Евгений Сергеев - Вспомогательные (прикладные) дисциплины. Фотодело
Линейная мира представляет собой группы штрихов и светлых промежутков, по-разному ориентированных на плоскости, ширина которых от группы к группе уменьшается в определенное число раз. Соответственно уменьшается и ширина светлых промежутков. При рассматривании оптического изображения миры, построенное объективом, через микроскоп, видно, что крупные штрихи первых групп четко отграничены, промежутки уверенно просматриваются и число штрихов легко пересчитать. В следующих группах, по мере уменьшения ширины штрихов и нарастания их частоты, границы становятся расплывчатыми и, наконец, сливаются, не различаются. Та группа, в которой штрихи уже не удается пересчитать, считается пределом разрешения данного объектива. Количественно разрешающая способность выражается максимальным числом штрихов и равных им по ширине промежутков, раздельно передаваемых объективом на 1 мм длины изображения. Оптическая разрешающая сила объективов всегда выше фотографической и достигает величины 200–300-1 мм, это означает что, в оптическом изображении различимы детали размером до 0,005 мм.
1.4.2. Угол зрения объектива
Объектив, как и человеческий глаз, способен воспринимать объекты в ограниченном угле зрения. Угол поля зрения объектива характеризует пространство, которое охватывает объектив при съемке. Если за объективом поместить большое матовое стекло, то на нем получится изображение в пределах круга с размытыми, затемненными краями (рис. 1.4.4.)
Рис. 1.4.4. Угол поля зрения 2a и угол поля изображения 2w объектива
Этот круг называется полем зрения объектива. Можно провести круг, в пределах которого изображение будет удовлетворительным. В границах круга с достаточно хорошим качеством изображения должен быть размещен прямоугольный или квадратный кадр заданного формата. Угол 2w с вершиной в задней главной точке объектива, опирающийся на диагональ кадра, называется углом поля изображения. Его значение указывается в паспорте объектива. Угол поля зрения объектива обозначается символом 2a. При расчете объективов исходят из заданного формата кадра и фокусного расстояния для получения нужного угла поля изображения. Глаз человека, воспроизводит высокое качество изображения объекта в пределах очень малого угла зрения, равного примерно семь градусов. Хорошее качество изображения на фотоматериале можно получить в пределах гораздо большего угла зрения, величина которого определяется типом съёмочного объектива.
В зависимости от угла поля изображения объективы могут быть широкоугольными, нормальными и узко угольными (рис. 1.4.5.). Такое деление объективов условно. Нормальным о бычно считают объектив, у которого угол поля изображения близок к углу зрения человеческого глаза и составляет в угловой мере 45–55°. Такой угол можно получить тогда, когда фокусное расстояние объектива примерно равно диагонали кадра фотоаппарата. Объективы с большим углом поля изображения считаются широкоугольным и, а с меньшим углом поля изображения – узкоугольными .
Объективы, различающиеся углом поля изображения и предназначенные для использования в одном фотоаппарате с кадром определенного размера, различаются и фокусным расстоянием, как это показано на рис. 1.4.6. Широкоугольный объектив имеет фокусное расстояние меньшее, чем нормальный и тем более узкоугольный, если они рассчитаны на кадр одинакового формата.
Рис. 1.4.5. Различные углы поля изображения объективов с одинаковыми фокусными расстояниями f: а – широкоугольный; б – нормальный; в – узкоугольный
Рис. 1.4.6. Схема объективов с различными углами поля изображения, рассчитанных для одного фотоаппарата: а – широкоугольный; б – нормальный; в – узкоугольный. Профессиональные фотографы имеют наборы сменных объективов, которые различаются углами поля изображения и фокусными расстояниями, оправа которых позволяет быстро заменить один объектив другим
1.4.3. Формы и основополагающие принципы конструкции объектива
Рис. 1.4.7. Формы объективаФ отообъективы обычно конструируются из нескольких отдельных линз, которые, если конкретно не указано что-то иное, имеют сферические поверхности. Специальная линза с поверхностью, изогнутой в идеальной форме для коррекции этих аберраций, т. е. линза, имеющая свободно изогнутую поверхность, которая не является сферической, называется асферической линзой . Фокусное расстояние одинарной двояковыпуклой линзы – это расстояние между ее центром и точкой, в которой фокусируются параллельные пучки света, поступающего от объекта, находящегося в бесконечности (точка фокусировки).
Существует пять основных конструкций, используемых в объективах с одним фокусным расстоянием общего назначения. Первый тип с одной линзой является простейшим, состоит из одной или двух соединенных линз. Второй и третий это двойные объективы , состоящие из двух независимых линз. Четвертый тип это триплеты, объективы, состоящий из трех независимых линз, расположенных в такой последовательности: выпуклая-вогнутая-выпуклая. Пятый тип – симметричный, состоящий из двух групп по одной или больше линз одинаковой формы и конфигурации в группе, симметрично ориентированных вокруг диафрагмы
Рис. 1.4.8. Основные конструкции объективовСимметричные. В объективах этого типа группа линз за диафрагмой имеет почти такую же конфигурацию и форму, как группа линз, расположенная перед диафрагмой. Симметричные объективы классифицируются далее на различные типы, такие, как тип Гаусса, тройной, тип Тессар, тип Топкон и ортометрический, Из них наиболее широко используется объектив конфигурации Гаусса и его вариации, потому что его симметрическая конструкция обеспечивает хорошо сбалансированную коррекцию всех типов аберрации и можно достичь сравнительно длинного заднего фокуса. Основные характерные типы фотообъективов представлены на рис. 1.4.9.
Рис. 1.4.9. Основные характерные типы фотообъективовВ стандартных фотообъективах общая длина объектива (расстояние от вершины передней линзы до фокальной плоскости) больше, чем фокусное расстояние. Чтобы сохранить размер такого объектива разумной величины, в то же время, обеспечивая большое фокусное расстояние, комплект вогнутой (отрицательной) линзы располагается позади комплекта основной выпуклой (положительной) линзы, в результате чего получается объектив, который короче своего фокусного расстояния. При увеличении расстояния между аппаратом и объектом съемки и использовании объектива с большим фокусным расстоянием во время съемки одного и того же объекта перспектива станет более плоской. Кажущееся расстояние между объектами будет сокращаться, и их протяженность станет меньше. Объективы с фокусным расстоянием больше, чем у стандартного, называются телеобъективами. В таком объективе вторая главная точка расположена перед передней линзой объектива, рисунок 1.4.10.
Рис. 1.4.10.
1.4.4. Оптические искажения, возникающие в объективе
Относительное отверстие и фокусные расстояния хоть и важные, но далеко не единственные параметры, которые определяют качество объектива. При малом диаметре линз, и достаточно большом диапазоне фокусных расстояний практически невозможно избежать различных оптических искажений (абераций ).
Искажения можно разделить на два вида, геометрические и хроматические.
Геометрические искажения – это отличия изображения прошедшего через объектив с его сложной системой линз от того, что получилось на снимке. Эти искажения возникают потому что, что манипуляции с изображением которые происходят в линзах и призмах объектива, нельзя провести с абсолютной точностью. Любая насадка на камеру, например широкоугольная, с расширением возможностей объектива может создавать различные эффекты искажения.
Хроматические искажения возникают, если волны разной длины (а значит и цвета) через объектив проходят по – разному. Выглядит это как ореол другого цвета (чаще всего фиолетового) вокруг ярких объектов.
Кроме конструкции объектива, значение имеют и линзы, на основе которых объектив собран. К сожалению, оценить качество линз "на глаз" невозможно, а судить по косвенным данным (например, по бренду производителя) не всегда верно.
1.4.5. Оптические системы в цифровой фототехнике
В цифровой фотографии (ЦФ), как правило, используются оптика и механизмы традиционных фотоаппаратов, фотопленка заменена электронными светочувствительными элементами. Оптическая система является входным звеном любой цифровой аппаратуры, фильтром низких пространственных частот. В сочетании с ПЗС, объектив определяет качество съёмки.
