Одним из самых популярных классов фотоаппаратуры как среди любителей, так и среди профессионалов давно уже стали системные зеркальные аппараты. Успеху своему аппараты этого класса обязаны отличным сочетанием легкости и удобства применения сменной оптики, точностью кадрирования и фокусировки. Конечно, компактные аппараты в сравнении с ними и меньше по размерам, и проще в пользовании. Но таких широких возможностей, чтобы осуществить свои творческие замыслы, у них нет. В общем – сомненья прочь! Выбор сделан – камера (понятно – зеркальная, со сменной оптикой!) куплена, а вместе с ней – выбран и куплен объектив. Пока один, конечно, но зато – универсальный.
Однако через какое-то время обнаруживается, что универсальность – понятие весьма относительное, и остается немало ситуаций, когда характеристики объектива не дают в полной мере воплотить творческие замыслы. Что же, получается что выбран "неправильный" объектив?
Вовсе нет, объектив – правильный, просто пришло время расширять линейку сменной оптики.
Этап выбора сменного объектива является для владельца системной зеркалки с одной стороны приятным (лишний повод почуствовать, что покупка аппарата со сменной оптикой была отличной идеей!), а с другой – беспокойным. Причину беспокойства также понять несложно – выбор сменной оптики нынче такой, что просто голова кружится. Что же, выбор наилучшего (по возможностям, стоимости, качеству оптики и механики) варианта сменного объектива – задача действительно непростая, но вполне разрешимая. И мы постараемся вместе с вами разобраться во всем многообразии характеристик и параметров объективов, чтобы выбор сменной оптики был не гаданием на кофейной гуще и шараханьем из стороны в сторону, а стал осмысленным процессом с прогнозируемыми результатами.
Основные параметры объектива
При описании объективов достаточно часто будут применяются несколько терминов, редко используемых в обычной жизни, хотя явления, с ними связанные, отлично знакомы многим из нас.
Кто из мальчишек не пробовал поджигать лист газеты при помощи Солнца и лупы? Для этого лупу (собирающую линзу) нужно было не только выбрать побольше диаметром и "посильнее", но и установить ее на вполне определенном расстоянии от листа бумаги – так, чтобы лучи Солнца сфокусировались в яркую точку. Расстояние между изображением Солнца и линзой носит название фокусного расстояния линзы. Чем больше фокусное расстояние линзы, тем более крупное изображение она создает. Кстати, для маркировки линз применяется еще одна величина, обратная фокусному расстоянию, выраженному в метрах. Эта величина называется оптической силой линзы и исчисляется в диоптриях. Нетрудно подсчитать, что лупа с фокусным расстоянием 20 сантиметров (0.2 метра) имеет оптическую силу 5 диоптрий (+5).
Отношение диаметра линзы к фокусному расстоянию характеризует ее светосилу. Чем больше светосила линзы, тем больше лучей она собирает и, соответственно, тем ярче будет даваемое ей изображение.
Реальные объективы, конечно, гораздо сложнее по конструкции, чем обычная лупа. Чаще всего объектив состоит из нескольких линз разной оптической силы (как собирающих, так и рассеивающих), причем некоторые из линз могут быть склеены вместе или даже передвигаться относительно друг друга. Но понятия фокусного расстояния и светосилы объектива имеют в общем тот же смысл, как и для линзы в нашем примере.
Фокусное расстояние
Если быть более точным, фокусное расстояние тонкой линзы есть расстояние по оптической оси между оптическим центром и точкой фокуса линзы. При этом оптический центр линзы – это точка пересечения оптической оси и главной плоскости линзы, а точкой фокуса линзы называется точка, в которую фокусируются лучи параллельного пучка света, падающие на линзу параллельно ее оптической оси. Главную оптическую ось в точке фокуса пересекает под прямым углом к ней фокальная плоскость. В фокальной плоскости создается изображение объекта, если он находится на достаточно большом расстоянии от линзы. Если же объект находится относительно близко, то плоскость резкого изображения находится параллельно фокальной плоскости, но несколько дальше от оптического центра линзы.
[показать]Расстояние от объекта до центра линзы и расстояние от центра линзы до изображения объекта связаны с фокусным расстоянием линзы классической "формулой тонкой линзы".
где F - фокусное расстояние объектива, L - расстояние до объекта съемки, f - расстояние до изображения.
Объектив – конструкция более сложная, а поэтому для того, чтобы можно было применить и к нему простую и удобную для рассчетов "формулу тонкой линзы", вместо одной главной плоскости вводятся две.
| [показать] |
| Метка положения плоскости пленки |
Поэтому на шкале расстояний, нанесенной на оправе объектива, указано расстояние наводки на резкость, отмеренное не от виртуальной передней главной плоскости объектива, а от вполне реальной плоскости пленки в аппарате. Это значение расстояния нельзя напрямую использовать при рассчетах по формуле тонкой линзы.
Угол зрения объективов с разным фокусным расстоянием
| [показать] |
[показать] |
[показать] |
[показать] |
| 24 мм | 50 мм | 100 мм | 200 мм |
|---|
Светосила
Светосила объектива характеризуется значением его относительного отверстия. Относительное отверстие объектива пишется в виде дроби и показывает отношение диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию. К примеру, у объектива с относительным отверстием 1:4 (встречается вариант маркировки f/4) диаметр действующего отверстия в четыре раза меньше значения фокусного расстояния. При этом заметим, что термин "действующее отверстие" объектива – условный. Он, как правило, не соответствует ни диаметру передней линзы, ни размеру диафрагмы. Поэтому размер действующего отверстия объектива не измеряется, его можно только рассчитать.
Чем больше значение относительного отверстия объектива, тем более "светосильным" будет такой объектив, то есть он сможет построить на пленке более яркое изображение. Теоретически максимальная светосила объектива может достигать значения 1:0.5. Однако у реальных объективов она значительно меньше – наиболее распостранены объективы с относительным отверстием 1:1.4 и меньше. Для зум-объективов "потолок" светосилы еще ниже – относительное отверстие 1:2.8 имеют лишь некоторые профессиональные зумы, а для остальных зум-объективов максимальная светосила составляет 1:3.5–1:4.5. Самые светосильные из ныне выпускаемых объективов к зеркальным камерам имеют относительное отверстие 1:1.2 (Canon EF 82/1.2 L, Pentax SMC A 50/1.2, Nikkor Ai-S 50/1.2) и даже – 1:1.0 (Canon EF 50/1.0 L). Более светосильная оптика разрабатывалась только для дальномерных камер (Canon 50/0.95, 1961 год).
Величина светосилы, рассчитанная по геометрическим размерам объектива, обычно оказывается несколько выше реальных показателей из-за некоторых потерь света. Отличие значений эффективной светосилы (рассчитанной с учетом потерь света) от геометрической у большинства современных объективов невелико. Однако есть и исключения. К пример, у объектива Minolta STF 135/2.8 [T4.5] со встроенным аподизационным элементом геометрическая светосила соответствует относительному отверстию 1:2.8, а эффективная светосила (обозначаемая буквой T) – относительному отверстию 1:4.5. Также значительно отличаются параметры геометрической и эффективной светосилы у зеркально-линзовых объективов.
Диафрагма
Объектив с большим значением светосилы весьма удобен тогда, когда съемка ведется при пониженной освещенности. Однако если объект съемки освещен достаточно ярко, то большая светосила объектива становится уже не подспорьем, а помехой. Ведь яркость создаваемого им изображения будет уже настолько большой, что даже при использовании кратчайшей выдержки затвора пленка будет переэкспонирована.
Яркость изображения, создаваемого объективом на пленке, прямо пропорциональна площади действующего отверстия объектива. Уменьшив диаметр действующего отверстия объектива в 2 раза, можно уменьшить в 4 раза количество проходящего через него света.
Для оперативного регулирования светосилы в объективах применяется ирисовая диафрагма – конструкция из нескольких лепестков-шторок, позволяющая уменьшать или увеличивать отверстие, через которое проходит свет. Таким образом осуществляется контроль над количеством света, проходящим через оптическую систему.
Процесс уменьшения светосилы объектива при помощи диафрагмы называется "диафрагмированием", а величина, обратная величине относительного отверстия объектива, называется "диафрагменным числом" (или просто – "диафрагмой"). Яркость изображения обратно пропорциональна квадрату диафрагмы, соответственно изображение становится темней по мере увеличения значения диафрагменного числа.
Значения на шкале диафрагм объективов сейчас принято выбирать из стандартного ряда – 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, и так далее. То есть стандартный ряд представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем в виде корня квадратного из 2 (естественно, цифры эти несколько округлены). Такой шаг значений диафрагмы выбран прежде всего для удобства, поскольку при переходе к соседнему в ряду значению диафрагмы количество проходящего через объектив света изменяется вдвое. Соответственно, диафрагмирование объектива на 1 ступень (например – от 4 до 5.6) приводит к такому же уменьшению экспозиции, как и укорочение выдержки в 2 раза.
В современных камерах, использующих электронное управление и индикацию, применяются более мелкие деления - 1/2 или даже 1/3 ступени. Ирисовая диафрагма позволяет управлять светосилой объектива в достаточно широких пределах. Например, объектив с относительным отверстием 1:1.4 при диафрагме 22 пропускает света в 256 раз меньше, чем на полностью открытой диафрагме.
Значение диафрагмы, соответствующее максимальному светопропусканию объектива, конструкторам не всегда получается вписать в стандартный ряд. Поэтому ряд диафрагм многих объективов начинается с нестандартного значения – например с 1.9, 3.2 или 4.5. Зум-объективы зачастую имеют переменное значение светосилы в зависимости от фокусного расстояния. К примеру, зум-объектив 28-105/3.5-4.5 при фокусном расстоянии 28мм имеет относительное отверстие f/3.5, при фокусном расстоянии 40-60мм – f/4, а при максимальном фокусном расстоянии (105мм)значение относительного отверстия падает до f/4.5. В камерах с ручным управлением переменная светосила зума вызывала некоторые неудобства. Пользователи же современных камер с электронным управлением и TTL-замером света при установке зум-объективов с переменной светосилой этих проблем уже не почувствуют – экспонометрия TTL-типа (throw-the-lens – через объектив) учитывает реальное значение светосилы, а электроника отслеживает установленное значение относительного отверстия объектива без дополнительной помощи.
Глубина резкости
Диафрагмирование объектива необходимо не только для регулирования количества света, проходящего через него, но и для изменения глубины резко изображаемого пространства (зоны расстояний, в пределах которой объекты на снимке воспринимаются резко изображенными).
| [показать] |
[показать] |
[показать] |
| Диафрагмирование объектива увеличивает глубину резкости и меняет вид заднего плана. Объектив F=45 мм при диафрагме 2 (1/1000 с), 5.6 (1/125 с) и 16 (1/15 с) | ||
Глубина резко изображаемого пространства (называемая часто "глубиной резкости", хотя это не совсем правильно) – довольно условная величина, зависящая как от объективных условий (расстояние до объекта съемки, фокусное расстояние объектива, относительное отверстие объектива при съемке), так и от субъективных факторов (диаметр допустимого кружка нерезкости).
где D - диафрагма, C - диаметр кружка нерезкости, M - масштаб изображения (M = f / L).
Мы приводим упрощенную формулу, пригодную для большинства случаев любительской съемки. Более громоздкую и сложную полную формулу есть смысл применять для точных рассчетов глубины резкости - например при макросъемке.
Формула рассчета глубины резкости в основном подтверждает практический опыт использования разных объективов – глубина резкости тем больше, чем меньше относительное отверстие объектива, меньше фокусное расстояние объектива и больше расстояние до объекта съемки.
Однако в формуле есть еще один параметр субъективного происхождения – размер допустимого кружка нерезкости. Эта величина описывает возможную степень размытия изображения, которая еще не замечается как нерезкость при просмотре фотографий. Смысл этого понятия в том, что когда объектив расфокусирован, то каждая точка объекта отображается на пленке либо в виде точки (в случае точной фокусировки), либо – в виде маленького кружка, который и называется кружком нерезкости. Если кружок нерезкости достаточно мал, то на фотографии он будет восприниматься точно так же, как точка, а изображение, соответственно, будет смотреться не хуже, чем идеально резкое. Однако диаметр допустимого кружка нерезкости мы не зря назвали субъективным параметром. Дело в том, что его значение может значительно различаться в зависимости от степени увеличения негатива при печати, размера фотографии, расстояния, с которого эта фотография будет рассматриваться. При использовании более резкой профессиональной оптики (как при фотографировании, так и при печати!), съемке на более совершенную (мелкозернистую и резкую) пленку, требования к размеру допустимого кружка нерезкости будут значительно строже, чем при минилабной печати любительской пленки, отснятой недорогой "мыльницей". Даже в зависимости от сюжета отклонения от идеальной резкости заметны по-разному! Для примерного рассчета глубины резкости при использовании 35мм камер диаметр допустимого кружка нерезкости обычно принимают равным 0.025–0.03мм. Исходя из этого значения и рассчитываются шкалы глубины резкости, имеющиеся на большей части объективов.
Шкала глубины резкости. Гиперфокальное расстояние
| [показать] |
| Шкала глубины резкости и расстояния наводки на резкость |
Выбирать степень необходимого диафрагмирования лучше всего исходя из опыта, сюжета съемки, особенностей объектива и предполагаемого увеличения фотографии, дополнительно ориентируясь по изображению в видоискателе (если камера зеркальная и имеет репетир диафрагмы) и по шкале глубины резко изображаемого пространства. Эта шкала, имеющаяся на части объективов, состоит из основной риски для метражной шкалы, указывающей расстояние точной наводки на резкость, и симметрично расположенных с двух сторон от нее пар штрихов, соответствующих передней и задней границам резко изображаемого пространства в зависимости от выбранной диафрагмы.
При помощи шкалы глубины резкости удобно выбирать степень диафрагмирования и в том случае, когда сюжетно-важным является не один объект в кадре, а группа объектов, находящихся на разном расстоянии от объектива. В таком случае лучше резкость наводить не на какой-то один из них, а оценить расстояние до самого ближнего и самого дальнего из них, рассчитать при помощи шкалы глубины резкости (или по опыту) соответствующее значение диафрагмы, и потом уже навести объектив так, чтобы промежуток по шкале расстояний между самым ближним и самым дальним объектами съемки делился центральной риской шкалы глубины резкости примерно пополам. По такому же алгоритму осуществляет наводку на резкость и выбор необходимой степени диафрагмирования объектива программа приоритета глубины резкости "DEP" старших аппаратов Canon EOS (программа "A-DEP" в младших аппаратах Canon EOS работает несколько по-другому).
Интересный случай – это глубина резкости при фокусировке на бесконечность. В этом случае реальный смысл имеет только передняя граница зоны резкости – ведь все, что дальше бесконечности все равно есть бесконечность... Поэтому тут можно легко и без ущерба для резкости удаленных объектов значительно увеличить глубину резкости, если сфокусировать объектив не на бесконечность, а на так называемое гиперфокальное расстояние. Определить его значение легко – при фокусировке на бесконечность передняя граница зоны резко изображаемого пространства как раз и соответствует гиперфокальному расстоянию.
Описание приемов пользования шкалой глубины резко изображаемого пространства будет неполным, если мы не остановимся на важном принципе. Пользуясь ею, а также таблицами глубины резкости и гиперфокальным расстоянием, не стоит забывать о том, что глубина резко изображаемого пространства может меняться в достаточно широких пределах в зависимости от сюжета, качества оптики и материалов, формата отпечатка и других параметров. Поэтому и подходить к использованию этих цифр надо творчески, не воспринимая их в качестве точных рассчетов и строгих критериев.
Аберрации
Простая линза, на примере которой мы начали описание характеристик оптических систем, тоже может применяться в качестве объектива. Однако изображение, которое она создает на пленке, имеет целый ряд недостатков – резкость падает к краям кадра, да и в центре она не будет хорошей; легко заметны нарушения геометрического подобия изображения оригиналу и цветные окантовки объектов. Эти недостатки оптических систем, носящие общее название "аберраций", присущи не только простой линзе. Даже в самых современных и сложных по конструкции объективах часть аберраций не исправлены полностью, что приводит к ухудшению качества изображения.
Всего известно семь видов аберраций – сферическая аберрация, кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсия, хроматическая аберрация и хроматическая разность изображений. Перечисленные аберрации по-разному влияют на изображение. К примеру, хроматическая аберрация и хроматическая разность изображений отвечают за появление у мелких деталей и контуров изображения цветных окантовок и ореолов. Сферическая аберрация приводит к ухудшению резкости по всему полю изображения, а кома – к дополнительному падению резкости к краям кадра. Фотографии также теряют четкость и становятся размытыми из-за влияния астигматизма и кривизны поля (вследствие того, что изображение строится не в плоскости пленки, а в некотором объеме). Из-за дисторсии прямые линии объекта съемки изображаются на снимке изогнутыми. Анализ и коррекция аберраций в многолинзовых объективах – сложная и нетривиальная задача, которая не решена полностью даже сейчас, когда у оптиков появились возможности компьютерного рассчета объективов, создания марок стекла с заданными характеристиками и линз с асферическими поверхностями. Ни один из реальных объективов не свободен от аберраций в полной мере. Поэтому создание объектива с высокими характеристиками – это не столько удача инженеров-оптиков, сколько венец целой серии рассчетов, экспериментов и испытаний. Объективы же с неважными характеристиками – чаще всего следствие минимума затрат на исследования и испытания, а иногда – и банальное невезение. Впрочем, нередко объективы с качеством изображения "ниже среднего" часто появляются и вследствие компромисса при выборе между оптическим качеством объектива и остальными его характеристиками – ценой, размерами, светосилой...
Диафрагмирование и резкость
Влияние большинства аберраций на резкость изображения можно снизить при диафрагмировании объектива (уменьшении его относительного отверстия). Кривизна поля изображения не устраняется диафрагмированием, но ее влияние (за счет возрастающей при этом глубины резкости) значительно уменьшается. Зато дисторсия и хроматическая разность изображений становятся более заметными на изображении, поскольку как резкость объектива, так и глубина резкости при диафрагмировании возрастают. Однако слишком сильно закрывать диафрагму без особых на то причин также не стоит. Ведь диафрагмирование приводит как к уменьшению уровня аберраций, так и к возрастанию влияния на резкость объектива дифракционных явлений. Дифракция – нарушение прямолинейного закона распостранения лучей света при прохождении вблизи непрозрачных препятствий. Это явление, в шутку называемое физиками "загибанием света за угол", приводит к тому, что та часть лучей света, которая проходит вблизи диафрагмы, несколько меняет свое направление, в итоге приводя к размытию изображения. При достаточно открытых значениях диафрагмы влияние дифракции практически незаметно. Однако, поскольку при диафрагмировании длина окружности диафрагмы уменьшается гораздо медленнее, чем ее площадь, доля "пострадавших" от дифракции лучей увеличивается. Поэтому резкость большинства объективов не будет хороша ни в одном из крайних значений диафрагмы – ни при полностью открытой, ни при полностью закрытой. У большинства объективов резкостные характеристики заметно улучшаются при диафрагмировании на 1.5-2 ступени от полностью открытой диафрагмы, достигают максимума при диафрагме 8-11, а при дальнейшем уменьшении относительного отверстия – плавно падают.
Эти цифры, конечно же, весьма примерные, и касаются в основном объективов для 35мм аппаратуры.
MTF
 [показать] |
| Графики MTF |
|---|
На сегодняшний день наиболее информативно оценить и сравнить оптическое качество объективов можно при помощи графиков их частотно-контрастных характеристик. Метод частотно-контрастных характеристик (или MTF – Modular Transfer Function – функция передачи пространственной модуляции) заключается в исследовании потерь информации при сравнении различных тест-объектов и их изображений, даваемых объективом. В качестве тестовых объектов принято применять "миры", состоящие из наборов параллельных темных линий одинаковой ширины и светлых промежутков такой же ширины между ними. Количество штрихов, умещающихся по ширине на 1 миллиметре изображения миры, называется ее разрешением, а отношение отражающей способности темных полос и светлых промежутков между ними – контрастом миры. Исследование MTF обычно производится с применением нескольких мир – например миры низкого разрешения (10 линий на 1мм) и миры высокого разрешения (30 линий на 1мм). Встречаются и более информативные варианты с использованием большего ассортимента мир.
Смысл тестирования оптики при измерении MTF – исследование степени падения контраста изображения, создаваемого объективом, в сравнении с оригиналом. Если объектив очень хороший, то изображение мало чем отличается от оригинала и по резкости, и по контрасту, а значит значение MTF такого объектива всегда будет близким к 1 (или к 100%, что одно и то же). При падении резкости изображение будет выглядеть более размытым, то есть потеряет контраст и четкость. На графиках MTF отображается зависимость падения контраста изображения на разном удалении от ценра кадра при максимальном относительном отверстии и на диафрагме 8, отдельно для радиального расположения штрихов миры (сагиттальная ориентация) и случая, когда штрихи миры расположены перпендикулярно радиусу (тангенциальная ориентация). В случае зумов семейства графиков MTF строятся для нескольких значений фокусных расстояний.
Теперь немного о том, как интерпретировать графики MTF. Если значения MTF близки к 100%, то объектив будет исключительно резким и контрастным. Качества объективов, имеющих MTF на уровне 70-80% и выше, вполне достаточно для большинства работ профессионального уровня. Ну а объектив, чей график MTF опускается ниже 30%-отметки, можно покупать лишь в том случае, если вы в дальнейшем собираетесь печатать только фотографии 10х15см в минилабе. Высокие значения MTF, полученные для миры с высоким разрешением, говорят о том, что даже при значительных увеличениях изображение будет достаточно резким, не "поплывет". Близкие к 100% показатели MTF для миры с низким разрешением свидетельствуют о высокой контрастности объектива. Если при хороших показателях низкочастотной MTF график MTF для миры с высоким разрешением лежит в области низких значений, то исследуемый объектив при хорошем контрасте имеет проблемы с резкостью изображения при больших увеличениях (хотя фотографии небольших форматов будут смотреться отлично). Если высокие значения MTF объектив показывает не только в центре изображения ("0" по шкале), но и на расстоянии 10-12мм от него, то резкость такого объектива будет хороша на значительной площади кадра. Ну а если график MTF "доползает" до отметки 15-20мм без резких "обрывов" вниз, то резкость будет, что называется, "от края до края". Чем ближе друг к другу проходят графики MTF для сагиттальной и тангенциальной ориентаций миры, тем лучше у этого объектива исправлен астигатизм, а следовательно – более естественным и "мягким" будет размытие изображения в зоне нерезкости. Ну и, наконец, из сравнения семейств графиков MTF объектива при максимальном относительном отверстии и задиафрагмированного до f/8, можно сделать вывод о том, насколько его диафрагмирование повышает резкость изображения.
При сравнении разных объективов по их графикам MTF стоит помнить, что процедура MTF-тестирования у разных производителей не стандартизована. Да и графики MTF есть в проспектах далеко не всех производителей оптики. Поэтому сколько-нибудь достоверную информацию можно почерпнуть лишь из сравнения объективов одного производителя. Впрочем, есть и варианты для любителей сравнивать оптику разных марок. В сети Интернет доступно немало веб-страничек с результатами внушающих большее или меньшее доверие независимых MTF-тестирований оптики. Наиболее известная из них – японская www.photodo.com (на английском языке). Но графики MTF – это далеко не исчерпывающая информация об объективе. Самая главная характеристика любого объектива – это изображение, которое он дает. Изображение может устраивать или не устраивать, нравиться или не нравиться, причем совершенно независимо от графиков. Поэтому результатами различных тестирований и отзывами владельцев стоит руководствоваться лишь при предварительном выборе оптики. Ну а окончательное решение о покупке объектива желательно принимать исходя, в первую очередь, из собственных впечатлений.
Статья позаимствованна с сайта http://www.photoweb.ru/