Цифровое оборудование

Главная > Как устроен фотоаппарат > Объектив >
Меню:

Объектив

Объектив – оптическое устройство, формирующее изображение на поверхности светочувствительного элемента.

Наверное, у каждого из нас найдется хоть одна выпуклая стеклянная линза. Можно попробовать сделать простейший опыт. Днем, когда освещение на улице явно лучше, чем в помещении, возьмите выпуклую линзу и лист бумаги. Держа лист бумаги вертикально, расположите линзу в нескольких сантиметрах от листа бумаги в сторону окна. На бумаге получится светлое пятно. Теперь медленно перемещайте линзу, приближая или удаляя ее от листа бумаги. В некотором положении линзы светлое пятно на бумаге примет форму окна и сфокусируется. Все предметы, находящиеся за окном отобразятся на бумаге весьма четко. Правда, изображение будет перевернутым, а по краям менее четким, чем в середине. Мы получили простейший объектив. Расстояние от листа бумаги до линзы, когда изображение сфокусировано – его фокусное расстояние. Уменьшение четкости изображения от центра к его краям – геометрическими искажениями, или аберрациями. Кстати, если присмотреться, то можно заметить, что по краям изображения оно не только теряет четкость, но и окрашивается цветными контурами. Это – хроматические аберрации, возникающие из-за того, свет разных цветов преломляется линзой по-разному.

Иногда можно услышать следующее – «Не покупайте аппарат марки ххх, у него очень плохой объектив, все дома падают». Подобные искажения действительно имеют место, однако с геометрическими искажениями в объективе они не имеют ничего общего. Представим себе, что мы с некоторого не очень большого расстояния смотрим на дом прямоугольной формы. Ширина крыши дома равна ширине его основания, однако крыша находится существенно дальше от нас. Следовательно, угловой размер крыши окажется меньше, и соответственно, меньше окажется ее изображение в нашем глазу или в фотоаппарате. То есть прямоугольный дом будет выглядеть на снимке как трапеция. Таким же образом, два совершенно вертикальных столба на снимке окажутся наклонены друг к другу. Заметим, что если мы отойдем подальше от объекта съемки, искажения уменьшаться – разница в угловом размере останется, но будет менее существенной. Подобные искажения называются перспективными искажениями и присутствуют даже в весьма качественных фотоаппаратах. Однако, если правильно пользоваться аппаратом, их можно уменьшить, а при помощи графического редактора их можно полностью устранить.
Фокусное расстояние обратно пропорционально углу зрения объектива и прямо пропорционально степени приближения объективом объекта съемки. Фокусное расстояние принято указывать в миллиметрах.

Большинство объективов современных цифровых аппаратов – объективы с переменным фокусным расстоянием. Исключение составляют объективы самых примитивных фотокамер, действительно состоящие из единственной линзы и высококачественные профессиональные объективы, в которых все виды искажений минимальны.

Кратность изменения фокусного расстояния называют кратностью зума. Объектив, изменяющий фокусное расстояние в диапазоне 37-111 мм имеет трехкратный зум, а объектив с диапазоном фокусных расстояний 38-380 мм – десятикратный.

С появлением цифровых фотоаппаратов, в обозначениях фокусных расстояний возникла некоторая путаница. При разных размерах матрицы объективы с разными фокусными расстояниями могут иметь одинаковый угол зрения и давать в результате одинаковые снимки. И наоборот, один и тот же объектив на разных матрицах может давать разные снимки, как будто у него изменилось фокусное расстояние. Поскольку все уже давно привыкли к тому, что объектив с фокусным расстоянием 50 мм имеет угол зрения 46 градусов, а угол зрения объектива с диапазоном фокусных расстояний 28-135 мм меняется в диапазоне от 75 до 18 градусов, фокусные расстояния объективов компактных цифровых камер стали приводить к «35-миллиметровому эквиваленту». Объектив с фокусными расстояниями 7,2-50,8 мм может быть эквивалентен стандартному пленочному объективу 28-200 мм при использовании светочувствительной матрицы 2/3”, т.е. он будет иметь тот же диапазон изменения угла зрения как и объектив 28-200 при использовании матрицы размерами 24х36 мм.

Объективы с фиксированным фокусным расстоянием, применяемые в самых дешевых фотоаппаратах, объективы фотокамер, встроенных в мобильные телефоны, не только не позволяют приближать или удалять объект съемки, но и не имеют механизма фокусировки. Как же тогда в них получается резкое изображение ? Ну во-первых, оно не такое уж и резкое. Сравните снимок, сделанный мобильным телефоном, и снимок, сделанный любым фотоаппаратом имеющим настоящий автофокус. И как говорится, почувствуйте разницу. Ну а для того, чтобы изображение в таких объективах было бы не совсем размытым, их делают с минимальным фокусным расстоянием, и соответственно, с максимальным углом зрения. И наводят резкость на бесконечность. А бесконечность у объектива с маленькой матрицей и широким углом зрения может начинаться с расстояния меньше метра. Вот только беда в том, что объективы с широким углом зрения усиливают перспективу, т.е. близкие предметы кажутся ближе, далекие – дальше. Что же мы увидим на снимке? Попробуйте ради эксперимента снять мобильным телефоном лицо человека. А потом, то же лицо снять в том же масштабе, но аппаратом с зумом, установив зум на максимальное приближение. Во втором случае, на снимке получится вполне нормальное лицо, тогда как в первом на лице будет виден один огромный нос, и только где-то вдали уши. Получается, что ни мобильным телефоном, ни аппаратом с фиксированным фокусом, лицо человека нормально снять нельзя.

Объективы с переменным фокусным расстоянием, также называемые вариообъективами или зум-объективами состоят из нескольких подвижных групп линз. Изменение взаимного расположения этих групп изменяет фокусное расстояние объектива. Фокусировка изображения в объективах компактных цифровых камер осуществляется перемещением задней линзы объектива. В сменных объективах зеркальных цифровых фотоаппаратов фокусировка может осуществляться перемещением передней линзы.

Типичный объектив компактного цифрового фотоаппарата имеет трехкратный диапазон изменения фокусного расстояния и состоит из передней группы линз, средней группы линз, с установленными на ней затвором и диафрагмой, и задней фокусирующей линзы. Перемещением передней и средней группы определяется фокусное расстояние, задняя линза фокусирует изображение. Объектив управляется при помощи двух шаговых электродвигателей – один из них выдвигает объектив в рабочее положение и перемещает переднюю и среднюю группу линз, т.е. управляет зумом, другой – перемещает фокусирующую линзу. В сложенном положении элементы объектива занимают строго определенное положение, фиксируемое двумя концевыми датчиками. Во время работы положение элементов объектива отслеживается по числу шагов двигателей, сделанных от момента срабатывания концевых датчиков.

Объектив, позволяющий изменять фокусное расстояние в 6, 10 или 12 раз, имеет большие размеры, и гораздо более сложную конструкцию. Помимо передней группы линз, он может состоять из еще двух подвижных групп линз, либо одной группы, внутри которой линзы тоже подвижны. Для перемещения линз может использоваться не 2 а 3 шаговых электродвигателя.

Принято считать, что чем больше диапазон изменения фокусного расстояние объектива, тем больше у него оптических искажений и тем хуже качество снимков. Теоретически это верно, хотя на практике это может быть и не так, и более того, может быть и наоборот. Если сравнивать снимки, сделанные реальными фотоаппаратами с 3 и 10 кратным зумом на краях диапазона фокусных расстояний, снимки трехкратного объектива скорее всего окажутся лучше, чем снимки десятикратного. Но разница эта будет весьма невелика. А если не использовать крайние положения, то снимки десятикратного объектива в диапазоне 6-8 кратного зума окажутся лучше.

Со времен широкого распространения максимально дешевых пленочных мыльниц существует легенда, что у дешевых аппаратов линзы плохие и пластиковые, а у дорогих – хорошие и стеклянные. Во-первых, пластиковая линза это не всегда плохо. А во- вторых, пластиковые линзы встречаются в объективах вне зависимости от цены и качества объектива, только внутри него, и только если это необходимо.
Еще одна легенда касается объективов с кратностью зума 10 или более. Якобы для съемки с таким большим приближением всегда нужно использовать штатив, иначе все снимки будут смазанными. Вообще-то, есть старое правило, что для избежания смазанности снимков нужно использовать выдержку, численно совпадающую или превосходящую значение фокусного расстояния. Т.е. к примеру объективом с фокусным расстоянием 50 мм можно снимать с рук, если использовать выдержку короче, чем 1/50 секунды. Во-первых, это правило с хорошим запасом – объективом 50 мм можно получать нормальные снимки и с выдержкой 1/30 секунды (если конечно не дрожишь от холода, или чего-то еще). А во-вторых, максимальное приближение цифровых аппаратов с кратностью зума 10 и более, соответствует фокусному расстоянию примерно 300-400 мм. Разве выдержка в 1/400 секунды – недостижимая величина? Днем на улице выдержка запросто может быть и короче. И в помещении со вспышкой такую выдержку тоже несложно обеспечить.

Некоторые объективы с 10-12 кратным зумом оснащаются оптическим стабилизатором изображения. Это устройство позволяет управлять положением одной из центральных линз объектива или светочувствительной матрицы, чтобы компенсировать дрожание аппарата. За счет этого становится возможным при съемке с рук устанавливать более длинную выдержку.

Дополнительно:
Разделы:
Мехмат
Как устроен процессор
Как устроен компьютер
Как устроен фотоаппарат
Фото-термины
Как починить фотоаппарат
Цифровое видео и ТВ
Электротехника и электробезопасность
Web
Мобильные устройства
Радиоэлектроника
Телефонная связь
Сети и сетевое оборудование
Программное обеспечение
Разное
Другие сайты:
Тойота-ФАК
Все об эксплуатации автомобилей марки "Тойота"
Фотобанк
Продажа высококачественных фотографий для полиграфии
Железная дорога
Коллекция масштабных моделей железнодорожного подвижного состава
Веб-камера
Веб-камера с возможностью управления установленная на 13-м этаже главного здания МГУ
МГУ в фотографиях
Большой архив фотографий главного здания МГУ
Отправить сообщение владельцу сайта можно здесь.