Введение в оптику

6. Объективы фотоаппаратов

Задача объектива состоит в построении оптического изображения на поверхности светочувствительного материала. При этом необходимо, чтобы построенное изображение имело желаемый масштаб, сохраняло подобие геометрических форм объекта, воспроизводило необходимые мелкие детали объекта и обладало световой энергией, достаточной для воздействия на светочувствительный слой. В большинстве случаев требуется, чтобы перечисленные свойства оптического изображения были одинаковы как в центре кадра, так и на его краях.

Главные характеристики объектива обозначаются на его оправе, более подробные приводятся в паспорте и описании.

Модель объектива, его название, характеризует конструкцию оптической системы. По названию на оправе в справочнике можно найти подробное описание объектива, число линз и их форму.

Как уже упоминалось, все современные фотографические объективы являются много линзовыми анастигматами, исправленными в отношении всех аберраций.

Главное фокусное расстояние объектива определяет геометрические размеры получаемого изображения, его масштаб. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем крупнее масштаб изображения при прочих равных условиях. Величина фокусного расстояния, выраженная в сантиметрах или миллиметрах, указывается на оправе объективов. Необходимо иметь в виду, что номинальное фокусное расстояние указано на оправе округленно, оно почти всегда отличается от фактического фокусного расстояния конкретного объектива на 3-4%.

Некоторые фотоаппараты снабжаются набором из трех-четырех сменных объективов, отличающихся фокусными расстояниями. Такой набор объективов позволяет с одной точки съемки получить изображение объекта в разных масштабах. Снимки, полученные объективами с разными фокусными расстояниями, будут отличаться степенью изменения масштаба от ближнего плана к дальнему. На снимке, сделанном короткофокусным объективом, масштаб ближних объектов резко отличается от масштаба удаленных предметов; последние кажутся очень мелкими, перспектива подчеркнута, утрирована. Изображения, снятые длиннофокусными объективами, отличаются плавной, растянутой перспективой, разница в масштабах удаленных и близких предметов почти незаметна. Эта особенность используется как художественное средство при съемке пейзажей, архитектурных композиций, а также портретов.

Относительное отверстие объектива - отношение диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию. Принято выражать эту величину в виде дроби

1/f:d

в знаменателе определяется, во сколько раз фокусное расстояние больше диаметра действующего отверстия объектива. Значение максимального относительного отверстия является важнейшей характеристикой объектива и гравируется на оправе, например в виде 1:2, что означает: диаметр отверстия объектива лишь в два раза меньше его фокусного расстояния. Чем меньше величина знаменателя, тем большими возможностями обладает объектив в условиях слабого освещения. Если сравнивать два объектива, имеющих при одинаковом фокусном расстоянии 5 см диаметры, равные 2,5 и 1,25 см, то, конечно, предпочтение нужно отдать первому объективу.

Работая над улучшением характеристики объективов, оптики всегда стремятся, насколько возможно, увеличить диаметр действующего отверстия объектива. За последние десятилетия оптикам в этом отношении удалось добиться значительных успехов. Не так давно объективы с максимальным относительным отверстием 1:3,5 и 1:4 считались хорошими. Сейчас очень многие объективы массового выпуска имеют максимальное относительное отверстие: 1:2,8; 1:2,0 и даже 1:1,2.

Величину знаменателя максимального относительного отверстия иногда неправильно называют светосилой объектива. Светосилой называется отношение освещенности изображения к яркости объекта съемки. Она равна отношению квадрата диаметра действующего отверстия объектива к квадрату его фокусного расстояния или квадрату относительного отверстия. В самом деле, для практики важны не геометрические отношения, а представления о том, во сколько раз больше света проходит через один объектив, чем через другой. На первый взгляд может показаться, что из двух объективов с относительными отверстиями 1:2 и 1:4 первый вдвое светосильнее второго, однако это не так. Диаметр (и радиус) отверстия у первого объектива вдвое больше, чем у второго, площадь отверстия, сквозь которое проходит свет, пропорциональна квадрату радиуса (S = ¶r2).

Рис. 26. Соотношение диаметров и площадей отверстий

Следовательно, определяя светосилу двух объективов, надо сравнить квадраты радиусов или квадраты относительных отверстий:

Таким образом, светосила второго объектива не в два, а в четыре раза меньше, чем светосила первого, и при съемке вторым объективом выдержка должна быть вчетверо больше, чем при съемке первым объективом. Соотношение диаметров и площадей отверстий двух объективов наглядно представлены на рис. 26.

Продолжение