賽德爾

賽德爾

賽德爾(Van Seidel ),德國數學家。1856年德國的賽德爾,分析出五種鏡頭像差源之於單一色(單一波長)。此稱為賽德爾五像差。

球面像差


[spherical aberration]
以鏡頭是球面構成的觀點而言,這是一種無可避免的像差。當平行的光線由鏡片的邊緣通過時,它的焦點位置比較靠近鏡片,而由鏡片的中央通過的光線,它的焦點位置則較遠離鏡片(這種沿著光軸的焦點錯開的量,稱為縱向球面像差)。口徑愈大的鏡頭,這種傾向愈明顯。受到球面像差影響的點像(point image),近軸光線的影像,其邊緣彷佛被周圍來的光斑(flare,又稱為halo光暈,它的半徑稱為橫向球面像差)所包圍。因此由畫面中央到周圍都受到影響,整體好象蒙上一層紗似的,變成缺少鮮銳度的灰濛影像。對於球面鏡片的球面像差進行矯正,是件非常困難的工程。通常是以某一個入射距(從光軸起算的距離)的光線為基準,然後使用凸、凹兩枚鏡片予以適當的組合來完成,可是,只要是使用球面鏡片,某種程度的球面像差就無法獲得很大的改善。不過,徹底消除大口徑鏡頭全開狀態的球面像差,除了採用非球面鏡片之外別無他法。

彗星像差


[coma/comatic aberration]
球面像差矯正過的鏡頭,在它的畫面周邊最常見的象。當光軸外的光線斜向射入鏡頭后,在面上無法聚集成一點,向畫面中心或相反方向形成拖著尾巴的一種像差。拖著尾巴的樣好象慧星掃把星),所以叫做慧星像差,,這種松蒙現象稱為慧星光斑(comatic flare)。即使是可以在光軸上,將點成像成點的鏡頭,從離軸的點過來,通過鏡頭邊緣的光線,和通過鏡頭中心的主光線相比,有著不一樣的折射時,也容易產生這種像差。主光線的傾斜度愈大,慧星像差愈明顯,周邊的反差也愈降低,不過,縮小光圈仍然可以獲得某種程度的改善。受到這種像差影響的松蒙影像,呈現滲開的污染狀,令人感到不快。針對某一種特定距離的被攝體,同時消除球面像差和慧星像差的叫做消球差(aplanatism),而可矯正此二像差的鏡頭叫做消球差鏡頭(aplanat)。

像散現象


經過球面像差和慧星像差矯正的鏡頭,在光軸上亦即畫面中心,可以將點成像成點畫像,可是,離軸區的點卻不成點,而變成橢圓形或線狀。這種像差即為像散現象。為了能詳細地在周邊部觀察這種現象,將焦點慢慢錯開,放射狀延長的線一直到焦點的第一位置,和同心圓的線一直到清晰的焦點的第二位置(這兩個焦點位置的距離,稱為像散差距)都可以確認出來。換言之,子午(meridonal)像面的光線和弧矢(sagittal)像面的光束並無等價條件,所以兩者的光線不能同時成為一點。子午像面的焦點在最佳位置時,弧矢像面的光線就結成線狀(同心圓方向/子午焦線),反之,弧矢像面的焦點在最佳置時,子午線面的光線也結成線狀(放射狀方向/弧矢焦線)。

畸變


[distortion]
畸變指物體通過鏡頭成像時,實際像面與理想像面見產生的形變。或者說物體成像后,物體的像並非實際物體的等比縮放,由於局部放大率不等而是物體的像產生變形。
對角線向外延長的變形(正)叫做枕形(pincushion)畸變,向內縮短的變形(負)叫做桶形(barrel)畸變。雖然罕見,也有兩者同時存在的複合形畸變,出現在超廣角鏡頭上。鏡頭組合構成上,鏡片對稱的分置光圈兩側,畸變比較少;非對稱構成的鏡片,則經常發生。另外,變焦鏡頭的畸變在廣角區為桶形,望遠區為枕形(因變焦的不同,歪曲像差的特性稍微不同)。採用非球面鏡片的變焦鏡頭,由於非球面鏡片有消除歪曲像差的功能,矯正效果相當良好。再者畸變是通過鏡頭中心的主光線異常折射所引起的,因此不論如何縮小光圈,都不能獲得改善。

像面彎曲


[curvature of field]
焦點對在平面物體時,像面並沒有結成平面,像碗狀一樣形成內凹的一種現象。因此,當焦點對在畫面中心時,四周趨清晰,反之,焦點對在四周時中心就變模糊。像面彎曲主要隨著像散現象的矯正方法而改變,由於像面會出現在子午像面和孤矢像面之間,因此,像散現象矯正得愈好,像面彎曲現象就愈少。由於縮小光圈無法矯正像面彎曲,因此設計上,一般都是改變各種單鏡片的開頭或者選擇光圈的位置上下功夫。像散現象和像面彎曲需要同時矯正時,不可少的條件之一的就是匹茲萬條件(Petzval’s condition/1843年)。這個條件就是,將鏡頭使用的單鏡片數,加在各單鏡片的折射率乘以焦點距離的積的倒數上,它的和最好等於零,這個和叫做[匹茲萬和數](Petzval’s Sum)