en los bordes estaban severamente deformadas, mostrando una severa aberración esférica. y astigmatismo.
La lente del telescopio se desarrolló basándose en el principio de imagen del telescopio y consta de un grupo de lentes positivo y un grupo de lentes negativo. La distancia L del sistema óptico desde la primera superficie refractiva hasta el plano focal posterior es menor que la distancia focal F de la lente objetivo, y L/f se denomina relación de teleobjetivo. La estructura asimétrica del teleobjetivo y la búsqueda de un pequeño aumento del telescopio dificultarán la corrección de las aberraciones, especialmente la aberración cromática y la distorsión. Sin embargo, debido a la pequeña curvatura de su lente única, la aberración esférica y el astigmatismo no son graves. Si se utiliza un método apocromático especial, la calidad de la imagen se puede mejorar enormemente y la resolución y la nitidez pueden ser incluso mayores que las de una lente gaussiana (pero la distorsión aún es difícil de eliminar). Entre los lentes de fabricación rusa, hay un lente de cámara de pistola: 300 mm/4,5, 4 elementos en 3 grupos. Es un teleobjetivo con una estructura simple, 255 mm de longitud y el campo de visión del telescopio es relativamente grande. A juzgar por las fotografías astronómicas tomadas con tres de estos lentes, la aberración cromática de las estrellas en el centro del encuadre es muy leve y casi invisible. La aberración cromática de las estrellas brillantes en el borde es azul semicircular (centro en la imagen), pero es mucho más pequeña que la lente Song Na mencionada anteriormente, y también mucho más pequeña que algunas lentes ED japonesas. No se puede ver coma. pero la reproducción del color no está lo suficientemente saturada. Desde una perspectiva de precio/rendimiento, este objetivo es bastante bueno.
Tradicionalmente se utiliza vidrio de fluorita (principalmente CaF2) como vidrio óptico para corregir la aberración cromática. Estrictamente hablando, es un cristal óptico y a menudo se utiliza como lente positiva. Los anteojos de dispersión anormal con propiedades similares incluyen anteojos ED, UD y SD, que se usan comúnmente como lentes positivos. Las constantes ópticas del vidrio óptico CaFK95 producido en Japón son similares a las de la fluorita, pero no sé si los vidrios ED, UD y SD son este tipo de vidrio. Los anteojos ópticos FK y KZFS de Alemania son anteojos de dispersión anormal que también pueden reducir la aberración cromática espectral secundaria. Sin embargo, la condición para corregir el espectro secundario es que el vidrio de cada lente tenga la misma dispersión relativa, y debido a que aún no se ha fabricado vidrio óptico con la misma dispersión relativa y una gran diferencia en la constante de Abbe, es imposible eliminarlo por completo. el espectro secundario.
Dado que el teleobjetivo consta de un grupo de lentes positivos y un grupo de lentes negativos, algunas lentes del grupo de lentes negativos móviles se pueden usar para ajustar el enfoque durante el proceso de enfoque, la longitud del cilindro de la lente. permanece sin cambios, por lo que el cilindro de la lente tiene un buen rendimiento de sellado. En la actualidad, la mayoría de los famosos teleobjetivos medios y teleobjetivos adoptan esta estructura de enfoque interno.
Hace unos años, existía un telescopio APO manual Sigma, de 400 mm/5,6. Esta lente tiene una relación telescópica pequeña y utiliza una estructura de enfoque interna. Es muy compacto, tiene un soporte de fijación para trípode (no se incluyen instrucciones en el paquete) y el precio de mercado es de sólo 3.000 yuanes. El autor utilizó esta lente para fotografiar estrellas y el efecto fue muy bueno. La imagen de las estrellas es muy nítida. En el borde centrípeto de las estrellas brillantes en el borde del encuadre sólo hay una diferencia de color azul muy débil, que es casi difícil de observar. La técnica apocromática parece creíble, pero los resultados reales coinciden muy bien con la teoría.
Los teleobjetivos medios automáticos y manuales (producidos por el mismo fabricante) de marcas conocidas con la misma distancia focal y apertura suelen tener diferentes números de grupos de lentes. Los lentes automáticos tienen una mayor cantidad de lentes. como la lente Nikon AF ED180mm/2.8D tiene 8 elementos en 6 grupos y la lente Nikon MF ED180mm/2.8S tiene 5 elementos en 5 grupos. Esto se debe a que la lente automática requiere un recorrido más corto al enfocar, por lo que la lente.
Las lentes catadióptricas son otro tipo de teleobjetivo y hay muchas lentes catadióptricas fabricadas en la CEI en el mercado. Incluso en comparación con las lentes refractivas que usan lentes de fluorita y lentes de dispersión anormal, este tipo de lentes tiene ventajas absolutas en términos de baja aberración cromática, pero sus ventajas generales en estrellas fugaces no son tan buenas como las de las lentes refractivas y la calidad de la imagen del borde. es pobre debido al reflector esférico. Hay aberraciones que no se pueden eliminar por completo agregando lentes correctoras, y el diámetro de su círculo de dispersión (un anillo) es mayor que el de una lente refractiva que se reduce a la misma apertura.
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