Продольные хроматические аберрации

В комментариях к одной из моих статей с тестами объективов мне заметили, что есть такой важный параметр, как продольные аберрации или по-английски LoCA (longitudinal chromatic aberration). Названий у этого вида аберраций много, но если назвать его фиолетовым свечением вокруг веток дерева в центре кадра, то, думаю, все его узнают.

продольные аберрации, loCA, chromatic aberrations (Wikipedia)

Вот сейчас я помянул об это явлении и все о нём вспомнили. Но так ли часто оно вам мешало получать хорошие снимки?

Тем не менее в теории, если вы собираетесь снимать при контровом свете людей или солнце, просвечитвающее через темные ветки, вы с ним столкнетесь и дальше будет играть роль ваша или ваших клиентов индивидуальная непереносимость фиолетового свечения. Свечение это может быть разной силы, в зависимости от степени исправленности продольной хроматической аберрации в объективе.

Откуда берётся продольная аберрация

Всё дело в том, что световые лучи, преломляются в линзах под разным углом, в зависимости от длины волны. Синие, например, преломляются под большим углом, чем красные.

преломление световых лучей в обычной линзе

Соответственно, когда приходит момент фокусирования на плоскости матрицы, световые лучи фокусируются в разных местах и возникает то самое фиолетовое свечение. Особенно это видно, когда есть резкий переход яркостей и свет разлагается из белого во все цвета радуги.

Как отличить Продольную аберрацию от других хроматических аберраций

Продольную хроматическую аберрацию легко отличить от поперечной, так как она возникает чаще в центре кадра и может распространяться на весь кадр. В то же время поперечная (также называемая хроматизмом увеличения) возникает только про краю кадра, хотя и выглядит также как продольная — фиолетовыми и зелеными ореолами вокруг темных объектов на белом фоне.

Еще способ отличить Продольную аберрацию от поперечной:

Продольная аберрация создаёт каёмку одного цвета вокруг объекта в фокусе и другого цвета вокруг объекта вне фокуса. Поперечная даёт разноцветные каёмки у одного объекта в фокусе (чаще фиолетовую и зеленую).

Продольная «лечится» диафрагмированием. Поперечная от него не зависит.

Пример продольной аберрации. Автор: http://toothwalker.org/optics/chromatic.html

Фото сделано Canon EF 85/1.2 L на полностью открытой диафрагме, слева изображение в фокусе, справа чуть-чуть дефокусировано, чтобы получить зеленую кайму вместо фиолетовой. Это один из способов «бороться» с этой аберрацией, если вас раздражает фиолетовая кайма.

Пример поперечной аберрации с того же источника.

Фото сделано объективами:
A: Cosina 3.5-4.5/19-35 @ 20 mm
B: Cosina 3.8/20
C: Carl Zeiss Distagon 2.8/21

Всё объективы на значении диафрагмы F11 и на камере Canon 5D

Как продольная аберрация исправляется оптически

Исправляется продольная аберрация с помощью так называемых ахроматов, т.е. склеек линз, где одна линза крон, а другая — флинт. Крон это линза с ультранизкой дисперсией света и малым коэффициентом преломления, а флинт наоборот.
Крон раньше делали из флюоритового стекла, что было довольно дорого. Упоминаю об этом потому, что рассматриваемые мной объективы относятся как раз к периоду использования флюорита (Calcium fluoride). Флинт же делали из оксида свинца (Lead oxide). В дальнейшем флюорит заменили на более дешевые типы стекла с низкой дисперсией, а оксид свинца заменили тоже на нечто другое ввиду неэкологичности такого производства (это было уже в 2000-ных годах).

В сумме стараются получить эффект минимизации продольной аберрации, т.е. сведения в конечном итоге световых лучей с разной длиной волны в одну точку. Это в идеале, в реальности же идеал невозможен и всегда небольшие аберрации присутствуют.

—

Ахромат

ахроматическая склейка линз (даблет)

Ахромат способен исправить продольную аберрацию для двух длин волн.

—

Апохромат

Позже были изобретены Апохроматы, это уже триплет, позволяющий корректировать уже три длины волны.

Не будем останавливаться на всяких патентных тяжбах на ахроматы и апохроматы и лишь приведём схему апохромата.

триплет Апохромат

Вот таким образом мы на простом языке разобрались что такое продольные хроматические аберрации и как с ними борются. Теперь, если вы захотите найти объектив с наименьшими продольными аберрациями вы во-первых посмотрите на название объектива. Ахроматы сейчас уже почти не встречаются даже на вторичном рынке (я мало их видел), а апохроматов достаточно. У них в названии есть приставка APO. Чаще всего это довольно дорогие объективы. В тоже время даже в объективах без такой приставки вы можете поискать апохроматические триплеты и упоминание производителем об использовании флюоритового стекла- — такие объективы будут заранее иметь меньшую продольную аберрацию.

Если же вообще говорить про оптические системы и их аберрации, то в ахроматах уменьшены хроматическая и сферическая аберрации. В апохроматах эти же А. скомпенсированы значительно точнее. В апланатах исправлены хроматические и сферические А., а также кома. Если, кроме этих А., устранены астигматизм и кривизна поля, то объектив называют анастигматом. Ортоскопическими называют системы с исправленной дисторсией.

Но будьте осторожны. Вместе с неидеальностью оптических систем устраняется и их индивидуальный рисунок.

Тест на продольные аберрации объективов Carl Zeiss

Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8

Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8 @2.8

f2.8, crop 100%

f4, crop 100%

f5.6, crop 100%

Снимок на диафрагмах F4 и F5.6 я сделал специально, чтобы вы наглядно убедились, что диафрагмирование в данном случае влияет на уменьшение продольной аберрации. Хотя снимок становится более тёмным, чётким и аберрации менее заметными, но полностью они не исчезают.

В данном случае объектив Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8 демонстрирует умеренные продольные аберрации. Но он и не может похвастаться большой светосилой, а продольные аберрации это проблема светосильных фиксов.

Canon 50/2.5 Macro

canon 50/2.5 @ 2.8

F2.8, crop 100%

Не берусь проводить тут сравнение, так как солнце здорово слепит и на этом объективе мне удалось попасть в фокус много точнее. В конце статьи будет тест в студийных условиях, где я сфокусируюсь более точно.

Carl Zeiss Makro-Planar 100/2.8

F2.8, crop 100%

F4, crop 100%

Carl Zeiss Planar 50/1.7

F1.7, crop 100%

F2.8, crop 100%

Carl Zeiss Planar 85/1.4

F1.4, crop 100%

F2.8, crop 100%

Объективы с исправленными продольными хроматическими аберрациями

Carl Zeiss Aposonnar 200/2

Aposonnar, оптическая схема. Указан ахроматический даблет с линзой из флюорита

а также все APO:

Tele-Apotessar 300/2.8
Tele-Apotessar 500/5.6
Tele-Apotessar 800/8

Carl Zeiss Distagon 21/2.8

Заявлено использование ахроматического даблета. Но возможно не флюорит (про него ничего не сказано).

Carl Zeiss Vario-Sonnar 28-70/3.5-4.5

Заявлен и присутствует ахроматический даблет.

Студийные тесты на продольную аберрацию

Для всех 50мм объективов (включая 60мм) расстояние до мишени 40см. Наклон оптической оси объектива относительно мишени примерно 40град.

Carl Zeiss Planar 50/1.4 vs Carl Zeiss Planar 50/1.7

50/1.4@F1.4 (слева) vs 50/1.7@F1.7

Carl Zeiss Planar 50/1.4@F2.8(слева) vs Carl Zeiss Planar 50/1.7@F2.8

Carl Zeiss Planar 50/1.7 vs Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8

Carl Zeiss Planar 50/1.7@F2.8 (слева) vs Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8@F2.8

Carl Zeiss Planar 135/2.8 vs Юпитер-37А 135/3.5

Юпитер-37А 135/3.5@F3.5 (слева) vs Carl Zeiss Planar 135/2.8@F4

Выводы

Не стал я размещать дальнейшие картинки так как на мой взгляд итак всё ясно. Среди не-апохроматов достаточно сильны продольные аберрации, но они вовсе не мешают снимать хорошие сюжеты, если не снимать мощный контровый свет, наподобие солнца. Можно вобщем-то и солнце снимать, но на хорошо прикрытых диафрагмах. Никакой мистики тут не получилось. Не скорректированные объективы одного фокусного расстояния имеют примерно одинаковые ХА. Получше на мой взгляд скорректирован Carl Zeiss 85/1.4, но когда я пробую его использовать на F1.4, то его продольные аберрации ничуть не меньше, чем у остальных, так как он поставлен в невыгодные условия. Carl Zeiss 50/1.4 тоже, как правило используется на полностью открытой диафрагме и соответственно на его снимках вы чаще встретите фиолетовые каёмки.

Carl Zeiss Makro-Planar 100/2.8@F5.6

Следовательно нужно стараться избегать жестко контрового света для большинства объективов.

Carl Zeiss Makro-Planar 100/2.8@F5.6

При всех своих замечательных оптических характеристиках они не могут обеспечить абсолютное сведение лучей в таких условиях. Источник света должен быть чуть выше-ниже, но не «в лоб». Или диафрагма значительно прикрыта.

Вот, к примеру, свет через туман и проблем нет.

Есть еще некоторое количество светосильных фикс-объективов менее именитых производителей, таких как Samyang и Sigma. Некоторые из них, а в частности Sigma 85/1.4 демонстрируют почти полное отсутствие продольных аберраций.

Как же это объяснить? Наиболее уважаемые производители проигрывают менее известным.

Но в процессе раскопок информации на эту тему я наткнулся на интересный материал, в котором было рассказано как повысить чёткость изображения биноклей (производители Zeiss, Nikon etc.). Оказывается, поскольку хроматические аберрации снижают резкость изображения, то в биноклях некоторые производители поступаются красным спектром и отфильтровывают его на этапе прохождения через бинокль, используя стекло мало пропускающее красный спектр. В результате такой системе остается сфокусировать лишь оставшиеся световые лучи. А чем меньше лучей, тем проще их сфокусировать в одной плоскости и соотвественно выше резкость.

Тогда что мешает поставить стекло, фильтрующее некоторые участки спектра в объектив и тем самым уменьшить хроматические аберрации и увеличить резкость?
Это пока только догадки и требуют подтверждения. Но всё когда-то начиналось с догадок.
А вообще это был бы нечестный приём...

Теперь нужна мишень с непрерывным градиентом цвета и сфотографировать её разными объективами (в частности Samyang 85/1.4) для того, чтобы установить истину.

А всем удачных фото! :)

Carl Zeiss Makro-Planar 100/2.8

Поперечные хроматические аберрации

Откуда возникают

Поперечные хроматические аберрации (lateral chromatic aberrations, axial chromatic aberrations) возникают из-за того, что лучи света с разной длиной волны по-разному преломляются, проходя через стекло. В результате они выходят под разным углом и чем ближе к краю линзы, тем сильнее отличие в угле преломления. По этой же причине в центре такой вид аберраций практически отсутствует (потому и одно из названий аберрации — осевая) и сильно проявляется к краям изображения.

Цвета они могут иметь разные. Чаще всего фиолетово-зеленые или красно-синие.

Как выглядят

Исправление хроматических аберраций

Здесь подробно про исправление ХА