Vollständige Lösung für die optischen Mängel fotografischer Objektive: Ursachen für axiale/vergrößerungsbedingte chromatische Aberration, sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus sowie Verbesserung der Blendenverkleinerung

1. Physikalische Ursachen der fünf großen optischen monochromatischen Aberrationen (Seidel-Aberrationen)

Aufgrund der Einschränkungen der physikalischen Brechungseigenschaften einer idealen sphärischen Linse kann Licht nicht perfekt in einem reinen Punkt konvergieren, was zu fünf klassischen monochromatischen Aberrationen führt:

1. Sphärische Aberration:
   -Ursache: Der Fokus des durch den Rand der Linse gebrochenen Lichts liegt näher an der Linse als der Fokus des durch die Mitte der Linse gebrochenen Lichts, was zu einem unscharfen Kreis vor und nach dem Fokus führt.

• Symptome: Wenn die große Blende vollständig geöffnet ist, weist der gesamte Bildschirm eine weiße Schleierschicht auf (kontrastarmer Weichzeichner).
• Verbesserung: Verkleinern Sie die Blende um 1-2 Stufen und verschwinden Sie deutlich, oder verwenden Sie asphärische Linsen, um das Problem zu korrigieren.

2. Koma:

• Ursache: Die Vergrößerung ist nicht gleich, wenn der außeraxiale, schräg einfallende Strahl durch verschiedene Linsenbereiche verläuft.
• Charakterisierung: Die Punktlichtquelle am Rand der Sternenhimmelfotografie oder Nachtszene wird verlängert und in einen radial divergenten Schweif zerrissen, der einem „Kometen“ oder einer „fliegenden Schwalbe“ ähnelt, wodurch die Sternpunktform am Rand zerstört wird.

3. Astigmatismus und Bildfeldkrümmung:

• Astigmatismus: Die Fokuspunkte in sagittaler Richtung (Sagittal) und meridionaler Richtung (Meridional) liegen nicht auf derselben Fokusebene, was dazu führt, dass die Kreuzlinien am Bildrand nicht gleichzeitig scharf sein können.
• Bildfeldkrümmung: Die beste Fokussierfläche des Objektivs ist keine ebene Fläche, sondern ein gewölbter, sphärischer, schalenförmiger Boden, wodurch die Ränder unscharf und unscharf werden, wenn die Bildmitte scharfgestellt ist.

2. Zwei Zweige der chromatischen Aberration: axiale chromatische Aberration vs. chromatische Aberration bei Vergrößerung

Licht unterschiedlicher Wellenlänge (rot, grün, blau) hat in optischem Glas einen unterschiedlichen Brechungsindex (Dispersionsphänomen):

1. Axiale chromatische Aberration (Longitudinal/Axial CA) – „Außerhalb des Fokus violett-grüner Rand“:

• Physikalischer Mechanismus: Rotes Licht hat eine lange Wellenlänge und einen kleinen Brechungsindex und fällt hinter den Sensor; Blauviolettes Licht hat einen großen Brechungsindex und fällt vor den Sensor.
• Symptome: An der kontrastreichen Kante vor der Brennebene erscheint eine diffuse lila/magenta Kante, an der Kante hinter der Brennebene erscheint eine grüne Kante.
• Eliminierungsmethode: Die Blende muss abgeblendet werden (von f/1,4 bis f/2,8 oder f/4 ist die Konvergenz groß); Die fortschrittliche achromatische Linse (APO – Apochromat) verwendet Fluorit (Fluorit) und eine Linse mit besonders geringer Dispersion (ED), um die drei Wellenlängen auf den gleichen Punkt zu bündeln.

2. Laterale/Quer-CA – „Rand roter und blauer Rand“:

• Physikalischer Mechanismus: Aufgrund der unterschiedlichen Vergrößerungen auf der Brennebene nach der Brechung außeraxialer Strahlen sind die Größen von Rotlicht- und Blaulichtbildern unterschiedlich.
• Symptome: Lediglich an den äußersten Rändern und vier Polarwinkeln des Bildschirms treten an den Rändern hochglänzender Objekte leuchtende Rot-Cyan- oder Blau-Gelb-dezente Farbkanten auf.
• Eigenschaften: Das Verkleinern der Blende trägt nicht zur Verbesserung bei! Da es sich jedoch um einen rein geometrischen Skalierungsfehler handelt, kann durch Aktivieren von „Chromatische Aberration entfernen“ in der Kamera oder in Lightroom eine nahezu 100 % perfekte verlustfreie digitale Korrektur erreicht werden.

3. Quantitative Tabelle der Verbesserungsamplitude der Aperturkontraktion

Wenn man die Empfindlichkeit verschiedener Aberrationen gegenüber der Blendenverengung versteht, kann man bei realen Aufnahmen die beste Auflösung mit der wissenschaftlichsten Blende erzielen:

| Art der Aberration | Leistung bei weit geöffneter Blende (f/1,2 - f/1,8) | Auf f/4 | geschrumpft Auf f/8 | geschrumpft Auf f/16 | geschrumpft
|---|---|---|---|---|
| Sphärische Aberration | Starkes Aufhellen und Beschlagen | Grundsätzlich eliminiert | Völlig eliminiert | Eliminiert, aber durch Beugung beeinflusst, wird das Ganze fleischig |
| Chromatische Achsenfehler | Starke violette Ränder im vorderen Fokus/grüne Ränder im hinteren Fokus | Deutlich um 70 % gedämpft | Fast nicht wahrnehmbar | Völlig eliminiert |
| Vergrößerung chromatische Aberration | Kanten vorhanden | Noch vorhanden | Immer noch vorhanden (keine Verbesserung) | Existiert noch (muss später korrigiert werden) |
| Koma | Abriss und Verformung von Randsternpunkten | Offensichtliche Konvergenz | Scharfe Verdichtung der Randsternpunkte | Völlig eliminiert |
| Mittenauflösung | Mäßig | Extreme Gipfel erreicht | Extreme Gipfel nachhaltig | Beugungsgrenze (Airy Disk) Klarheit verringert |

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