Wady optyczne z jakimi możemy się spotkać
W przypadku idealnej soczewki bądź lustra, światło z dowolnej części obiektu skupia się w jednym punkcie na płaszczyźnie obrazu (lub, bardziej ogólnie, na powierzchni obrazu). W rzeczywistości, elementy opyczne nie skupiają jednak światła dokładnie w jednym punkcie, nawet jeśli są perfekcyjnie wykonane. Te odchylenia od wyidealizowanego działania instrumentów optycznych to wady optyczne (aberracje).
Aberracje dzielą się na dwie klasy: monochromatyczne i chromatyczne. Aberracje monochromatyczne są spowodowane geometrią soczewki lub lustra i występują zarówno podczas odbicia, jak i załamania światła. Pojawiają się nawet przy zastosowaniu światła monochromatycznego, stąd nazwa. Najczęstsze aberracje monochromatyczne to: aberracja sferyczna, koma, astygmatyzm i dystorsja obrazu.
Aberracje chromatyczne są spowodowane dyspersją, czyli zmianą współczynnika załamania światła obiektywu w zależności od długości fali. Z powodu rozproszenia, różne długości fal światła skupiają się w różnych punktach. Aberracja chromatyczna nie pojawia się, gdy używane jest światło monochromatyczne.
ABERRACJA CHROMATYCZNA
Wada optyczna polegająca na tym, że ogniska różnych długości fal (kolorów)wypadają w różnych płaszczyznach prostopadłych do osi optycznej. Zatem dla każdego koloru obiektyw lub okular ma inną ogniskową. Efektem tego są widoczne na obrazie kolorowe obwódki wokół kontrastowych elementów. Wada typowa dla światłosilnych obiektywów soczewkowych. Duże krzywizny soczewki powodują, że soczewka działa jak pryzmat, rozszczepiając światło.
Istnieją różne konstrukcje obiektywów soczewkowych, mające na celu zniwelowanie aberracji chromatycznej. Pierwotnie stosowano bardzo małe światłosiły refraktorów np.luneta Heweliusza o światłosile około F/250. Około 1730 roku zbudowano pierwszy obiektyw achromatyczny składający się z dwóch soczewek (skupiającej i rozpraszającej) o różnym współczynniku załamania światła. Pozwoliło to na skorygowanie ogniskowania barw od zielonej do czerwonej dla światłosił około F/10.
Kolejnym etapem korekcji aberracji chromatycznej jest budowanie obiektywów apochromatycznych. Wykorzystuje się w nich soczewki ze szkła fluorytowego, FPL-53 i innych o niskiej dyspersji. Teleskopy zwierciadlane, w których obiektywem jest lustro, są wolne od aberracji chromatycznej. Może ona jednak być wprowadzona przez niskiej jakości okular lub soczewkę Barlowa.
ABERRACJA SFERYCZNA
Aberracja sferyczna to wada optyczna objawiająca się różnym miejscem ogniskowania światła, w zależności od odległości od osi optycznej, im dalej od osi optycznej (tzn. im są bliżej krawędzi obiektywu) wpadają promienie świetlne, tym bardziej załamują się, co oznacza że ogniskują się przed ogniskiem.
W modelu nieskończenie cienkiej soczewki pomija się jej grubość. W takim wypadku wszystkie padające na nią promienie, niezależnie od ich odległości od osi optycznej, skupiają się w jednym punkcie (w przypadku soczewki rozpraszającej – mają ognisko pozorne w jednym punkcie). Natomiast każda rzeczywista soczewka, której powierzchnie są sferami, ma skończoną grubość, dlatego występuje w niej aberracja sferyczna, zależna od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest wykonana..
W obiektywach/ teleskopach soczewkowych zapobiega się jej (koryguje) przez stosowanie soczewek asferycznych.
W obiektywach / teleskopach zwierciadlanych zapobiega się jej poprzez stosowanie zwierciadeł parabolicznych, lub płyt korekcyjnych (teleskop Schmidta) lub soczewek korygujących (np. teleskop Klevcova).
ASTYGMATYZM
Wada optyczna układu optycznego polegająca na tym, że promienie padające w dwóch prostopadłych płaszczyznach skupiają się w różnych miejscach. Tak jakby soczewka miała inną ogniskową w pionie i w poziomie.
Obraz w teleskopie z astygmatyzmem ma słaby kontrast (głównie widoczny na planetach), a gwiazdy nie są punktowe. Na zogniskowanej gwieździe przypomina on nieco spajki od ramion pająka w teleskopie Newtona. Dość łatwo jednak rozpoznać go rozogniskowując obraz gwiazdy. Jeżeli przed i za ogniskiem krążki dyfrakcyjne mają kształt prostopadłych elips, jak na grafice poniżej, to znaczy że mamy doczynienia z astygmatyzmem.
Aby dowiedzieć się, który element powoduje powstawanie tej wady, najlepiej jest sprawdzić po usunięciu lub zamianie którego z akcesoriów astygmatyzm znika. W przypadku okularów można kręcić nimi w wyciągu i sprawdzać czy kierunek wady kręci się razem z nim. Jeżeli podejrzana jest kątówka to najlepiej jest ją po prostu usunąć z drogi optycznej i sprawdzić pozostałe elementy „na wprost”. Jeżeli w każdej konfiguracji akcesoriów astygmatyzm jest nadal widoczny, to oznacza to, że wadę wykazuje główna optyka teleskopu.
Wygląd punktowego źródła światła (gwiazdy) w układzie optycznym z astygmatyzmem. Przed, w i za ogniskiem.
- Przyczyny występowania
Jeżeli występuje na głównej osi optycznej (w centrum pola widzenia) to oznacza, że któryś z elementów optycznych jest źle sfiguryzowany lub niepoprawnie ustawiony w osi optycznej. Astygmatyzm najczęściej powoduje niepłaskie lusteko wtórne lub kątówka, rzadziej zła jakość obiektywu. Jest dość powszechny w kątówkach teleskopów sprzedawanych na Allegro. Oprócz złego kształtu powierzchni optycznej astygmatyzm może również byż powodowany przez nadmierne ściśnięcie któregoś z elementów optycznych (najczęściej lusteka w kątówce). Astygmatyzm występuje również powszechnie w wielu tańszych okularach na brzegu pola widzenia i objawia się nieostrością obrazu w tym obszarze. Jego wielkość, oprócz konstrukcji okularu, zależy również od światłosiły obiektywu. Większy jest w jaśniejszych teleskopach, gdyż powodują go padające pod dużym kątem promienie światła. Okularami wolnymi od tej wady są Naglery.
- Sposoby minimalizowania astygmatyzmu
Astygmatyzm pozaosiowy występujący w tańszych okularach można zminimalizować sosując z nimi teleskopy o większej światłosile, lub uzywając soczewki Barlowa, która zmniejsza wypadkową światłosiłę układu i zwęża stożek światła. Powoduje to znaczne zmniejszenie widoczności tej wady, ale prowadzi do zwiększenia powiększenia. Astygmatyzm występujący w centrum pola może mieć wiele przyczyn, ale jego też można czasami w pewnym stopniu minimalizować. Oczywiście jeżeli zauważymy go w nowym teleskopie to najlepiej jest go po prostu reklamować u dystrybutora/producenta.
W przypadku astygmatyzmu powodowanego przez kątówkę można próbować poluźnić śróbki mocujące lusterko, lub rozebrać ją i sprawdzić czy nic wewnątrz jej nie uciska. Jeżeli to nie pomaga, można wykonać badanie na interferometrze, aby sprawdzić płaskość powierzcni. Trzeba mieć jednak dostęp do takiego specjalistycznego sprzętu.
Niekiedy zdarza się, że astygmatyzm występuje w refraktorze i jest powodowany przez jego obiektyw. Sytuacja taka zdarza się niekiedy w popularnym SkyLuxie. W większości przypadków można go na szczęście dość szybko i łatwo skorygować. Jeżeli obie soczewki achromatu mają zły kształt powodujący astygmatyzm, to jest szansa, że przy odpowiednim ustawieniu ich względem siebie wady się na wzajem zniosą. Po poluzowaniu pierścienia dociskającego soczewki należy kręcić przednią soczewką względem drugiej, sprawdzając jednocześnie dawany obraz na sztucznej lub prawdziwej gwieździe, aż do uzyskania najlepszego efektu korekcji. Pierścień należy delikatnie dokręcić z powrotem, do momentu poczucia lekkiego oporu. Jeżeli robiliśmy to gołymi palcami (a tak jest najwygodniej) to trzeba na koniec dobrze wyczyścić soczewkę.
BOKEH
Bokeh z jap. oznaczający rozmycie tła. To sposób, w jaki obiektywy odwzorowują te partie obrazu, które znalazły się poza obszarem ostrości. Jeśli często fotografujemy, wykorzystując małą głębię ostrości, dobre lub słabe bokeh obiektywu może mieć kluczowe znaczenie dla wyglądu naszych zdjęć. Często bywa wręcz tak, że ostro odwzorowana jest tylko niewielka część kadru, dlatego to właśnie sposób przedstawienia nieostrych partii zdjęcia ma decydujący wpływ na jego wygląd.
Wada która może być zaletą. W fotografii sposób oddania nieostrości obiektów znajdujących się poza głębią ostrości. Dzięki temu obiekty pierwszego planu są ładnie wyeksponowane, a tło nie absorbuje uwagi swoimi szczegółami
Zasady ładnego bokeh:
- nie stosować obiektywów lustrzanych – wygląda paskudnie w postaci krążków dyfrakcyjnych
- im więcej listków ma przysłona obiektywu, tym ładniejszy bokeh
- im dłuższy i jaśniejszy obiektyw (mniejsza przesłona) – tym tło bardziej rozmyte
- stosować większą odległość między fotografowanym pierwszym a trzecim planem
DYSTORSJA
Jest to zniekształcenie geometryczne obrazu zwłaszcza na krawędziach, brzegu pola widzenia, spowodowane jest to przez niedoskonałości szlifowania optyki obiektywu lub okularu, im dalej od osi optycznej tym większe prawdopodobieństwo występowania niedokładności wykonania elementów optycznych. Jeżeli zmienia się ogniskową obiektywu lub okularu instrumentu, to im dalej od osi optycznej (środka obrazu), tym wyraźniej mogą powstawać zniekształcenia obrazu, co szczególnie rażące może być na brzegu pola widzenia.
Rodzaje dystorsji:
- dystorsja beczkowata
- dystorsja poduszkowata
KOMA
Wada optyczna charakteryzująca się tym, że światło wpadające do obiektywu/teleskopu z dala od jego osi optycznej jest zniekształcone i w efekcie otrzymywany obraz na skraju pola widzenia, zamiast punktowego, ma kształt zbliżony do przecinka, trójkąta, komety. Stopień zniekształcenia jest tym większy im dalej od osi optycznej układu znajduje się źródło światła. Koma wynika z konstrukcji układu optycznego, może być też wywołana niecentrycznym ustawieniem powierzchni soczewek lub zwierciadeł. Dla przykładu, koma jest typowym zniekształceniem w przypadku zwierciadła parabolicznego.
Komę koryguje się razem z aberracją sferyczną używając specjalnych soczewek lub układów soczewek ułożonych symetrycznie względem osi optycznej. Obiektywy pozbawione oby tych wad nazywamy aplanatami. Komę można już próbować korygować w zwykłym dwusoczewkowym achromacie, lecz jego soczewki muszą już być rozdzielone.
WINIETOWANIE
Wszelakie pociemnienia na obrazie wynikające z nierównomiernego naświetlenia poszczególnych części obrazu.
Najczęściej wynika z obcinania stożka światła biegnącego przez telekop. Może być powodowane źle dobranymi rozmiarami tubusu, lusterka wtórnego, czy też wyciągu okularowego. Jak sama nazwa wskazuje, winietowanie objawia się powstaniem w otrzymanym obrazie swoistego okrągłego (czasem owalnego) obramowania, czyli winiety, co wynika ze spadku jasności obrazu przy brzegach pola widzenia.
