Объективный взгляд

Что такое объектив современного фотоаппарата? Для чего он нужен? Какие характеристики есть у объектива? Ответы на эти и другие вопросы вы найдёте в очередной статье нашей рубрики «Фотошкола».

Задача объектива – сформировать резкое изображение снимаемого объекта на плоскости светочувствительной матрицы фотоаппарата. В большинстве случаев объектив современных цифровых камер состоит из набора линз, изготовленных из специального оптического стекла или пластмассы и собранных в единую систему внутри оправы. Важнейшими характеристиками любого объектива являются фокусное расстояние, максимальное относительное отверстие, иногда называемое светосилой, уровень оптических искажений (аберраций) и разрешающая способность. Давайте попробуем последовательно разобраться во всем этом разнообразии показателей.

Фокусное расстояние
Под фокусным расстоянием понимают расстояние от оптического центра объектива до плоскости светочувствительного сенсора, измеряемое в миллиметрах. Для нас с вами важно понять и запомнить, что именно этот показатель определяет угол обзора камеры и степень увеличения или уменьшения объектов. Чем больше дистанция между начальной точкой и матрицей, тем ближе кажутся нам объекты, и тем меньше угол обзора. Соответственно, уменьшение фокусного расстояния позволяет увеличить этот угол и захватить в кадр большее количество объектов. Вы, вероятно, слышали такие термины, как «телеобъектив», «макрообъектив», «широкоугольник»... Так вот, такое разделение как раз и основывается на разных значениях фокусного расстояния. Например, этот показатель у нормального объектива, то есть объектива, позволяющего получать изображения с перспективой, близкой к тому, как его воспринимает глаз человека, примерно равен диагонали кадра. Телеобъектив, предназначенный для съемки удаленных предметов, имеет небольшой угол обзора и фокусное расстояние, значительно превышающее диагональ кадра. То же самое касается и макрообъективов. Диаметрально противоположные показатели характеризуют широкоугольные и сверхширокоугольные объективы. Так, оптика, предназначенная для съёмки панорам, либо в ограниченном пространстве помещений, обладает фокусным расстоянием значительно меньшим, чем диагональ кадра. Ещё меньше оно у объективов типа «рыбий глаз» – их оптическая система захватывает пространство от 140° до 180°.

Все объективы современных фотоаппаратов можно разделить на две большие группы. В первую группу мы отнесём всю оптику с неизменяемым (фиксированным) фокусным расстоянием – это так называемые фикс-объективы. Вторую группу составят зум-объективы, у которых этот показатель меняется. В настоящее время конъюнктура рынка сложилась так, что «фиксы» используются или в самых дешёвых цифромыльницах, или в профессиональной фототехнике, применяемой в основном для студийной съёмки. Подавляющее же большинство камер, начиная от фотоаппаратов средней ценовой категории и заканчивая, опять же, профессиональной аппаратурой, оснащены оптикой с переменным фокусным расстоянием. Это и понятно: если вы захотите снять пейзаж, то скорее всего, вам потребуется объектив с широким углом обзора, а если маленькую букашку или портрет, то наоборот, с узким. Таскать с собой сумку с целой кучей объективов на все случаи жизни неудобно. Лучше взять один, но с возможностью изменять фокусное расстояние.

Про 600-кратное увеличение
Любой вариообъектив характеризуется таким показателем, как коэффициент оптического увеличения, или иными словами – кратностью зума. Рассчитывается она путём деления наибольшего фокусного расстояния на наименьшее. При этом определяется та цифра, которую обычно гордо указывают на коробке и на самом фотоаппарате. Как правило, это 3‑5‑кратное увеличение.

Думаю, что тут стоит несколько отвлечься от основной темы и сказать пару слов о «цифровом зуме». Многие производители любительских фотокамер, чтобы привлечь покупателя, оснащают свою продукцию этим режимом. Ничего общего с изменением фокусного расстояния такое увеличение изображения не имеет. Просто процессор камеры берёт центральный фрагмент только что отснятого кадра и увеличивает его до полноформатного размера чисто программным методом – путём обыкновенной экстраполяции пикселей. Качество снимка при этом значительно снижается. Так что при выборе фотоаппарата ни в коем случае не обращайте внимания на этот показатель, а если вы всё же приобретёте аппарат функцией цифрового зума, отключите её раз и навсегда. Если у вас всё же появится желание увеличить какой-то фрагмент кадра, делайте это с помощью любого графического редактора на компьютере. Результат будет гораздо лучше, ведь алгоритмы обработки изображения, заложенные в цифровой фотоаппарат стоимостью пять-шесть тысяч рублей, никогда не сравняются с мощной математикой того же Photoshop’а.

Аберрации
Аберрации – это искажения изображения, связанные с несовершенством оптики фотоаппаратов. Любая оптическая система объектива далека от идеала, так как в построении оптического изображения участвуют лучи света, проходящие через линзы на разном расстоянии от оптической оси. Кроме того, лучи с разной длиной волны преломляются по-разному. Поэтому, помимо геометрических, возникают ещё и цветовые искажения.
Проще всего представить себе, что такое аберрации, можно на примере обычной лупы. Наведите её на мелкий печатный текст. В центре вы увидите чёткое, хорошо читаемое изображение, по краям же стекла буквы окажутся размытыми. Если мы теперь сократим рабочий диаметр нашей линзы с помощью куска чёрной бумаги с отверстием посередине, то тем самым мы добьёмся значительного уменьшения аберраций. Диафрагмирование реальных объективов как раз и позволяет в определённых пределах регулировать диаметр отверстия, через которое проходит световой пучок. Но уменьшение отверстия основным способом борьбы с аберрациями не является. Для этого существует другой, более действенный метод. Дело в том, что разные виды линз, выполненные из разных сортов стекла, обладают абсолютно разными свойствами.

Поэтому, если в определённой последовательности собрать в одну систему несколько разных оптических элементов, то они будут во многом компенсировать искажения друг друга. Эта методика используется даже в объективах простых компактных цифромыльниц. Их оптика может состоять из шести-девяти элементов. В дорогих профессиональных объективах количество линз может достигать пятнадцати, а то и двадцати. Для построения таких сложных систем производители вынуждены применять высокотехнологичные линзы с многослойным просветлением, дорогие марки стекла и многое другое. Читая технические характеристики своего объектива, вы, скорее всего, наткнётесь на что-нибудь вроде «12 элементов в 5 группах, 1 асферический элемент». Количество элементов – это количество линз, из которых состоит оптическая система. Некоторые из этих линз склеены между собой, что и составляет группы. Асферический элемент – это линза с несферической формой поверхности. Её присутствие в объективе позволяет бороться со сферическими аберрациями. Такие линзы, в связи со сложностью их изготовления, лишь недавно получили широкое применение в дешёвых объективах.
Создание сложной оптической системы, в которой будут компенсированы аберрации, – задача изначально трудная. В случае же объектива с переменным фокусным расстоянием она усложняется многократно. Так как в таких системах линзы перемещаются, конструкторам приходится учитывать влияние множества факторов во всех положениях зума. Как правило, во всём рабочем диапазоне объектива скомпенсировать аберрации невозможно – какой-то их вид будет сильнее проявляться на одном конце фокусного расстояния, а какой-то – на другом. И чем больше коэффициент увеличения объектива, тем сильнее будет этот эффект. Поэтому в случае недорогих зумов производители идут на определённый компромисс. Конструкция таких вариообъективов упрощается за счёт уменьшения количества и диаметра линз, следствием чего является то, что на максимальном фокусном расстоянии объектив пропускает намного меньше света, чем на минимальном.

Светосила
Максимальное количество света, которое может пропустить объектив на том или ином фокусном расстоянии без значительных потерь качества за счёт аберраций, и является его светосилой. Светосила определяется диафрагменным числом. Если вы помните, чем больше это число, тем сильнее закрыто отверстие диафрагмы. Соответственно, чем меньше значение, тем больше света пропускает оптическая система и, соответственно, тем выше качество объектива.

Читаем маркировку объектива
Попробуем попрактиковаться и применить полученные знания при чтении маркировки объектива. Например, на оптике, которая продавалась с камерой моего друга, написано: 18-55mm f/3.5-5.6. Это расшифровывается так: зум-объектив с фокусным расстоянием, изменяемым от 18 до 55 миллиметров, со светосилой 3,5 при минимальном значении фокусного расстояния и 5,6 – при максимальном. Делим 55 на 18. Получается, что кратность зума у данного объектива равна 3. Поскольку диагональ рассматриваемой матрицы примерно в 1,6 раз меньше диагонали 35-мм кадра, то эквивалентное фокусное расстояние мы получаем умножением истинного на 1,6. Соответственно, диапазон ЭФР объектива составляет 29‑88 мм. Светосила при этом никак не пересчитывается, так как это величина относительная и не зависит от размера матрицы. На более сложных и дорогих объективах можно встретить маркировку 16-35 mm, f/2,8. Это означает, что на всём диапазоне фокусных расстояний светосила постоянна и соответствует диафрагменному числу 2,8. Также встречается маркировка типа 50 mm, f/1,8. Такое обозначение соответствует объективу с постоянным фокусным расстоянием 50 мм и светосилой 1,8.

• • •
Надеемся, теперь вам будет гораздо проще понять маркировку и характеристики современных объективов и не ошибиться при выборе фотоаппарата.

Эквивалентное фокусное расстояние
Из элементарной геометрии следует, что угол охвата зависит не только от фокусного расстояния, но и от размера матрицы. Чем она меньше, тем меньше должно быть фокусное расстояние для передачи одного и того же угла зрения. Так, например, фотокамера с диагональю матрицы 1/1,8 дюйма и фокусным расстоянием объектива 7,6 мм передаёт такую же перспективу, что и аппарат с кадром ½,5 дюйма при фокусном расстоянии 6,2 мм. Поэтому, дабы избежать путаницы при сравнении камер с разными размерами матриц, широко используется понятие так называемого эквивалентного фокусного расстояния для 35-мм пленки. Это довольно удобный способ стандартизации, потому что многие фотолюбители уже снимали на пленку и хорошо представляют себе, какой угол зрения обеспечивает объектив с фокусным расстоянием, допустим, 28 мм. Так что наряду с истинным фокусным расстоянием в характеристиках объектива цифровой камеры обычно указывается также ЭФР. Например, для упомянутых выше аппаратов с фокусными расстояниями 7,6 и 6,2 мм ЭФР примерно равно 36 мм.


Рекомендуем почитать: