Допустимые кружки нерезкости для различных расстояний рассматривания

При съемке разноудаленных объектов с наилучшей резкостью изображается тот объект, на который произведена наводка объектива на резкость. Однако в связи с допустимой нерезкостью практически резкими получаются объекты, расположенные несколько дальше и несколько ближе него. Таким образом, имеются передняя и задняя границы, между которыми расположено резко изображаемое пространство. Вследствие этого может быть допущена некоторая неточность в наводке объектива на резкость.

Глубина резкости объектива – допустимое смещение объектива относительно расчетного положения, соответствующего наилучшей резкости изображения, при котором изображение остается практически резким.

Понятие о предельно допустимом кружке нерезкости связано с практикой применения радиальной миры, состоящей из черно-белых секторов (рис. 36). Рассматривая ее изображение на негативе или диапозитиве через микроскоп, с помощью микрометрического столика измеряют диаметр нерезкого кружка посередине.

Штриховая мира состоит из полей с группами параллельных штрихов (рис. 36). Рассматривая пленку в мощную лупу, можно заметить, в каком элементе штрихи оказываются неразличимыми. Разрешающая способность предшествующего поля с линиями большей ширины дает искомое количественное выражение.

Взаимосвязь значений разрешающей способности, выражаемой через диаметр кружка нерезкости и в лин/мм, приведена в таблице 2.

Таблица 2

Взаимосвязь разрешающей способности от кружка нерезкости

Н а рисунке 37 показаны пять различных случаев расположения объекта и соответствующих им положений изображения.

Пространство слева от объектива (перед объективом) называют пространством предметов, или предметным пространством, а пространство справа от объектива (за объективом) – пространством изображений.

1.  Если объект находится в «бесконечности», то его изображение получится за объективом в главной фокальной плоскости, т. е. на удалении равном главному фокусному расстоянию f.

2. По мере приближения объекта съемки к объективу его изображение начинает все больше перемещаться в сторону точки F'₂.

3. Когда объект будет в точке F₂, т. е. на удалении равном двойному фокусному расстоянию, его изображение окажется в точке F'₂. Причем если до этого момента размеры объекта были больше размеров его изображения, то в данном случае они станут равны.

4

Рис. 37. Связь между расстоянием от объектива О до объекта К и расстоянием от объектива О до изображения объекта К'

5. Когда объект окажется в точке F₁, пришедшие от него лучи за объективом образуют параллельный пучок и изображения не получится.

При крупномасштабных съемках (макросъемка) объект располагают на близком расстоянии (иногда меньшем, чем 2f) и применяют различные приспособления для выдвижения объектива на большее расстояние, чем это позволяет оправа.

В фотографической оптике различают глубины резкости объектива в пространстве предметов и в пространстве изображений, которые являются сопряженными (рис. 37). Для того чтобы эти понятия разделить, принято говорить о глубине резко изображаемого пространства и глубине резкости объектива.

Г

Рис. 38. При уменьшении светового отверстия диафрагмы глубина резкости объектива возрастает: D и D₁ – диаметры светового отверстия; 0,05 – диаметр допустимого кружка рассеяния; δ и δ₁ – глубина резкости – допустимое нарушение точности наводки объектива на резкость; Р – фокальная плоскость

Почти все фотообъективы имеют на оправе специальную шкалу глубины резкости, с помощью которой определяют границы резко изображаемого пространства (рис. 39). Это симметрично расположенные относительно установочного индекса ▼ деления, соответствующие шкале относительных отверстий. Шкала глубины резкости расположена рядом со шкалой расстояний и может сдвигаться относительно нее, образуя простейшее счетное устройство – калькулятор.

Н а рисунке 39, а можно увидеть, что при относительном отверстии, соответствующем диафрагме 2,8, передняя граница резко изображаемого пространства будет на расстоянии около 11 м от фотоаппарата, при диафрагме 16 – на расстоянии 1,7 м и т. д. В приведенных примерах задняя граница резко изображаемого пространства находится в «бесконечности» и конкретно не определяется.

Расстояние до передней границы резко изображаемого пространства при установке объектива на  называют гиперфокальным расстоянием.

Е

Рис. 39. Варианты пользования шкалой глубины резкости: а – определение гиперфокальных расстояний, соответствующих выбранным значениям диафрагмы; б – определение глубины резкости при наводке объектива на заданное расстояние и выбор той или иной диафрагмы; в – получение наибольшей глубины резкости при выбранной диафрагме и определение расстояния до точки наводки объектива при этом условии

Если объектив наведен на резкость, например на расстояние 3 м (рис. 39, б), то по шкале глубины резкости можно определить расстояния до передней и задней границ резко изображаемого пространства для того или иного значения диафрагмы. Так, для диафрагмы 2,8 передняя граница будет на расстоянии около 2,5 м, а задняя – на расстоянии 4,5 м, для диафрагмы 5,6 передняя граница будет на расстоянии 1,8 м, а задняя – на расстоянии 15 м и т. д.

Ч

Рис. 40. Зависимость гиперфокального расстояния от относительного отверстия объектива

С уменьшением относительного отверстия объектива (диафрагмы) гиперфокальное расстояние уменьшается (рис. 40), а глубина резко изображаемого пространства увеличивается.

Границы глубины резко изображаемого пространства определяют из следующих отношений основных величин (см):

(расстояние до передней границы),

(расстояние до задней границы),

где f – главное фокусное расстояние (f а); k – диафрагменное число; d – диаметр допустимого кружка рассеяния; а – расстояние до объекта съемки.

Гиперфокальное расстояние определяют по формуле:

где f – фокусное расстояние; d – кружок нерезкости; k – диафрагменное число.

П

Рис. 41. Зависимость глубины резко изображаемого пространства от фокусного расстояния объектива

П ри увеличении расстояния до точки, по которой производят наводку объектива на резкость (при прочих равных условиях), глубина резко изображаемого пространства увеличивается (рис. 42).

Объективы бывают постоянно встроенными в корпус камеры или сменными. Они имеют различные оправы, рассчитанные на определенный тип фотоаппарата.

Э

Рис. 42. Зависимость глубины резко изображаемого пространства от расстояния до точки наводки объектива – ▼

Таким образом, возможность установки объектива на тот или иной фотоаппарат зависит от конструкции его оправы.

Оправа обычно представляет собой трубчатую конструкцию, внутри которой расположены линзы и диафрагма, а с внешней стороны находится кольцо управления диафрагмой, кольцо для наводки объектива на резкость и др.

В некоторых типах фотоаппаратов центральный затвор размещен в корпусе объектива. Такие объективы, как правило, не бывают сменными, так как их нельзя снять отдельно от затвора.

Объектив может крепиться к фотоаппарату с помощью резьбового или байонетного соединения. Резьбовое соединение предусматривает ввинчивание оправы объектива в посадочное гнездо фотоаппарата при установке и вывинчивание в процессе отсоединения объектива. Более сложное байонетное соединение позволяет произвести смену объективов за более короткое время, что значительно сокращает время подготовки фотоаппарата к съемке.

Д иафрагма – устройство, с помощью которого ограничивается пучок лучей, проходящих через объектив, для увеличения глубины резко изображаемого пространства или уменьшения освещенности фотоматериала в момент экспонирования (рис. 43).

В

Рис. 43. Диафрагма состоит из ряда перекрывающихся пластин

Ручное управление диафрагмой осуществляется кольцом на оправе объектива.

В ряде типов фотоаппаратов применяются так называемые «прыгающие» диафрагмы, конструкция которых позволяет пользоваться полным отверстием объектива во время наводки и автоматически закрывать диафрагму до заранее установленной величины в момент съемки.

Автоматическое управление диафрагмой. Некоторые типы фотоаппаратов снабжены фотоэлектрическими экспонометрическими устройствами. Они автоматически устанавливают оптимальную величину диафрагмы в зависимости от светочувствительности фотопленки и яркости объекта съемки.

Объективы, в зависимости от отношения фокусного расстояния к диагонали кадра, принято подразделять на нормальные, короткофокусные и длиннофокусные.

К нормальным объективам относятся такие, у которых фокусное расстояние равно или на 10–20 % больше диагонали кадра. Угол поля изображения таких объективов обычно находится в пределах 45–50°.

Объективы, у которых фокусное расстояние меньше, а угол поля изображения больше, чем у нормальных, называют короткофокусными (или широкоугольными).

Широкоугольные объективы применяют при съемках в тесных помещениях, когда нет возможности отойти на достаточное расстояние, чтобы охватить нужное пространство, и для съемок на природе или в помещениях, когда объективом нормального фокусного расстояния невозможно разместить в кадре всю композицию.

Объективы, у которых фокусное расстояние больше, а угол поля изображения меньше, чем у нормальных, называют длиннофокусными (или телеобъективами).

Длиннофокусные объективы применяют в случаях, когда для получения достаточно крупного масштаба изображения невозможно приблизиться к объекту съемки на нужное расстояние.

Эффект от съемки длиннофокусным объективом можно сравнить с эффектом применения бинокля. Если вместо нормального объектива с фокусным расстоянием 50 мм сделать съемку (при прочих равных условиях) объективом с фокусным расстоянием 300 мм, то масштаб изображения на негативе получится в 6 раз крупнее (300/50 = 6).

Особую группу составляют объективы переменного фокусного расстояния. Они позволяют получать изображения различного масштаба при неизменном расстоянии до объекта съемки.

Отношение наибольшего фокусного расстояния к наименьшему называют кратностью объектива. Так, объективы с переменным фокусным расстоянием от 35 до 105 мм называют объективами с 3-кратным изменением фокусного расстояния (105/35 = 3).

Фотографический затвор – устройство, с помощью которого обеспечивается воздействие световых лучей на фотоматериал в течение определенного времени, называемого выдержкой.

По принципу устройства затворы подразделяют на центральные и шторно-щелевые (фокально-плоскостные).

Ц

Рис. 44. Некоторые типы центральных затворов: слева – с отсекателями света одностороннего действия; в центре – с отсекателями света двустороннего действия; справа – с отсекателями света, выполняющими функции затвора и диафрагмы

В центральном затворе при нажатии на спусковую кнопку отсекатели начинают расходиться, образуя световое отверстие с центром, расположенным на оптической оси. При этом на всей площади кадра возникает световое изображение. По мере расхождения лепестков освещенность возрастает, а затем, по мере их возвращения в исходное положение, убывает до нуля.

Принцип действия центрального затвора обеспечивает высокую равномерность освещенности получаемого изображения, что имеет особое значение при съемках на обращаемые и цветные фотопленки. Кроме того, этот затвор позволяет применять импульсные источники света практически при любых выдержках.

Шторно-щелевой затвор имеет отсекатели в виде шторок или заслонок, расположенных непосредственно у поверхности фотоматериала.

Объектив создает изображение фактически за поверхностью шторок. В момент съемки шторки-отсекатели перемещаются вдоль или поперек кадрового окна одна за другой с определенным отставанием во времени. Через образующуюся щель между задней кромкой открывающей шторки и передней кромкой закрывающей шторки происходит экспонирование фотоматериала (рис. 45). Продолжительность действия света на фото­материал, т. е. выдержка, зависит от скорости перемещения шторок и от ширины щели между ними.

И

Рис. 45. Шторно-щелевой затвор

Шторно-щелевой затвор позволяет применять различные сменные объективы. Такой затвор обеспечивает выдержку до 1/8000, но он не всегда дает возможность получать равномерность экспозиции по всей поверхности кадрового окна. Использование импульсных источников света при шторно-щелевом затворе возможно только при таких выдержках, при которых ширина щели обеспечивает полное открытие кадрового окна. В большинстве фотоаппаратов такими выдержками являются 1/30 с, а на более совершенных – 1/60 и даже 1/250 с.

Выдержки, которые отрабатываются механизмом затвора, называют автоматическими. Существует следующий стандартный ряд выдержек, измеряемых в секундах:

… 4 2 1 1/2 1/ 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000…

Автоспуск – механизм, предназначенный для автоматического спуска затвора через определенный интервал времени после нажатия на кнопку спуска. Большинство современных фотоаппаратов снабжено автоспуском в качестве дополнительного узла в конструкции затвора.

Экспонометр – прибор или приспособление для определения экспозиционных параметров (выдержки и диафрагменного числа) при данной яркости объекта съемки и заданной светочувствительности фотопленки. В автоматических системах поиск такого сочетания называется отработкой программы.

Д ля повышения точности определения экспозиционных параметров, особенно в тех случаях, когда съемка производится с применением сменных объективов, различных приставок и насадок, существенно влияющих на светосилу объектива, фотоэлементы экспонометрических устройств размещают за объективом. Такая система замера светового потока получила наименование TTL. Один из вариантов этой системы показан на рисунке 46.

Ф

Рис. 46. Схема замера светового потока за объективом: 1 – объектив; 2 – фотоэлемент; 3 – пентапризма; 4 – окуляр видоискателя; 5 – зеркало; 6 – линза Френеля

В некоторых моделях система TTL осуществляет также измерение освещенности только в центральной области поля изображения (точечный замер). Таким образом, система TTL работает не только согласованно с углом поля зрения объектива, но и позволяет определять экспозиционные параметры для сюжетно важного участка в пределах поля изображения.

Видоискатель – устройство, с помощью которого определяют границы пространства, входящего в пределы поля изображения (кадра).

П

Рис. 47. Схемы типовых видоискателей: 1 – рамочный; 2 – зеркальный; 3 – телескопический; 4 – телескопический с подсвеченной рамкой в поле зрения

Рамочный видоискатель состоит из рамки и смотрового окна. Разновидность такого устройства – видоискатель из стеклянного параллелепипеда.

Глаз человека обладает ограниченной глубиной резкости. Одновременно и достаточно четко видеть рамку видоискателя и детали композиции он не может, поэтому такие видоискатели позволяют определять границы поля изображения лишь приблизительно.

Зеркальный видоискатель состоит из объектива, отклоняющего зеркала и коллективной линзы. Видоискатели большинства зеркальных фотоаппаратов имеют, кроме того, окуляр и оборачивающую пентапризму. Пентапризма преобразует изображение в прямое, привычное для нашего зрения.

Телескопический видоискатель шкально-дальномерных фотоаппаратов. В его основу положена обратная схема зрительной трубы Галлилея. Первая линза (объектив) – отрицательная, вторая (окуляр) – положительная. Это позволяет при сравнительно небольших размерах видоискателя получать уменьшенное изображение с четкими границами поля зрения.

В поле зрения телескопического видоискателя часто вводят подсвеченные рамки, или параллактические метки. Подсветка осуществляется светом, отраженным от объекта съемки с помощью полупрозрачного или обычного зеркала. Параллактические метки нужны для учета разности положений оптической оси съемочного объектива и оптической оси видоискателя.

Фокусировочное устройство. Видоискатели дальномерных и зеркальных фотоаппаратов имеют фокусировочные устройства для наводки объектива на резкость.

Ф

Рис. 48. Символы, обозначающие расстояния на объективах шкальных фотоаппаратов

Ф окусировка по шкале расстояний обеспечивает хорошие результаты для объективов, обладающих большой глубиной резкости. Такой способ наводки применяется в обширном классе шкальных фотоаппаратов (рис. 48).

Фокусировка с помощью дальномерного устройства отличается высокой точностью и применяется для светосильных объективов со сравнительно небольшой глубиной резкости.

П

Рис. 49. Принципиальная схема дальномерного устройства для наводки объектива на резкость: а: 1 – окуляр видоискателя; 2 – кубик с полупрозрачным зеркальным слоем; 3 – диафрагма; 4 – объектив фотоаппарата; 5 – объектив дальномера; 6 – отклоняющая призма; 7 – рычаги связи оправы объектива с отклоняющей призмой; б – наводка объектива на резкость выполняется совмещением двух изображений в поле зрения видоискателя (два изображения – объектив установлен неточно; одно изображение – объектив установлен точно)

Однообъективные зеркальные фотоаппараты отличаются от двухобъективных наличием подвижного зеркала. В зависимости от положения зеркало направляет лучи на коллективную линзу видоискателя или на поверхность фотопленки. Схема однообъективного зеркального фотоаппарата показана на рисунке 50. Такая схема обеспечивает беспараллаксное визирование и облегчает выбор композиции в пределах поля изображения, что позволяет широко применять сменные объективы, оптические насадки и приставки для различных видов съемок.

Лучи света, пройдя через объектив 1 (рис. 50), попадают на зеркало 2 и отражаются им на матированную поверхность коллективной линзы 4, образуя на ней световое изображение. Это изображение рассматривается через окуляр 5 и оборачивающую пентапризму 6. Расстояние от задней главной плоскости объектива до матированной поверхности коллективной линзы должно быть равно расстоянию от этой плоскости до поверхности фотопленки. При нажатии на спусковую кнопку зеркало поднимается вверх и закрывает доступ света в камеру через окуляр и пентапризму; затем срабатывает затвор, пропуская лучи на фотопленку, после чего зеркало вновь опускается в исходное положение. Наводка объектива на резкость с визуальным контролем изображения на матированной поверхности коллективной линзы требует непрерывного сравнения и оценки изображения по мере перемещения объектива вдоль оптической оси. При этом необходимо уловить то положение, при котором резкость изображения будет наилучшей. Чтобы облегчить наводку объектива на резкость и повысить ее точность, коллективные линзы изготовляют с фокусировочными клиньями или микрорастром (рис. 51, 52). Эти элементы позволяют осуществлять наводку объектива на резкость так же точно, как и с помощью дальномерных устройств, и столь же наглядно, как и с помощью матового стекла. Клинья или микрорастр располагают в центральной части плоской поверхности коллективной линзы. Остальная часть поверхности может быть полностью матовой или иметь матированное поле в виде кольца, окружающего клинья или микрорастр. Матированная поверхность облегчает оценку глубины резкости.

Д ействие клиньев основано на том, что создаваемое на их поверхности изображение разделяется на две части, если наводка объектива на резкость выполнена неточно. Перемещением объектива добиваются соединения расчлененных частей, как это показано на рисунке 51.

Микрорастр представляет собой регулярно расположенные пирамиды, размеры основания которых немного больше, а высота немного меньше 0,05 мм. Работа микропирамид аналогична работе клиньев. Изображение на поверхности микрорастра дробится смежными микропирамидами, и сплошные линии контуров становятся как бы пунктирными. Из-за малых размеров пирамид перемещение элементов изображения с поверхности одной пары пирамид на соседнюю приводит к разделению изображения, и, если объектив сфокусирован неточно, изображение на поверхности коллективной линзы как бы мерцает.

Если объектив сфокусирован точно, то изображение становится четким и стабильным (рис. 52).

При светосиле объектива меньше 1/4 клинья и микрорастр становятся неэффективными и вышеизложенные оптические явления становятся практически неразличимыми. С увеличением относительного отверстия структурная поверхность этих элементов становится контрастнее и более отчетливо видна.

Коллективные линзы с фокусировочными элементами изготовляют в виде линз Френеля (рис. 53) путем прессования или литья из оптически прозрачных полимерных материалов.

Линза Френеля обеспечивает большую яркость изображения на краевых участках, чем обычная коллективная плоско-выпуклая линза.