Kate Dorn
Для того, чтобы научиться создавать фотографии хорошего качества, нужно постараться прежде всего понять природу света. Главная, отправная точка в изучении этого вопроса заключается в том, чтобы разобраться, как свет взаимодействует с объективом. Сегодня мы расскажем вам о конструкции фотографических объективов. Это даст вам некоторое понятие о том, какими составляющими определяется стоимость объектива. Покупка объектива, его выбор, для фотографа всегда бывает нелегкой задачей. Факторов для оценки объективов великое множество. Это и его стоимость в денежном выражении, и стабилизация, и фокусное расстояние, и диафрагма, и качество линз, и качество сборки, и известность бренда и многое другое. Но, в самом деле, чем же фотографические объективы отличаются один от другого?
Вот это и есть тема нашего сегодняшнего разговора.
Что такое группы элементов в фотообъективе и какое они имеют значение
Все без исключения фотографические объективы состоят из отдельных линз, которые принято называть элементами. Зачем в объективе нужно иметь несколько линз? Это нужно для того, чтобы улучшить получаемое с помощью этого объектива изображение, чтобы оно было лишено различного рода аберраций и других недостатков.
Линзы в объективах бывают различных форм и размеров. Они сгруппированы в различных комбинациях. Это способствует преломлению света различной длины волн, что позволяет световому потоку, проходящему через эти группы линз, сводится именно так, чтобы аберрация была минимальной. Чтобы понять суть этого процесса, можно представить себе, как свет проходит через призму. Он входит в одну ее грань под определенным углом. Потом в стеклянном теле призмы свет преломляется и выходит в другом направлении.
Каждый из стеклянных элементов фотографического объектива имеет различную форму, и поэтому свет преломляет по-разному. Именно это и позволяет разработчикам объективов управлять световым потоком, который проходит через объектив как систему оптических элементов, то есть линз и групп линз. Инженеры-оптики группируют линзы в разных вариантах, складывают линзы разных форм одна на другую, подгоняют их по кривизне поверхности и размеру. Всё это дает им возможности управлять световым потоком, контролировать его, и, в конечном итоге, уменьшать таким образом искажения изображения, которое дает этот объектив.
Какие бывают типы оптических элементов объектива
Чаще всего поверхность линз бывает изогнутой. Эти линзы называются сферическими. Такое название они имеют из-за того, что их форма соответствует небольшому участку поверхности сферы. Раньше такие линзы были сравнительно недороги и просты в изготовлении. Делали их путем элементарного простого шлифования. Но, тем не менее, конструкция таких простых линз допускает искажение светового потока, что, естественно, ведет к искажению изображения.
Такие искажения, как различного вида дисторсии, в более дорогих и качественных фотографических объективах значительно уменьшены, так как в них используются асферические линзы, речь о которых пойдет у нас чуть позже.
Объективы с большим фокусным расстоянием достаточно восприимчивы к таким искажениям изображения, как хроматические аберрации. Эти аберрации способствуют снижению резкости и контрастности изображения. Для того, чтобы сделать эти искажения менее заметными, в длиннофокусные объективы вводят так называемые АРО – апохроматические элементы. Апохроматический элемент сводит свет трех основных цветов спектра – красного, синего и зеленого, в одну плоскость. Это позволяет значительно снизить искажения, вызванные хроматическими аберрациями.
В конструкции некоторых топовых объективов присутствуют так называемые «плавающие» внутренние элементы. Эти элементы перемещаются внутри объектива в зависимости от значения фокусного расстояния. Делается это для того, чтобы уменьшилась кривизна поля, которая вызывает потерю резкости по краям изображения.
Линзы литые и шлифованные
На качество изображения, создаваемое фотографическим объективом, серьезное влияние оказывает способ производства его оптических элементов. Специалистами разработано три способа их производства. Первый – это шлифование и полирование асферических линз. Из таких линз изготавливаются в основном объективы для дорогих и профессиональных фотокамер, так как процесс шлифовки и полировки оптического стекла – очень трудоемкий и дорогостоящий процесс. Например, фирма Canon шлифованные линзы большого диаметра применяет лишь в объективах L- серии. Такие объективы реально могут обеспечить очень высокую разрешающую способность при попадании в них света под любым возможным углом.
Ещё один вид оптических элементов – асферические литые линзы. Производители Nikon называют их линзами PGM – линзами точной формовки. В процессе производства таких линз оптическое стекло разогревается до такого состояния, чтобы из него стало возможным сформировать асферическую поверхность. Делается это с помощью формы или штампа. Инженеры фирмы Nikon считают, что линзы, изготовленные таким способом, обладают высокой степенью точности. Дело в том, утверждают они, что каждая из них измеряется в микронах, а микрон - это всего лишь одна тысячная доля миллиметра. Литые линзы не такие дорогие, как шлифованные, и поэтому их использование вполне допустимо в более дешевых фотографических объективах, которыми комплектуются в основном фотокамеры для продвинутых фотолюбителей.
Третий из самых распространенных способов производства оптических элементов является стеклянная линза, которая для придания ей нужной формы покрывается асферическим пластиком. Такие линзы используются исключительно в любительских фотоаппаратах, для производства профессиональных объективов их не применяют. Главная причина этого заключается в том, что линзы, изготовленные по этой технологии, весьма чувствительны к влажности, температуре и другим факторам окружающей среды.
Виды покрытия линз
Многие даже и не подозревают о том, что линзы из-за отражения света от своей поверхности часть этого света попросту теряют. И количество этого света в некоторых случаях достаточно ощутимо, порой оно доходит до пяти процентов. И такие потери в каждой линзе! А если в объективе присутствует 10 оптических элементов, то есть линз, то и потеря света, соответственно, может достигать 50 процентов. Проще говоря, до половины его общего количества!
Для уменьшения отражения света от поверхности оптических элементов и лучшего обеспечения его прохождения сквозь их, инженерами-оптиками и были разработаны различные просветляющие покрытия. Эти покрытия работают примерно так же, как покрытия на линзах солнцезащитных очков, которые отражают определенную часть спектра света и к глазам человека пропускают лишь некоторую его часть.
Для покрытия оптических элементов фотографических объективов обычно используются моноксид кремния или фторид натрия. Наносят эти материалы на поверхность линз очень тонким слоем. Причем, слоев этих часто бывает несколько. Несколько слоев такого покрытия нужно для того, чтобы снизить отражение от линзы световых волн разных частей спектра.
Самые дорогие линзы, выпускаемые фирмой Canon, как утверждают производители, имеют до десяти и более слоев такого покрытия. Это позволяет им достигать пропускания света на уровне 99,9 процента. Причем, в диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного света.
Искажения и аберрации
Теоретически, в идеале нормально работающая оптическая система должна отображать любую прямую линию как идеально прямую, безо всяких искажений. Но в реальности, к глубокому сожалению, практически все объективы, состоящие из линз с изогнутыми поверхностями, не могут сводить параллельные лучи в одной точке. Вот именно поэтому они искривляются и искажаются. Такая кривизна свойственна практически любому объективу, конструкция которого состоит из сферических элементов. Но эта кривизна в различных объективах может быть весьма различной, это зависит от фокусного расстояния объектива, от его конструкции и оптической схемы.
В работе с параллельными линиями и объектами, которые находятся по краям кадра, эти искажения становятся наиболее заметными. Очень сильно искажаются края кадра. Зачастую объективы с переменным фокусным расстоянием страдают «бочковым» изображением в режиме работы на коротком фокусном расстоянии. При такой съемке в середине кадра очень часто бывает ощутима некоторая «выпуклость».
На своем «длинном» конце объективы с переменным фокусным расстоянием достаточно часто страдают «подушечным» искажением изображения. Это искажение противоположно тому, которое описано несколькими строками выше. Оно сопровождается, как правило, «втягиванием» изображения в центр кадра.
Несмотря на эти два искажения, при работе с зумами вполне реально найти такое его положение, при котором прямые линии в реальности окажутся прямыми и на полученном с помощью этого объектива изображении. Это положение мы вам рекомендуем найти на своем объективе и активно пользоваться им.
Но искажение изображения зависит не только от объектива. На это влияет и близость расположения объектива к объекту съемки. Искажения объекта съемки – особая проблема для фотографов, которые занимаются архитектурной и ландшафтной съемкой. В этих жанрах фотографии очень важным является получение изображения с четкими прямыми линиями и не искаженные в своих пропорциях объекты, находящиеся в кадре. А вот фотопортретисты с прямыми линиями сталкиваются не так часто, поэтому подобные искажения им не страшны в такой степени.
Многие производители оптических элементов в наши дни создают объективы, в которых используют асферические элементы, которые специально созданы для уменьшения аберраций и прочих искажений изображения. Асферические линзы, в отличие от сферических, имеют изогнутую поверхность, которая имеет возможность исправлять аберрации. Происходит это благодаря тому, что свет, проходящий сквозь линзу, концентрируется в одной точке. Таким образом, этот единственный поток света и попадает на светоприемник (матрицу или фотопленку) фотокамеры, при этом уменьшаются искажения, которые вызываются прохождением через оптический элемент нескольких лучей света.
Значение диафрагмы
Максимально возможная диафрагма – это одна из тех самых главных характеристик фотографического объектива, на которую при его выборе и покупке фотографы обращают особое внимание. Именно диафрагма оказывает существенное влияние на глубину резко изображаемого пространства и на возможности фотографирования в условиях недостаточной освещенности. Обозначается значение диафрагмы в виде дроби, в числителе которой указывается фокус, а в знаменателе стопы. Число диафрагмы – это размер ее зрачка в объективе. Этот размер пропорционален квадрату фокусного расстояния данного объектива.
Если взять, к примеру, объектив с фокусным расстоянием 50 миллиметров, максимальная диафрагма, которую он может иметь, это F/1,2. А вот объективу, фокусное расстояние которого равно 100 миллиметрам, для получения такой диафрагмы потребуется отверстие, в четыре раза большее, чем у 50-миллиметрового объектива. Вот почему светосила объектива зависит не только от диаметра зрачка диафрагмы, но и от его фокусного расстояния.
Не нужно забывать так же и про то, что короткофокусный объектив, в отличие от длиннофокусного, обладает более широким углом охвата поля зрения, и именно поэтому такому объективу намного проще пропускать в разы больше света. Большие и громоздкие длиннофокусники этот свой конструктивный недостаток компенсируют весьма солидным диаметром переднего оптического элемента. А это, в свою очередь, обычно приводит к значительному увеличению сферических аберраций. Для того, чтобы бороться с такими искажениями, а так же для обеспечения хорошей резкости получаемого изображения в конструкцию подобных длиннофокусных объективов вводят дополнительные группы линз, что в значительной степени влияет на стоимость их производства.
Боке
Термином боке фотографы и оптики называют способность передачи объективом расфокусированного света. Эффект боке хорошо бывает заметен на изображениях небольших фоновых бликов, которые на снимках выглядят как красивые круги света различного диаметра и интенсивности. В зависимости от своей конструкции, разные объективы дают разный эффект боке.
Достаточно часто термином боке ошибочно описывают маленькую глубину резко изображаемого пространства с резким объектом, находящимся на переднем плане снимка. При этом фон обычно бывает красиво размыт. Но на самом деле специалисты используют термин боке только в том понимании, которое описано тут.
Способствует боке способность объектива корректировать сферические аберрации, поэтому она позволяет светлым пятнам изображения в той или иной степени увеличиваться в своих размерах при удалении от фокуса, при этом равномерно распределять свет по кругу. Дорогие профессиональные фотообъективы обладают великолепной возможностью уменьшать искажения света путем комбинации различных групп оптических элементов.
Но, тем не менее, пожалуй, самое большое влияние на эффект боке оказывает конструкция так называемой ирисовой диафрагмы. Важнейшим фактором тут является число лепестков такой диафрагмы. Это позволяет делать отверстие диафрагмы более округлым. Именно эта округлость и создает красивое боке.
Естественно, дорогие объективы для профессионалов имеют механизм диафрагмы с большим количеством лепестков, поэтому они создают более красивое и эффектное боке.
Различные конструкции объективов
Известная во всем мире фирма Цейс еще на рубеже 19 - 20 веков разработала и наладила производство нескольких моделей фотографических объективов, которые на долгие годы стали образцом для оптиков-конструкторов. Оптические системы, изобретенные инженерами этой фирмы, широко используются и в наши дни. Конечно, с существенной, порой, модернизацией.
Вот некоторые из них.
Планар (Planar)
Этот тип объектива изобрел ещё в позапрошлом веке, а точнее в 1896 году, Пол Рудольф, инженер Carl Zeiss. Симметричный дизайн Планара с шестью оптическими элементами имел диафрагму F/4,5 что позволяло ему создавать очень резкое изображение. Но при всех многочисленных своих достоинствах, Планар обладал и существенным недостатком: он страдал засветкой, которая происходила в результате большого количества переходов стекло-воздух. Но в наши дни эта проблема решена. Этот недостаток исправлен путем нанесения на оптические элементы просветляющего покрытия, о котором мы сегодня уже говорили.
Самым знаменитым из Планаров, по мнению многих специалистов, можно считать Планар с фокусным расстоянием 110 миллиметров и диафрагмой F/2,0. Его обычно выбирали те, кто имел очень дорогой фотоаппарат Hasselblad серий 2000 и 200.
Тессар (Tessar)
Этот объектив - также изобретение Пола Рудольфа, когда он работал в фирме Carl Zeiss. Впервые Тессар был представлен публике в 1902 году. Его название происходит от греческого слова, которое означает четыре. Из этого становится ясным, что Тессар состоит всего из четырех оптических элементов. Этот объектив был достаточно компактным в своих размерах, обладал диафрагмой F/6,3, и обеспечивал своим пользователям хорошее качество изображения при достаточно невысокой стоимости. Большинство современных 50-миллиметровых объективов построены на основе Тессара.
Соннар (Sonnar)
Сонар появился несколько позднее вышеописанных объективов. Фирма Цейса патент на него получила в 1929 году. Разработал Соннар доктор Людвиг Бертеле. Первый объектив типа Соннар имел фокусное расстоняие 50 миллиметров и состоял из пяти оптических элементов. Предназначался этот объектив для дальномерных камер Zeiss Contax. Название Соннара происходит от немецкого слова sonne и в переводе означает солнечный. Солнечный потому, что наделен замечательной диафрагмой - F/1,5.
Создатели Соннара на этот раз справились со всеми теми конструктивными недостатками, которыми обладали ранее разработанные в фирме Цейс объективы. Соннары давали большую контрастность и меньшую степень засветки, в отличии Планаров, и намного меньшую хроматическую аберрацию и значительно лучшую диафрагму, чем Тессар.
Стабилизация изображения
Системы стабилизации изображения (IS) и системы уменьшения его вибрации (VR) играют исключительно важную роль в получении хорошего качества изображения, которое создает тот или иной объектив. Эти системы позволяют получать картинку хорошего качества и приемлемой резкости на выдержках, которые до четырех раз длиннее, чем при обычной съемке с рук.
Самые рейтинговые на сегодня производители оптики и фотоаппаратуры, Canon и Nikon, применяют в своей продукции весьма умные технологии с использованием датчиков движения, которые обнаруживают даже незначительные подвижки, которые способны сделать изображение размытым. Сигнал от датчика движения поступает в микропроцессор и обрабатывается им. Этот микропроцессор управляет мотором, который регулирует положение групп оптических элементов объектива с точностью до долей секунды.
Вращающиеся передний элемент
Некоторые из современных фоотобъективов сконструированы таким образом, что их передний оптический элемент является вращающимся. Большой проблемой для фотографа это не является до тех лишь пор, пока он не начинает пользоваться некоторыми видами светофильтров. В частности, например, поляризационными. Проблема тут кроется в том, что при вращении фильтра вокруг своей оси и последующей фокусировкой сдвигается поляризатор. А это, как вы понимаете, значительно затрудняет съемку. Решить эту проблему можно при помощи специального квадратного держателя светофильтров, которые имеются в продаже.
Если вы активно пользуетесь при съемке светофильтрами, эту конструктивную особенность некоторых объективов нужно учитывать.
Выдвижение зума
Некоторые объективы, порой даже профессиональные и дорогие, например, L –серии Canon, имеют неприятную особенность. Если они опущены передней линзой вниз, то… самопроизвольно раздвигаются. Понятно, что это вызвано силой тяготения, но, тем не менее, это обычно весьма раздражает в работе. Например, когда камера висит у вас на плече, а потом для работы ее нужно поднять к глазам с максимально выдвинутым зумом.
Сегодня некоторые длиннофокусные и громоздкие объективы оснащены встроенным фиксатором, ограничивающим самопроизвольное передвижение своих конструктивных элементов. Это, конечно, частично решает вышеозначенную проблему, но, тем не менее, вместе с тем является заметной помехой, если фотографу нужно работать оперативно и зуммировать объектив, не теряя времени для отключения фиксатора каждый раз.
Заключение
Качество изображения, получаемого на снимке, в первую очередь определяет объектив. Этот постулат уже не подлежит обсуждению и тем более сомнению. Если у вас возникла необходимость покупки для себя нового объектива, то учитывайте наиболее важные аспекты этого выбора, а именно: стоимость объектива, качество сборки, качество оптических элементов и максимальная диафрагма. При выборе объектива очень важно так же знать его конструкцию и материалы, из которых он изготовлен. Вам необходимо знать, за что вы платите.
