2.2.1. Устройство фотоаппарата

С

Рис. 32. Схема строения глаза человека

На рисунке 33 схематически показано устройство фотоаппарата. При фотографировании заслонка открывается, световой поток, формирующий изображение, проходит через отверстие, диаметр которого регулируется диафрагмой, затем он проходит через объектив, преломляется в нем и фокусируется на фотопленке, которая регистрирует изображение. Фотоаппарат имитирует зрительный процесс при помощи двух главных элементов: фокусировки, которая зависит от расстояния до объекта, и выдержки, которая определяет время освещения фотоматериала.

Фотоаппарат – оптико-механический прибор, с помощью которого производится фотосъемка. Фотоаппарат состоит из следующих основных частей:

– корпус со светонепроницаемой камерой;

– объектив;

– затвор;

– устройство для определения границ изображения;

– механизм фокусировки;

– фотопленка.

К орпус – основа конструкции фотоаппарата, объединяющая узлы и детали в согласованную оптико-механическую систему. Стенки корпуса представляют собой светонепроницаемую камеру, в передней части которой установлен объектив, а в задней – светочувствительная пленка.

Объектив – система линз, заключенная в специальную оправу. Объектив предназначен для получения светового изображения объекта съемки на светочувствительном материале. От свойств объектива в значительной степени зависит характер и качество фотографического изображения.

О

Рис. 33. Схема устройства фотоаппарата

– фокусное расстояние;

– относительное отверстие;

– светосила;

– угол поля изображения;

– разрешающая способность объектива;

– глубина резкости;

– гиперфокальное расстояние.

Фокусное расстояние (f) – расстояние от задней главной плоскости до плоскости, где фокусируются лучи света, падающие в объектив параллельным пучком (лучи идущие из бесконечности).

Основные плоскости и точки оптической системы объектива изображены на рисунке 34. Расстояние от задней главной плоскости объектива до плоскости, в которой образуется резкое изображение объекта съемки, расположенного на конечном расстоянии, называется задним фокусным расстоянием и обозначается f'.

Рис. 34. Основные плоскости и точки оптической системы объектива: Р – передняя фокальная плоскость; F – точка переднего фокуса; f – переднее фокусное расстояние; H – передняя главная плоскость; О – передняя главная точка; О' – задняя главная точка; Н' – задняя главная плоскость; f' – заднее фокусное расстояние; U' – вершинный отрезок; S – рабочий отрезок; F' – точка заднего фокуса; Р' – задняя фокальная плоскость; Д – диафрагма

Главный фокус – точка на оптической оси за объективом, изображающая бесконечно удаленную точку. В каждом объективе существует два главных фокуса: передний F и задний F´.

Главные плоскости – две условные плоскости H и H', от которых производится отсчет фокусных расстояний.

Величина главного фокусного расстояния указана на оправе объектива.

При подборе объектива к конкретной модели фотоаппарата учитывают способ крепления к корпусу, величину фокусного расстояния f, вершинного отрезка U' и рабочего отрезка S.

Вершинный отрезок – расстояние от вершины последней линзы объектива по ходу светового луча до точки заднего главного фокуса F'.

Рабочий отрезок – расстояние S от поверхности опорного торца оправы объектива на фотоаппарате до фокальной плоскости.

Переднее и заднее фокусные расстояния оптической системы равны между собой.

Распространение световых лучей принято изображать слева направо, поэтому заднее фокусное расстояние, заднюю фокальную плоскость, задний фокус часто называют просто фокусным расстоянием, фокальной плоскостью, фокусом оптической системы и т. д.

Относительное отверстие объектива – отношение диаметра светового отверстия объектива к величине главного фокусного расстояния. Оно также указывается на оправе объектива.

Относительное отверстие выражается в виде дроби с числителем равным 1 и знаменателем k:

где f – фокусное расстояние объектива; d – диаметр светового отверстия.

Существует стандартный ряд относительных отверстий:

1/0,7 1/1 1/1,4 1/2 1/2,8 1/4 1/5,6 1/8 1/11 1/16 и т. д.

Для экономии места на оправе объектива принято указывать только знаменатели этого ряда (значения диафрагмы):

0,7 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16 и т. д.

В связи с этим принято говорить не «Установим относительное отверстие 1/8», а говорят «Установим диафрагму 8».

Рассматривая последовательные обозначения относительных отверстий, легко заметить, что смежные числа отличаются в 1,41 раза ( ). Поскольку количество света, пропускаемого объективом, пропорционально площади светового отверстия, то переходя от одной диафрагмы к соседней, мы увеличиваем или уменьшаем диаметр светового отверстия в 1,41 раза. При этом площадь светового отверстия изменится в 1,41² = 2 раза, следовательно, объектив станет пропускать света соответственно в двое больше или меньше.

Светосила объектива – способность создавать ту или иную степень освещенности изображения при данной яркости объекта.

Геометрическое относительное отверстие объектива всегда несколько больше его эффективного относительного отверстия или светосилы объектива, так как при проходе света через объектив часть светового потока теряется за счет поглощения в массе стекла и отражений от поверхностей линз, граничащих с воздухом. В результате фактическая светосила всегда несколько меньше геометрической. Однако в современных просветленных объективах эта разница не очень велика (менее 2–3 %).

Светосила объектива Q определяется отношением освещенности E_из изображения к яркости B_об снимаемого объекта:

.

Освещенность определяется отношением величины светового потока J к площади освещаемой поверхности L:

.

Когда свет падает на какую-либо поверхность, т. е. освещает ее, принято говорить об освещенности, создаваемой источником света. Если же этот свет отражается от объекта и воспринимается глазом или фотопленкой, то принято говорить о яркости объекта.

П

Рис. 35. Поле изображения, угол поля изображения и угол зрения объектива: О – объектив; f – фокусное расстояние; D – диагональ кадра; 2 – угол поля изображения;  – угол зрения объектива

Угол поля изображения. Поле изображения и угол поля изображения определяют возможность использования объектива для съемки на том или ином формате кадра, а также принадлежность объектива к короткофокусным (широкоугольным), нормальным или длиннофокусным (телеобъектив). Круг, диаметром (D) которого является диагональ кадра, называется используемым полем изображения. Угол 2 (рис. 35), образованный лучами, исходящими из задней главной точки и проходящими через концы диагонали кадра, называется углом поля изображения. Угол , образованный продолжением этих лучей в предметном пространстве, называется углом поля зрения объектива (у широкоугольных объективов может быть угол  > 2).

Разрешающая способность объектива – способность изображать мельчайшие детали объекта съемки. Разрешающая способность численно выражается количеством линий на 1 мм изображения специальных испытательных таблиц – штриховых или радиальных мир (рис. 36).

Рис. 36. Миры для определения разрешающей способности объектива: штриховая (слева), радиальная (справа)

Согласно дифракционной теории образования изображения, разрешающая способность объектива определяется его относительным отверстием и составляет:

где N – число штрихов, разделенных промежутками такой же ширины, приходящихся на 1 мм длины изображения; k – знаменатель – диафрагменное число.

Реальные объективы обладают рядом аберраций (аберрации, от лат. аberration –уклонение, погрешности и дефекты оптического изображения, формируемого оптической системой), которые снижают разрешающую способность объектива; необходимо также учитывать разрешающую способность фотопленок. Поэтому на практике важно знать реальную величину фотографической разрешающей способности.

Разрешающая способность системы объектив – фотопленка, т. е. число реально передаваемых фотографическим материалом параллельных линий на 1 мм, может быть выражено формулой:

,

где R_сист – разрешающая способность системы «объектив – пленка»; R_об – разрешающая способность объектива; R_пл – разрешающая способность фотопленки.

Глубина резкости и гиперфокальное расстояние также являются элементами характеристики объектива. Любую фигуру или группу точек, занимающих в поперечнике не более 0,1 мм, с расстояния 25–30 см глаз воспринимает как одну точку. С учетом этого устанавливают допустимые пределы нерезкости фотографического изображения.

Для негативов форматом 24×36 мм допускается изображение отдельных точек в виде кружков диаметром 0,03–0,05 мм, которые принято называть допустимыми кружками рассеяния (табл. 1).

Таблица 1