hlavní menu | < předchozí kapitola | další kapitola >

Optické vady a vlastnosti objektivů

Vezměme do úvahy všechny vlastnosti, které mají vliv na vzhled výsledného obrazu.

Vady zobrazení (aberace)
Vinětace
Centrování
Rozlišovací schopnost
Reflexy (odrazy)
Absorbce světla (pohlcování)
Spektrální propustnost
Bokeh
Paprskování
Testování optických vlastností objektivů

VADY ZOBRAZENÍ (aberace)

Jednoduché zobrazovací rovnice, s nimiž počítáme při zobrazování čočkou, platí pouze pro paprsky v těsné blízkosti optické osy - v tzv. paraxiálním prostoru, ale se vzdalováním od osy se začínají projevovat složité jevy, které obraz nějakým způsobem deformují. Dalším problémem je, že jednoduché rovnice předpokládají monochromatické světlo (jednobarevné, složené z jedné vlnové délky).

Sférická vada
je způsobena tím, že paprsky na krajích čočky se lámou víc než ty kolem středu, tudíž nejsou zaostřeny na plochu filmu, ale kousek blíž. Na obrazu se to projeví máznutím, neostrostí. Nejchoulostivější jsou tlusté čočky u krátkých ohnisek a hodně světelné objektivy. Vada lze odstranit zacloněním.

Astigmatismus
způsobují šikmé paprsky, které se lámou jinak než kolmé. Body mimo střed se zobrazují jako elipsy nebo úsečky a ke krajům se prodlužují. Při přeostřování se zase začnou protahovat kolmo na předchozí. Ostrost vodorovných nebo svislých linií může klamat, protože při určitém zaostření se úsečky vzájemně překrývají. Vada se při konstrukci objektivu odstraňuje vhodnou kombinací čoček. Zmírňuje se rovněž zacloněním.

Koma (asymetrická vada)
je tvořena velmi šikmými paprsky procházejícími blízko u okraje čočky, které se lámou značně nepravidelně. Jimi vytvořený obraz předmětu je jinak velký než který vytváří paprsky ze středu objektivu, čímž vzniká složitý útvar podobný kometě s chvostem ubíhajícím ke kraji. Při stavbě objektivu se vada odstraňuje vhodným umístěním roviny clony, jinak pak zacloněním.

Zklenutí pole
znamená, že body ležící v rovině rovnoběžné s rovinou filmu nevytvoří ostrý obraz na rovinu filmu, ale na zakřivenou plochu, a to vypuklou nebo vydutou. Znamená to, že můžeme zaostřit buď na kraj nebo na střed pole. Vada značně vynikne u snímků plochých předmětů nablízko (malá hloubka ostrosti), při snímcích vzdálených objektů se téměř neprojevuje. Často se s ní setkáme u světelných projekčních objektivů. Lze jí odstranit vhodnou vzájemnou polohou členů objektivu a roviny clony.

Chromatická vada (barevná)
je důsledkem rozdílného indexu lomu jednotlivých barev ve spektru, takže dochází vlastně k ohniskové diferenci. Nejvíce se projeví na ostrých kontrastních hranách, které se zobrazí mázle a v barevném spektru. Největší rozdíl v indexu lomu je mezi barvami z opačných konců spektra (červená-fialová), ty pak ohraničují obraz. Velké nebezpečí hrozí od paprsků vlnových délek, pro které není objektiv korigován. Stává se to u infračerveného nebo ultrafialového záření, při jehož velkém obsahu může dojít ke značnému rozostření. Barevná vada se koriguje (zvláště u teleobjektivů, kde se paprsky promítají pod malým úhlem) použitím optických členů vyrobených ze speciálních skel a kombinací různých druhů skel o různém indexu lomu (sklo korunové - má malý rozptyl, flintové - velký rozptyl atd.)

obr. chromatická vada

Zkreslení
neboli zhroucení kresby je patrné směrem ke krajům. Dochází k němu vlivem různě velkého zvětšení předmětu ve středu a na okraji obrazu. Podle toho jak se deformuje fotografovaný čtverec rozlišujeme tyto typy zkreslení:

obr. zkreslení

O typu rozhoduje umístění clony (před spojkou, před rozptylkou). Zkreslením trpí nejvíce širokoúhlé objektivy a zoomy, zvláště s velkým rozsahem, které mívají u krátkých f soudkovité a u dlouhých f poduškovité zkreslení. Nezmění se zacloněním.

Tyto vady se při konstrukci objektivů (viz.další kapitola) korigují s větší či menší úspěšností. Používá se soustavy mnoha čoček různého tvaru a různých materiálů. Objektivy jsou vždy korigovány pro určitou vzdálenost, kde pak vykazují lepší vlastnosti než ve zbylém zaostřitelném pásmu. V některých případech se záměrně určité vady ponechávají. Celkově se účinky vad nejvíce projevují u zoomů, dost širokoúhlých objektivů a u objektivů s malým základním c. Optimální korekce bývají u středních clonových čísel. U velmi světelných objektivů se může stát, že kreslí lépe při menších clonách, protože musí být korigována rozsáhlá okrajová pásma, a to často na úkor středů, které se využívají při větším zaclonění. Tento kompromis často způsobí, že s drahými supersvětelnými objektivy nemůžeme kresebně dosahovat tak skvělých výsledků jako s jejich méně světelnými bratry.

 

VINĚTACE

Je to pokles osvětlení ke krajům obrazu. Vinu nesou jednak optické zákonitosti jednak stavba objektivu, především jeho konstrukční délka. Čím více čoček tím větší náchylnost k vinětaci. Podílí se na tom i objímky čoček, na které paprsky narážejí nebo se lámou jako na cloně. Vinětace se projevuje také více u objektivů s velkým zorným úhlem, které obsahují čočky s velkým zakřivením. Tato vada se někdy koriguje přídavnými optickými členy se zatmavováním ke středu.

 

CENTROVÁNÍ

Středy křivosti všech optických členů leží na jedné optické ose procházející i středem roviny filmu, která je kolmá na optickou osu (nemusí platit u speciálních objektivů, viz. v kapitole Zvláštnosti a pojmy v konstrukci objektivů). Dobré centrování optického systému znamená rovnoměrnost kvality zobrazení po celém obrazovém poli. Optické vlastnosti musí mít ve všech rozích stejné hodnoty. Toho se dosáhne pečlivým usazením všech členů přesně v optické ose. U levných objektivů se právě tento nedostatek díky hromadné rychlovýrobě často objevuje.

 

ROZLIŠOVACÍ SCHOPNOST

Ohyb světla - U paprsků procházejících bezprostředně podél okrajů kruhového otvoru (tj. clony, objímky čoček) dochází k ohybovým jevům, které se stupňují se zmenšováním průměru otvoru clony. Výsledkem je nemilá skutečnost, že bod se zobrazí jako ploška (totéž platí i pro oko), orámovaná několika různě prosvětlenými kroužky. To má za následek limitovanou ostrost (rovněž kontrast), kterou popisujeme termínem ROZLIŠOVACÍ SCHOPNOST. Měří se počtem rozlišitelných čar na 1 mm, přičemž pojmem čára se chápe útvar složený z černého a bílého proužku. Teoreticky by se měla zlepšovat s rostoucím otvorem clony, jenomže pak se zase začínají příliš projevovat ostatní vady, při kterých rozlišovací schopnost klesá. Pro každý objektiv tedy existuje optimální clonové číslo, při kterém je nejkvalitnější kresba i kontrast. Směrem ke zcela otevřené nebo zavřené cloně se hodnoty zhoršují. Toto optimální clonové číslo leží nejčastěji mezi třetím až čtvrtým stupněm nad základním c objektivu (např. pro obj. 2,8/28mm by to bylo mezi 5,6 a 8), ale může být i jinak.
Důležitým pojmem svázaným s rozlišovací schopností je rozptylový kroužek. Předmětový bod se zobrazí objektivem díky popsaným vadám jako "kroužek". Jeho velikostí můžeme definovat pojem ostrost. Zdravé oko je schopné rozlišit 2 body, jejichž vzdálenost je cca 1/3500 pozorovací vzdálenosti. Takže při pozorovací vzdálenosti 25 cm by se nám jevil obraz 13x18 cm (cca 5x zvětšený kinofilm) naprosto dokonale ostrý, pokud rozptylový kroužek nepřesáhne velikost 0,071 mm, čili na filmu 5x méně, tj. 0,014 mm (70 čar na mm). Záleží tedy na tom, jakou připustíme maximální velikost rozptylového kroužku, abychom při daném zvětšení a pozorování z určité vzdálenosti ještě považovali obraz za ostrý. Pro běžné využití se hodí počítat s obrazem pozorovaným ze vzdálenosti úhlopříčky tohoto obrazu, neboť to je oku nejpřirozenější (přesněji viz. základní objektivy). Všeobecně uznávaná tolerance velikosti rozptylového kroužku pro kinofilm je 0,03 mm, Sinar a Zeiss mají tvrdší podmínky 0,025 mm. Z tohoto totiž definujeme i hloubku ostrosti při jednotlivých clonách, která právě pro tyto velikosti rozptylového kroužku bývá zobrazena na objektivu. Pokud ovšem si stanovím náročnější kritéria, hloubka ostrosti se zmenší. Pomocí rozptylového kroužku mohu také definovat přípustnou neostrost vlivem rozhýbání obrazu (při fotografování z ruky) nebo nepřesného zaostření.

 

REFLEXY (odrazy)

Velkým problémem v optické soustavě jsou různé odrazy paprsků, které se přímo neúčastní tvorby obrazu. Část paprsků se odráží přímo od čoček zpátky (ztráta světla) nebo různě náhodně ve vlastním tubusu objektivu. Odrazy můžeme rozdělit podle důsledku na odlesky (světelné skvrny různých tvarů) a duchy (tvoří se většinou světelný závoj podstatně snižující kontrast a zhoršující kvalitu podání barev). Tyto odrazy způsobuje boční světlo a světelné zdroje přímo v zorném poli objektivu a podstatně je dotváří lamelová clona. Odrazy vlastně vytvářejí jakési obrazy čehosi, často lamelové clony (nebo tvary oválů, půlměsíců, to záleží na představivosti objektivu; čím méně kvalitní objektiv tím větší mívá představivost). Mohou se vytvořit do roviny filmu, ale častěji spíš někam úplně jinam, což se projeví právě tvorbou duchů (závojů). Na počet těchto rušivých obrazů (jakož i na ztrátu světla odrazem) má vliv počet optických členů v objektivu, přesněji počet rozhraní sklo vzduch, a vlastní stavba objektivu. S počtem členů 1,2,3,4,5,6... se zvětšuje počet odrazů 1,6,15,28,45,66... Takže v jednoduchém objektivu s 8 optickými odraznými plochami (základní konstrukce planaru), tj. se 4 členy, může vzniknout 28 druhotných obrazů a paprsky se tam ještě mohou různě náhodně mydlit. Na jedné takové ploše by se při použití normálního skla ztratilo asi 5% světla, což by děsivě snížilo množství světla procházejícího k filmu. U starších objektivů, dokud ještě nebyly vyvinuté antireflexní technologie, se ztrácelo i 45% světla, takže docela dobře mohl být při určitých podmínkách světelný objektiv méně světelný než méně světelný objektiv jednodušší konstrukce.

Proti odrazům bojujeme několika způsoby:

ANTIREFLEXNÍ (protiodrazné) VRSTVY - Jsou to většinou vícevrstvé (multicoating - MC) povlaky na čočkách z fluoridů kovů v kombinaci s dielektrikem, nanášené ve vakuu. Musí mít určitou tloušťku a určitý index lomu. Jejich použitím se zvýší světelná propustnost čoček (u složitých objektivů až několikanásobně) a dost podstatně omezí tvorba rušivých obrazů. Kvalitními MC vrstvami docílíme mnohem kontrastnějšího obrazu a lepšího barevného přenosu. Další jejich výhodou je, že odolávají mechanickému poškození a vlhkosti. S jejich rozvojem bylo možné začít konstruovat mnohem složitější objektivy. Jako zvláště ceněný můžeme uvést multicoating Pentax SMC a unikátní Carl Zeiss T*.

Dalším způsobem jak omezit odrazy je používání tzv. VNITŘNÍCH CLON v tubusu objektivu. Jedná se o rýhování vnitřních stěn tubusu, které jsou navíc pro lepší pohltivost černě matovány (při použití měchových zařízení mají stejný význam záhyby měchu). Těchto rýh si můžeme často všimnout i před čelní čočkou objektivu.

Velký význam pro ochranu před postranními paprsky má SLUNEČNÍ CLONA. Aby tyto paprsky nezapříčinily vznik duchů nebo odlesků, nesmějí se dostat ke vstupní čočce. Některé objektivy mají proto vstupní čočku značně hluboko, např. hodně základních objektivů nebo makroobjektivů. Některé objektivy zase mají vhodně vytvarovanou obrubu (objektivy, na které stejně už nelze nic montovat, což jsou většinou velmi širokoúhlé objektivy nebo rybí oka) nebo je v nich zabudována vysouvací clona (případ mnoha teleobjektivů, u kterých to delší konstrukce umožňuje). Jinak musíme používat nasazovací sluneční clony (pevné kovové nebo sklopné gumové). Mají obvykle tvar kuželu nebo lépe tvar formátu a musí být vypočtené pro příslušný zorný úhel. Lze jich výhodně použít i jako ochrany proti nepřízni počasí a mechanickým vlivům (padání kamení :-)).

 

ABSORBCE SVĚTLA (pohlcování)

Jak jsme se už zmínili, optickou soustavu tvoří látky (sklo čoček), které pohlcují část paprsků. Ne všechny paprsky procházející čočkami objektivu se tedy dostanou až k rovině obrazu. S rostoucí mohutností těchto optických členů vzrůstá i nebezpečí ztráty světla. Značně záleží na kvalitě použitého skla, průměru čoček a typu konstrukce. Spolu s MC má sklo největší vliv na kvalitu výsledného obrazu po stránce kontrastu a barevného přenosu.

 

SPEKTRÁLNÍ PROPUSTNOST

Dost společného s minulým tématem má spektrální propustnost objektivů. Různé druhy optického skla propouští různé vlnové délky jinak, k tomu ještě může být sklo záměrně přibarveno, proto každý objektiv vytvoří barevně jiný obraz. Mluvíme potom o celkovém barevném podání teplém, chladném nebo neutrálním. Někdy se záměrně omezuje propouštění určitých spekter, zejména pak krátkovlného (UV) pro odstranění studeného nádechu nebo zase dlouhovlného infračerveného. Při práci s těmito barevnými spektry si musíme uvědomit, že mají dost odlišnou vlnovou délku, paprsek se láme jinak (UV více, infračervené méně) a ohnisková vzdálenost je tedy citelně posunutá (viz. též chromatická vada). Stupnice předmětových vzdáleností na objektivu pak nesouhlasí se skutečnou vzdáleností. Můžeme se setkat se značkou R (leží před značkou nekonečna) označující nekonečno pro infračervené záření. Při infrasnímcích musíme proto ostřit před viditelnou zaostřenou vzdálenost.

 

BOKEH

Toto prapodivné slovo bez českého ekvivalentu popisuje kvalitu a způsob rozmazání neboli způsob zobrazení nezaostřených objektů. Výrazně se projevuje na světlých předmětech. Jedná se vlastně o rozptylové kroužky jednotlivých předmětových bodů zvětšujících se s rozostřováním. Jejich tvar odpovídá tvaru výstupní pupily, zpravidla tedy cloně. Podle toho jak se rozostří bod rozeznáváme tyto tvary:

Za tvarově nejpoužitelnější se většinou považují kroužky. Tyto tvary se více či méně hroutí směrem ke krajům obrazu, to záleží na korekci vad objektivu. Nezáleží ovšem jen na tvaru, ale také na tonálním charakteru. Tyto tvary mohou tmavnout směrem ke středu nebo směrem od středu nebo od jedné strany k druhé a opět ke krajům obrazu se může situace měnit, to opět záleží na korekci vad objektivu. Změnou clony můžeme vlastnosti trochu ovlivňovat, ale mění se nám s tím míra rozostření. Největší váhu má bokeh u portrétů a u makra, kde většinou pracujeme s malou hloubkou ostrosti.

 

PAPRSKOVÁNÍ

Tak bych nazval zobrazení světelných zdrojů nacházejících se přímo v zorném poli objektivu. S výhodou se ho efektně využívá třeba při snímcích přímo proti slunci. Od světelného zdroje se tvoří hvězdice a počet jejich paprsků (cípů) závisí na počtu lamel clony. Při zaclonění se s prodlužováním osvitu prodlužují i hvězdice, při odclonění se zkracují až při zcela otevřené cloně se vytvoří jen rozmazaný flek.

 

TESTOVÁNÍ OPTICKÝCH VLASTNOSTÍ OBJEKTIVŮ

Posuzování kvality vždy závisí na stanovených kritériích, stejně jako posuzování ostrosti - neostrosti. Řekneme-li o něčem, že je to kvalitní, a pro fotografie 10x15cm také opravdu je, nemusí už vyhovovat svými parametry při zvětšení na 30x40cm a ještě na superkvalitní papír. Vždy pak ještě záleží na záměrech použití. Testování objektivů se provádí pro srovnávání a také proto, že vliv jednotlivých zbytkových vad a jevů nelze samostatně určit. Provádí se experimentální hodnocení pomocí testové tabule. Všeobecně uznávaný je test MTF (Modulation Transfer Function), založený na posuzování reprodukce kontrastu předlohy a vytvořeného obrazu. Měřeno jest pomocí počtu čar na mm (takže rozlišovací schopnosti) drahými aparaturami. Testovací předlohu tvoří čárový rastr orientovaný úhlopříčně a kolmo na to. Testy ovšem zahrnují mnoho složitých nuancí při měření pro posouzení jednotlivých vlastností. Testy MTF vycházejí různě pro jednotlivé clony, pro různé vzdálenosti a pro různé vlnové délky, z čehož se mohou odvozovat jednotlivé optické vady objektivu. Aparatury umožňují také hodnocení zkreslení, vinětace či centrování. Nicméně v praxi se mohou objevit trochu jiné poznatky, neboť podmínky jsou v terénu značně odlišné od laboratorních a jsou především značně pestré. Každý si ale nakonec musí zhodnotit sám, které vlastnosti jsou pro jeho záměry nejdůležitější, a díky testům se má čeho chytnout.

V současné době díky internetu vznikají různá fóra, kterých hojně přibývá, a to je podle mého názoru superzdroj informací z praktických zkušeností, které mají necenzurovanou váhu, samozřejmě po uváženém odfiltrování pochybných příspěvků. Ó, umíráte, klamní letákové!

 

hlavní menu | < předchozí kapitola | další kapitola >