2. Виньетирование, кома, дисторсия. Причины возникновения. Возможности устранения.

Виньетированием принято называть снижение освещенности к краям поля изображения, происходящее за счет уменьшения дейст­вующей площади входного зрачка объектива, вызываемое частичным ограничением оправой прохождения наклонных пучков лучей.

кома — искажение, свойственное изображению точек, лежащих вне оптической оси линзы, и нарушающее симметрию их изображе­ния тем больше, чем дальше от оси находятся изображаемые точки. Кома — результат действия сферической аберрации на изо­бражение внеосевых точек;

Кома — это вид искажений, вызываемых наличием сферической аберрации для точек, лежащих не на оси линзы или объектива. Устра­нение сферической аберрации для точек на оси оптической системы еще не значит, что этот дефект устранен для всего поля изобра­жения.

Если точки объекта съемки находятся в стороне от оси системы, т. е. не в центре поля зрения объектива, то оси пучков лучей, идущих от этих точек на переднюю поверхность линзы, наклонены по отно­шению к ее оптической оси. Такой пучок лучей становится несим­метричным уже на первой поверхности линзы. Далее его сечение не имеет круглой формы, а приобретает форму «кометы» с более ярким ядром и тусклым широким «хвостом».

Устранение или уменьшение различных аберраций в объективах достигается соответствующим сочетанием положительных и отрица­тельных линз, изготавливаемых из оптических стекол с различными показателями преломления, подбором радиусов кривизны поверхно­стей линз и промежутков между ними. В отдельных случаях прибе­гают к использованию линз с асферическими поверхностями. В ре­зультате объективы имеют минимальные остаточные аберрации. Однако даже в самых совершенных объективах не удается полно­стью устранить все виды искажений.

Для устранения комы в близких к центру участках поля при ис­правлении сферической аберрации необходимо соблюдение так назы­ваемого условия синусов:

А'В'

АВ

г де АВ и А'В' — сопряженные элементы предмета и его изображения, расположенные перпендикулярно оптической оси, a U_т и U'_m— апер-турные углы соответственно входного и выходного зрачков объек­тива (рис. VII.20).

На рисунке показано меридиональное сечение световых пучков в оптической системе, в которой выполнено указанное условие сину­сов, и, следовательно, для точки В, находящейся вне оси и ее изобра­жения В', устранена аберрация комы.

Дисторсией называется погрешность, выражающаяся в наруше­нии подобия изображения самому предмету вследствие изменения масштаба изображения по мере удаления от центра поля. При этом в зависимости от расположения диафрагмы относительно линзы или компонентов объектива изменение масштаба от центра к краям поля изображения может происходить как в сторону его увеличения, так и уменьшения.

В результате форма предмета в его изображении искажается в том или другом направлени,

Причина дисторсии, как и сферической аберрации, заключается в более сильном отклонении лучей периферийными зонами поло­жительной линзы по сравнению с ее центральной частью. Чем дальше от центра линзы проходит луч, тем сильнее он отклоняется.

При расположении апертурной диафрагмы перед линзой наблю­дается так называемая отрицательная дисторсия, когда масштаб изображения предмета уменьшается по мере удаления от центра поля. Так, например, правильный квадрат, центр которого совпадает с оптической осью линзы, изображается в виде бочкообразной фигуры (рис. VII.23,Л). Этот вид искажений называют еще бочко­образной дисторсией.

Если диафрагма расположена за линзой, то масштаб изображния увеличивается по мере удаления от центра поля и изображение того же квадрата приобретает форму, похожую на подушку (рис. VII.23, Б). Этот вид дисторсии называют положительной, или подушкообразной.

Если оптическая система симметрична и состоит из двух одина­ковых линз или групп линз, между которыми расположена диафраг­ма, то положительная дисторсия, вносимая ее первой половиной, бу­дет в значительной степени компенсироваться отрицательной дис­торсией, вносимой второй. В несимметричных объективах также возможна хорошая коррекция дисторсии. Ее обычно устраняют для положения предмета в бесконечности, и остаточная величина не превышает ± 1—2%.

Одновременное и полное устранение всех видов аберраций в раз­личных киносъемочных объективах — задача неразрешимая. Поэто­му при создании конкретных объективов оптики стремятся в каждом из них в первую очередь устранить те недостатки, которые в данном случае наиболее заметны и нежелательны. Остальные же устраняют­ся по мере возможности. Так, например, для широкоугольных объек­тивов в первую очередь необходимо устранение аберраций наклон­ных пучков лучей — комы, астигматизма, кривизны поля, которые при больших углах зрения заметнее влияют на конечный результат.