Что такое "воздушный диск", говоря простым языком?

Все оптические системы дают размытое изображение в результате дифракции. На фундаментальном уровне нам нужна линейка, чтобы измерить степень размытия в системе. MTF, MTF50 и другие показатели являются математически «разрешенными» величинами. Их получают, беря профиль интенсивности и выполняя над ним некоторые математические операции. Эти методы не могут указать «источник» размытия, только то, что размытие произошло.

Однако, когда вы рассматриваете такие вещи, как хроматическая аберрация, становится ясно, что они в некоторой степени зависят от длины волны или цвета. Как оказалось, это верно и для волнового поведения света. Синий свет распространяется не быстрее, чем красный свет, но он несет больше энергии на фотон и, следовательно, меньше размывается, когда отклоняется от апертуры. (E=mc^2 в конце концов, он должен быть более массивным и, следовательно, иметь большую инерцию).

В этом отношении мы используем длину волны света в качестве линейки. Более массивные фотоны не отклоняются так сильно, поэтому они остаются плотно упакованными и создают маленькое пятно высокой интенсивности.

Однако это в значительной степени не имеет отношения к фотографии , поскольку потребительские объективы просто слишком аберрированы.

Представляю вашему вниманию пятна от нескольких объективов, проверенные на стенде MTF. Объектив имеет светосилу f/2.4 и угол обзора 120 градусов. В соответствии с замыслом он ограничен дифракцией (с поправкой на менее лямбда / 6 волн аберрации, лямбда / 4 обычно считается дифракционно ограниченным).

Во-первых, у нас есть отличное место:

Мы также можем увидеть нарушенную оптическую систему, т.е. систему с некоторым смещением. Этот конкретный образец имеет около волны комы по оси. Это более типично для потребительских объективов, поскольку они просто не стоят достаточно, чтобы быть спроектированными и приведенными в соответствие с этой спецификацией (и в этом нет необходимости).

В качестве другого примера, здесь речь идет о полуволне комы, но также и о волне астигматизма. Не очень красиво.

Вот MTF трех точек в том же порядке:

Теперь давайте посмотрим на потребительский объектив, который повсеместно считается супер-пупер резким, и на мой любимый объектив — Zeiss 100mm f/2 Makro Planar.

Прошу прощения за изменение формата. Самое интересное здесь то, что нигде в поле зрения MTF при 50 л/мм не превосходит таковой у образца с сильными возмущениями. Он составляет около 0,6 по всему полю, тогда как сильно искаженный, но идеально спроектированный объектив достигает около 0,7 даже в худшей плоскости.

Может быть, через 10-25 лет, когда будут разработаны потребительские сменные объективы, а также этот широкоугольный фиксированный объектив за 25 000 долларов, он будет иметь значение в фотографии, но сегодня это не так.

Все мы знаем, что лучи света распространяются по прямой линии (луч от немецкого прямолинейный, как ствол дерева). Мы также знаем, что звуковые волны огибают препятствия. Мы слышим, как кто-то кричит за деревом. Возможно, вы знаете, что водные волны также огибают препятствие. Но знаете ли вы, что световые лучи, скользящие по острому непрозрачному краю, сливаются с траекторией световых лучей, которые просто пересекают край ирисовой диафрагмы. Речь идет о лепестках диафрагмы объектива. Мы говорим о дифракции (от латинского «изменить направление»).

Свет, вливающийся в геометрическую тень радужной оболочки, освещает демаркационную линию, делая разделение света и тени нечетким. Однако эта дифракция делает больше. Дифрагированные световые лучи интерферируют с прямыми лучами и образуют ряд интерференционных полос, окружающих каждую точку света, проецируемого линзой. Мы видим концентрические полосы, окружающие эту светящуюся точку. Эти нечеткие круги уменьшаются по интенсивности и удалению от центральной точки. Мы можем увидеть эти полосы только в том случае, если будем рассматривать изображение, отбрасываемое линзой, через увеличительное стекло.

На самом деле мы наблюдаем два явления: интерференцию и дифракцию. Они переплетаются, чтобы заставить то, что мы хотим быть точкой света, слишком маленькой, чтобы ее можно было различить как безразмерную, чтобы она выглядела как круг света с зубчатым краем. Это мы называем «Воздушный диск» (диск света, который мы видим в воздухе с помощью увеличительного стекла).

Это хорошо изучил Джон Стратт, английский дворянин, 3-й барон Рэлей (1842–1919, лауреат Нобелевской премии). Критерий Рэлея для линз остается в силе, несмотря на все наши усилия. Разрешающая способность объектива выражается в количестве линий на миллиметр. Это означает, что мы можем различать пространство между близко расположенными линиями. Разрешающая способность (RP) = 1392/f-число (разное для каждой длины волны, однако фотографически мы используем 1392).

f/1 = 1392

f/1,4 = 994

f/2 = 696

f/2,8 = 497

f/4 = 348

f/5,6 = 249

f/8 = 174

f/11 = 127

f/16 = 57

Примечание: f/8 превосходит то, что удобно для фотографии.