Одиночные линзы с реальной толщиной преломляют световые волны различной длины под немного разными углами. В любом другом месте, кроме точного оптического центра объектива, это вызывает призматический эффект, который становится все более заметным по мере удаления от оптического центра объектива. Это то, что мы называем хроматической аберрацией. Это не единственная оптическая аберрация, с которой мы сталкиваемся при использовании одного линзового элемента, но, вероятно, она наиболее заметна.
Самые ранние spyglasses (телескопы) сильно пострадали от CA и других оптических аберраций. Область оптики была разработана для устранения этих недостатков, поскольку они применялись к телескопам задолго до начала фотографии в середине 19-го века в качестве средства сохранения сцены, проецируемой линзой, с использованием светочувствительных химических веществ.
В 1600-х годах Снеллиус (происхождение 'Закон Снелла' ) и Декарт (создатель или декартова геометрия ) кодифицировали самые ранние законы преломления и отражения. К 1690 году Кристиан Гюйгенс написал свою «1014» «Traité de la Lumière» или «Трактат о свете» , основанную на работе Декарта и представившую волновую теорию света, впервые представленную в Париже. Академия наук в 1678 г. по математике. Исаак Ньютон опубликовал «Гипотезу света» в 1675 году и «Оптикс» в 1705 году, в которой он представил конкурирующую теорию света в виде корпускул или частиц. В течение следующих ста лет теория света Ньютона была принята, а волновая теория Гюйгенса была отвергнута. Только в 1821 году Августин-Жан Френель принял принцип Гюйгенса и показал, что он может объяснить прямолинейные эффекты распространения и дифракции света, что волновая теория Гюйгенса была общепринятой. Этот принцип теперь известен как принцип Гюйгенса-Френеля.
Ньютон также продемонстрировал, что призма разлагает белый свет на спектр его составляющих цветов, и что линза и вторая призма могут использоваться для преобразования многоцветного спектра обратно в белый свет, который имел те же свойства, что и свет до того, как он ударил. первая призма. Хотя детали корпускулярной теории Ньютона, как было показано, в основном неверны, его прорывы в отношении цвета и преломления, наряду с аналогичной работой Гюйгенса, привели к разработке составных линз для коррекции хроматической аберрации.
Гюйгенс построил свои собственные составные телескопы, без преимущества еще не разработанных ахроматических линз, которые требовали больших расстояний между передним и задним элементами. Ньютон больше не занимался разработкой рефракционных линз. Он предпочел полностью обойти эту проблему, используя отражающие зеркала с первой криволинейной поверхностью, чтобы избежать аберраций, вызванных преломлением. На самом деле он классно заявил, что хроматическую аберрацию нельзя исправить, поскольку он не учел, что можно использовать два типа стекла с разными преломляющими свойствами.
Составной бескамерный преломляющий телескоп Кристиана Гюйгенса и второй отражающий телескоп Ньютона.
Первый ахроматический объектив был создан в 1733 году. В нем использовались два элемента с различными показателями преломления для частичной коррекции цветовых аберраций и позволяли делать рефракционные телескопы короче и более функциональными.
Вскоре последовали три элемента апохромат , что стало еще лучшим улучшением по сравнению с двухэлементным ахроматом, чем ахромат по сравнению с простой линзой.
Многое из того, что производители линз узнали, исправляя хроматическую аберрацию, также применимо к другим, монохроматическим, оптическим аберрациям, присущим простой линзе.
Как только химическая фотография появилась в 19 веке как способ сохранить изображение, проецируемое линзой, те, кто делал линзы для фотографического использования, взяли то, что было изучено ранее в области оптики, которая в основном применялась к телескопам и вроде и побежал с этим. Хороший обзор разработок в области дизайна фотообъективов, основанных на оптических принципах, обнаруженных в 17 и 18 веках, о которых говорилось выше, можно найти в «Истории дизайна фотографических линз» статья в Википедии. (Это слишком долго и сложно включать резюме здесь.)
Всего существует семь «классических» оптических аберраций, которые составные линзы пытаются исправить в различной степени. Обратите внимание, что эти аберрации не являются результатом несовершенства конструкции линз, но связаны с природой самого света, проходящего через преломляющие материалы. Эти аберрации будут присутствовать, даже если эти преломляющие материалы будут математически совершенными.
- Расфокусировка (самый низкий порядок, который легко корректируется путем изменения расстояния между объективом и плоскостью формирования изображения)
- Сферическая аберрация
- Кома
- Астигматизм
- Кривизна поля
- Геометрические искажения
- Хроматическая аберрация