Ахромат, апохромат, суперахромат – в чем разница?

Линза, скорректированная только для одной волны (цвета) – например, использующаяся в лазере — называется монохроматом; другими словами, монохроматические аберрации у нее скорректированы, в то время как хроматические остаются нескорректированными.

Большинство объективов для повседневной фотографии, однако, используются в более широком спектре (диапазоне световых волн). Вот почему хроматические (цветовые) аберрации у таких объективов тоже должны быть скорректированы в широком спектре, чтобы обеспечить резкое изображение. В этом случае используется термин ахромат.

Самые заметные цветовые аберрации – продольные хроматические. У монохроматов из-за продольной хроматической аберрации на фокальной плоскости (например, на пленке) фокусируется только одна волна (цвет), более короткие волны (синий цвет) фокусируются перед фокальной плоскостью, а более длинные – позади фокальной плоскости. Ученые характеризуют такую ситуацию словами «присутствует первичный спектр». С ахроматом становится возможным скорректировать первичный спектр путем сочетания выпуклых и вогнутых элементов из оптического стекла с разной дисперсией. Если быть более точным, то при этом появляется возможность направить продольные хроматические аберрации для двух световых волн на фокальную плоскость. Остаточные продольные хроматические аберрации называются вторичным спектром. Другими словами, неточность фокусировки на фокальной плоскости для всех остальных цветов становится настолько мала, что ухудшения качества изображения визуально уже не заметно.

Как бы то ни было, но характеристики вторичного спектра — в первую очередь, профиль; во вторую очередь, величина – в большой степени зависят от фокусного расстояния и типа объектива. Чем больше фокусное расстояние и выше светосила, тем больше качество изображения будет страдать от вторичного спектра. Поскольку это может быть иногда достаточно заметным, то вторичный спектр также является основным фактором, ограничивающим качество изображения.

Следовательно, следующий шаг, который требуется сделать разработчику оптики – это скорректировать вторичный спектр. Результатом этого является апохромат. Единственный способ коррекции вторичного спектра – использование специальных оптических материалов: флюоринового крон-стекла и фторида кальция, а также флинт-стекла. Их определенно можно назвать экстремальными типами стекол, поскольку они не только демонстрируют необычные свойства относительной частичной дисперсии, но также очень дорогостоящие и сложные в обработке.

За счет правильного использования этих экстремальных типов стекол (или кристаллов) у разработчика оптики появляется возможность уменьшить вторичный спектр до такого уровня, что общее качество изображения больше не будет им ограничено. У ахромата в фокальной плоскости сфокусированы два цвета (две продольные хроматические аберрации нулевые), а у апохромата в фокальной плоскости сфокусированы три цвета (три нуля). В большинстве случаев на практике третьего нуля не требуется, однако его достаточно для того, чтобы уменьшить вторичный спектр. Если коррекция успешная, то такой объектив можно назвать APO-объективом. Однако само по себе использование экстремальных типов стекол не делает объектив апохроматическим. Другими словами, по сравнению с обычным объективом с той же светосилой и фокусным расстоянием APO-объектив демонстрирует значительно лучшее качество изображения.

Приведенные выше соображения являются несколько упрощенными, поскольку рассматривались только продольные хроматические аберрации. Поперечные хроматические аберрации (или хроматизм увеличения) также играют здесь заметную роль, особенно когда речь заходит о телеобъективах и ретрофокусных объективах (например, Distagon). Как и в случае с продольными хроматическими аберрациями, у поперечных хроматических аберраций существуют первичный и вторичный спектры. Вторичный спектр поперечных хроматических аберраций также можно уменьшить за счет использования экстремальных типов стекол.

У ахромата два нуля в спектре продольных хроматических аберраций, у апохромата – три нуля, а объектив с четырьмя нулями называется суперахроматом. Однако при выборе объектива для практического применения решающим фактором все же является не наличие четырех нулей, а общее качество изображения.

Если апохроматическая коррекция выполняется тщательно и эффективно, в результате чего остаточные хроматические аберрации больше не заметны при использовании объектива на практике, то появляются новые проблемы: из-за использования флинт и крон-стекла для изготовления оптических элементов с очень высоким коэффициентом преломления повышаются требования к допускам при производстве такой оптики. Сколь высоким ни является теоретическое (расчетное) качество изображения, оно не имеет никакого значения, если его нельзя достичь из-за чрезмерно малых допусков. Опытной разработчик оптики знает решение и этой проблемы: если самых малых допусков недостаточно, то необходимо внести индивидуальные коррективы в отношении каждого оптического элемента, принимая во внимание конечные свойства объектива. Скомпенсировать можно такие геометрические допуски, как отклонение толщины и децентровки – за счет использования специальных компенсирующих элементов или групп. Объективы такого типа, требующие дополнительной компенсации для достижения требуемого наивысшего качества изображения, называются суперахроматами.

Источник: статья Achromat, Apochromat, Superachromat — What is the Difference? / Dr. Hannfried Zugge, group manager, Carl Zeiss optical design department.

Your comment

Being unregistered user or not logged in user you won't get any email notifications about replies on this comment.

Copy this code

and paste it here *