***
Объектив — важнейшая часть фотоаппарата. Он должен давать на пленке резкое и геометрически правильное изображение фотографируемых предметов по всему полю кадра, для которого он предназначен. Изготовление объективов требует величайшей точности. Качество каждого объектива тщательно проверяется на заводе.
Как устроен объектив
Даже самые простые современные объективы состоят из двух-трех линз, а более совершенные — еще сложнее.
На рис. 4 показан объектив «Юпитер-8». В нем шесть линз.
Рис. 4. В объективе «Юпитер-8» шесть линз
Хотя простая собирательная линза и дает изображение, но из-за свойственных ей оптических недостатков изображение получается плохим — резким только в центральной части и совершенно нерезким по краям. Прямые линии на краях изображения получаются изогнутыми.
Правда, многие недостатки простой линзы можно значительно смягчить с помощью диафрагмы (светонепроницаемой заслонки с небольшим отверстием в центре), поместив ее перед или за линзой. Этим средством и пользовались первые фотографы, в распоряжении которых не было хороших объективов. Но с применением диафрагмы количество света, проходящего через объектив, во много раз уменьшается, что, естественно, вызывает значительное увеличение выдержки во время съемки.
Поиски иных способов, которые позволили бы повысить качество работы объектива, не уменьшая его действующего отверстия, уже в первые годы существования фотографии показали, что достигнуть этого можно только сочетанием в объективе двух или нескольких линз определенной формы, изготовленных из специальных сортов оптического стекла. Первым таким объективом был ахромат (рис. 5) — ахроматическая линза, склеенная из двух линз. Затем предложили перископ — объектив из двух отдельно стоящих линз. Позднее был создан апланат, состоящий из двух отдельно стоящих ахроматов и просуществовавший почти 30 лет как лучший объектив своего времени, хотя и ему были свойственны некоторые оптические недостатки. И только в начале нашего века удалось создать наиболее совершенные объективы, практически свободные от всех недостатков. Объективы эти получили название анастигматов.
Рис. 5. Так совершенствовался фотографический объектив
В настоящее время выпускаются только анастигматы, если не считать некоторых фотоаппаратов упрощенного типа, в которых устанавливаются более простые объективы. Оптические схемы анастигматов весьма разнообразны и часто очень сложны.
Фотографическим объективам, как и фотоаппаратам, присваивают названия, например: «Индустар», «Руссар», «Орион» и т. п. Иногда эти названия дополняют тем или иным цифровым шифром, например: «Гелиос-44», «Индустар-50». Лишь изредка в названии объектива отражаются конструктивные или другие особенности. Так, буквой «Т» обозначают трехлинзовые объективы (триплеты), приставкой «Теле» (например, «Телемар») обозначают телеобъективы.
Главные оптические характеристики обозначаются на оправе передней линзы объектива рядом с названием. Именно этими характеристиками и надо руководствоваться при покупке фотоаппарата.
Все современные объективы дают весьма четкое и геометрически правильное изображение снимаемых предметов по всему полю фотокадра, но технические характеристики и связанные с ними оптические свойства у разных объективов различны. Объективы различаются по светосиле, величине главного фокусного расстояния, углу поля изображения и разрешающей силе. Наибольшее практическое значение имеют светосила и главное фокусное расстояние. Численные выражения этих характеристик и наносят на оправы объективов.
Рис. 6. Главные технические характеристики объектива наносятся на его оправу
Взгляните на оправу объектива. Кроме названия и порядкового номера вы увидите, к примеру, такие пока еще непонятные вам условные обозначения: «1:3,5» и «F = 5 см» (рис. 6). Первое из них характеризует светосилу объектива, второе выражает величину его главного фокусного расстояния. Со смыслом и значением этих характеристик необходимо ознакомиться в первую очередь.
Главное фокусное расстояние
Если направить на собирательную (например, двояковыпуклую) линзу пучок лучей света, параллельных главной оптической оси линзы, как показано на рис. 7, в левом верхнем углу, то после преломления в линзе эти лучи соберутся в главном фокусе. Расстояние от линзы до главного фокуса и есть главное фокусное расстояние линзы.
Рис. 7. Таким способом можно приблизительно определить главное фокусное расстояние линзы
С достаточным приближением его можно определить, если поместить линзу или объектив на пути солнечных лучей, которые практически параллельны, и получить на бумаге резкое изображение солнца. Расстояние между линзой и бумагой и будет главным фокусным расстоянием линзы. Его можно измерить линейкой.
Почему же это расстояние называется главным?
Пользуясь линзой, можно заметить, что с изменением расстояния между предметом и линзой расстояние от линзы до изображения предмета также изменяется.
Проделаем следующий опыт. Возьмем двояковыпуклую линзу и лист белой бумаги и, поместив линзу на небольшом расстоянии от горящей лампы, получим на бумаге резкое изображение лампы. Измерив расстояние между линзой и бумагой, начнем отходить от лампы все дальше, поддерживая резкость изображения. Легко заметить, что расстояние между линзой и бумагой сначала будет сокращаться довольно быстро, а затем все медленнее, как бы затухая, и наконец наступит момент, когда оно перестанет сокращаться. И как бы далеко мы не отошли от лампы, расстояние от линзы до бумаги практически сокращаться уже не будет. Оно останется таким же и в том случае, если мы попробуем получить на бумаге резкое изображение удаленных домов, далеких гор, облаков или даже солнца. Иными словами, это расстояние является самым коротким из всех, при которых возможно получить резкое изображение предметов. Для линз с разной оптической силой это расстояние будет разным, но для каждой линзы оно постоянное, что позволяет пользоваться им как основной оптической характеристикой данной линзы. Поэтому оно и называется главным.
Сказанное относится и к любому фотографическому объективу. Независимо от числа линз, из которых он состоит, каждый фотообъектив представляет собой собирательную оптическую систему, т. е. действует подобно одиночной линзе. Поэтому объектив прежде всего характеризуется величиной его главного фокусного расстояния. Это расстояние обозначается буквой f или F и выражается в сантиметрах (иногда в миллиметрах). Итак, обозначение «F = 5 см» показывает, что главное фокусное расстояние данного объектива равно 5 см.
Для упрощения главное фокусное расстояние обычно называют просто фокусным расстоянием.
Рис. 8. Масштаб изображения прямо пропорционален величине главного фокусного расстояния
Каково же практическое значение фокусного расстояния объектива? Прежде всего от него зависит масштаб получаемого изображения. Он прямо пропорционален величине фокусного расстояния объектива. Сравните два снимка, помещенных на рис. 8. Оба они были сделаны одним и тем же аппаратом с одного и того же расстояния, но в первом случае фокусное расстояние объектива было вдвое меньше, чем во втором. Как видите, линейный масштаб изображения на первом снимке получился вдвое меньше. На этом явлении основано применение в одних и тех же фотоаппаратах так называемых сменных объективов с разными фокусными расстояниями, что позволяет, не сходя с места, т. е. с одной и той же точки, вести съемку в разных масштабах. Позже мы познакомимся с такими объективами более подробно.
Каждый фотоаппарат выпускается в продажу только с одним объективом, но у фотоаппаратов разных форматов объективы имеют разные фокусные расстояния. У фотоаппаратов марки «Смена» объективы имеют фокусное расстояние 4 см, у других малоформатных фотоаппаратов — 5 см. У фотоаппарата «Любитель» и почти у всех других фотоаппаратов формата 6 х 6 см объективы имеют фокусное расстояние 7,5-8 см, а фотоаппараты формата 6 х 9 см снабжены объективами с фокусным расстоянием 10,5 см.
Как видите, между форматом фотоаппарата и величиной фокусного расстояния объектива имеется связь: чем больше формат фотоаппарата, тем больше и фокусное расстояние установленного на нем объектива. Можно также обнаружить, что связь эта закономерна и что фокусное расстояние объектива обычно равно или близко к диагонали того кадра, для которого объектив предназначен. И в самом деле диагональ кадра фотоаппарата формата 24 x 36 мм (малоформатные аппараты) равна 43,3 мм и фокусное расстояние объективов таких фотоаппаратов обычно находится в пределах от 4 до 5 см. Диагональ кадра 6 x 9 см равна 10,8 см и объективы у таких фотоаппаратов имеют почти такое же фокусное расстояние. Чем же это объясняется?
Площадь, на которой объектив дает изображение, ограничена размерами кадра, т. е. форматом фотоаппарата.
Фотографический кадр всегда представляет собой прямоугольник или квадрат, а наибольшей линейной величиной в таких геометрических фигурах служит диагональ. Зная диагональ кадра и величину фокусного расстояния объектива, можно с помощью простого графического построения определить одно очень важное свойство объектива: под каким углом он охватывает снимаемое пространство. Для этого достаточно начертить на листе бумаги в натуральную величину прямоугольник размером с кадр, как это показано на рис. 9, и провести диагональ этого прямоугольника AB, опустить к середине диагонали перпендикуляр и, отложив на нем отрезок OC, равный фокусному расстоянию объектива, соединить точку C с концами диагонали АВ. Угол АСВ и есть искомый угол, называемый углом поля изображения.
Рис. 9. Таким построением легко определить угол поля изображения объектива
Проделав такое построение для объективов, установленных на фотоаппаратах разных форматов, можно увидеть, что угол поля изображения у всех объективов примерно одинаков и находится в пределах 40-55°. В величине этого угла и кроется секрет закономерности, о которой было сказано выше.
Опыт показал, что наиболее удобны для подавляющего большинства фотосъемок объективы, угол поля изображения которых находится в указанных выше пределах. Разница между величинами фокусных расстояний объективов различных по формату фотоаппаратов объясняется не чем иным, как стремлением конструкторов сохранить у всех фотоаппаратов один и тот же наиболее удобный угол поля изображения. Объективы с таким углом поля изображения называются нормальными. Их часто называют универсальными. Именно с такими объективами, как основными, фотоаппараты и выпускаются в свет.
Один из начинающих фотолюбителей пытался уверить другого в том, что чем больше формат фотоаппарата, тем большее пространство можно им охватить при съемке. Мне хочется предостеречь вас от такого заблуждения. Все фотоаппараты с нормальными объективами охватывают почти одинаковое пространство. Два снимка, показанных на рис. 10, это убедительно подтверждают. Один из них был сделан фотоаппаратом формата 24 x 36 мм, другой — с той же точки фотоаппаратом формата 6 x 9 см. Хотя размеры снимков и масштабы изображения на них различны, границы сфотографированного пространства у них одинаковы.
Рис. 10. Все фотоаппараты с нормальными объективами охватывают при съемке одинаковое пространство
От фокусного расстояния зависит также не менее важная техническая характеристика объектива — его светосила.
Как видите, с фокусным расстоянием связаны очень важные свойства объектива. Не случайно величину его всегда обозначают на оправе объектива. Но, выбирая фотоаппарат, менее всего следует руководствоваться величиной фокусного расстояния его объектива. Вы уже знаете, что фокусное расстояние основного объектива наилучшим образом согласовано с форматом кадра и подобрано в соответствии с наиболее удобным углом поля изображения. Выбирать аппарат по величине фокусного расстояния объектива было бы бесполезным занятием, но знать это расстояние и его практическое значение важно.
Что такое светосила
Каждый, кто собирается купить фотоаппарат, первым делом осведомляется о светосиле его объектива. Светосила едва ли не самая важная техническая характеристика объектива. Это мера его световых возможностей. Чем больше светосила, тем короче может быть выдержка при съемке. Высокая светосила облегчает съемку быстро движущихся объектов и спортивных моментов, требующих коротких выдержек. Она расширяет возможности съемки в слабо освещенных помещениях, в сумерках, в театрах, в спортивных залах, в ночное время, с экранов кино и телевизоров.
На первый взгляд кажется, что светосила зависит только от размеров объектива, точнее — от диаметра его линз. Понятно, что чем больше диаметр линз объектива, тем больше света он пропускает. Однако было бы ошибкой думать, что дело заключается только в этом. На рис. 11 показаны два объектива: «Индустар-24» и «Индустар-22». Какой из них имеет большую светосилу? Неискушенный человек, вероятно, ответил бы, что тот, который больше. И хотя это кажется очевидным, светосила у этих двух объективов совершенно одинакова. Объясняется это тем, что светосила объектива зависит не только от диаметра его линз, но и от величины фокусного расстояния.
Рис. 11. Светосила у этих двух объективов одинаковая
На оправах объективов светосила обозначается весьма условно, в виде отношения двух чисел, из коих первое всегда единица. Например: 1:2 или 1:3,5 и т. д. Смысл этого обозначения в следующем: за единицу принят диаметр действующего отверстия объектива, т. е. отверстия, пропускающего свет. Обычно величина этого отверстия равна или очень близка к величине передней линзы объектива. Правая же часть отношения показывает, во сколько раз диаметр этого отверстия меньше фокусного расстояния объектива. В целом же обозначение выражает так называемое относительное отверстие объектива.
Рис. 12. Относительное отверстие показывает, во сколько раз фокусное расстояние объектива больше его действующего отверстия
Наглядное представление об относительном отверстии дает рис. 12. В левой его части показано, какое относительное отверстие у объектива «Индустар-22» с фокусным расстоянием 5 см, установленного на фотоаппарате «Зоркий». Как видно из рисунка, диаметр действующего отверстия этого объектива в три с половиной раза меньше его фокусного расстояния. Его относительное отверстие 1:3,5. В правой части рисунка дана такая же схема для объектива, установленного на фотоаппарате «Любитель-2», фокусное расстояние которого в четыре с половиной раза больше диаметра его действующего отверстия. Его относительное отверстие 1:4,5.
Вернувшись теперь к предыдущему рисунку, легко понять, почему, несмотря на разную величину двух показанных на нем объективов, светосила этих объективов одинаковая: у них одинаковые относительные отверстия.
Величину относительного отверстия можно выразить в виде дроби, т. е. вместо 1:3,5 написать 1/3,5, и тогда станет ясно, что чем меньше знаменатель дроби, тем относительное отверстие, а следовательно, и светосила объектива больше, так как больше сама величина дроби.
Попробуем теперь сравнить, во сколько раз светосила объектива с относительным отверстием 1:2 больше, чем у объектива с относительным отверстием 1:4. На первый взгляд может показаться, что для этого следует разделить большую из этих величин на меньшую, т. е. 1/2 : 1/4. Однако такое решение грубо ошибочно. Ответ при этом будет равен двум, между тем светосила первого из объективов больше, чем второго, не в два, а в четыре раза.
Чем же это объясняется? Вспомним кое-что из элементарного курса геометрии и физики, и все станет ясно.
Количество света, проходящего через объектив, зависит от площади действующего отверстия объектива. Последнее имеет форму круга, а площади кругов, как известно из геометрии, относятся, как квадраты их диаметров. Следовательно, количество света, проходящего через объектив, пропорционально квадрату диаметра его действующего отверстия.
Таким образом, если диаметр действующего отверстия одного объектива вдвое больше, чем другого, то при одинаковом фокусном расстоянии обоих объективов светосила первого больше, чем второго, не в 2 раза, а в 22, т. е. в 4 раза.
Это наглядно подтверждает рис. 13. На нем изображены два объектива, причем диаметр одного вдвое больше, чем другого. Нетрудно видеть, что квадрат диаметра первого объектива по площади в четыре раза больше, чем второго.
Рис. 13. Светосила объектива прямо пропорциональна квадрату диаметра его действующего отверстия
Теперь посмотрим, какова зависимость светосилы от величины фокусного расстояния. Из курса физики известно, что освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой поверхности. Источником света в фотоаппарате служит объектив, освещаемой поверхностью — фотопленка, а расстоянием — фокусное расстояние объектива. Отсюда, если фокусное расстояние одного объектива вдвое больше, чем другого, то при одинаковом диаметре действующих отверстий обоих объективов светосила первого меньше, чем второго, не в 2 раза, а в 22, т. е. в 4 раза.
Суммируя все сказанное, светосилу объектива можно выразить так:
Таким образом, относительное отверстие характеризует светосилу объектива, но численно ее не выражает. В обиходе очень часто путают эти понятия, называя относительное отверстие светосилой, но грамотный фотограф никогда так не скажет. Интересуясь светосилой объектива, он спросит: каково его относительное отверстие?
На современном уровне развития оптической техники фотообъективы с относительным отверстием 1:1 считаются сверхсветосильными. Такие объективы очень редки.
Объективы с относительным отверстием 1:2 - 1:1,5 считаются весьма светосильными. Достаточно светосильны объективы с относительным отверстием порядка 1:3,5 - 1:2,8. Светосила объективов с относительным отверстием 1:4,5 - 1:4 в настоящее время считается средней, а с относительным отверстием 1:5,6 и меньше — небольшой.
Однако не следует слишком переоценивать значение светосилы. Возможность фотографировать с короткими выдержками при неблагоприятных световых условиях зависит не только от светосилы; не в меньшей мере она зависит от светочувствительности фотоматериала, а светочувствительность современных фотопленок так высока, что вести съемку с короткими выдержками в большинстве случаев можно и при не очень большой светосиле объектива. И уж ни в коем случае не следует думать, что чем больше светосила объектива, тем выше резкость изображения, которое он дает. Резкость изображения не зависит от светосилы. Она зависит главным образом от конструкции объектива и точности его изготовления.
Таким образом, светосила объектива не так уж важна, как может показаться на первый взгляд, и стремление во что бы то ни стало приобрести фотоаппарат с очень светосильным объективом не всегда оправданно.
Для чего нужна диафрагма
Посмотрите внутрь объектива, и вы увидите в нем устройство, состоящее из нескольких тонких лепестков дуговой формы, расположенных по кругу, — это диафрагма (рис. 14).
Рис. 14. Диафрагма
С помощью специального привода (движка или рифленого кольца, опоясывающего оправу объектива) эти лепестки можно свести к центру объектива и тем самым уменьшить его действующее отверстие. Но с уменьшением действующего отверстия уменьшается светосила объектива и увеличивается выдержка при съемке. К чему же такое устройство?
Если на заре фотографии, когда не было хороших объективов, пользовались диафрагмой, — это понятно: диафрагма позволяла улучшить резкость изображения на краях снимка. Но зачем она теперь, когда современные объективы и так, без всякой диафрагмы, дают отличное, вполне резкое изображение по всему полю кадра? Зачем диафрагмировать объектив, если это не дает ничего, кроме ненужного увеличения выдержки?
Диафрагма крайне необходима, и пользоваться ею приходится очень часто. И вот почему.
В подавляющем большинстве случаев нам приходится фотографировать объекты, расположенные не в одной плоскости, а имеющие какую-то протяженность в глубь пространства или состоящие из нескольких планов, расположенных на разном расстоянии от фотоаппарата.
Рассуждая теоретически, получить на одном снимке резкое изображение предметов, разно удаленных от фотоаппарата, невозможно, поскольку каждому расстоянию от предмета до объектива соответствует определенное расстояние от объектива до пленки, при котором изображение предмета получается резким. Практически же такая съемка не только возможна, но успешно осуществляется на каждом шагу. В чем же причина такого явления? И нет ли здесь какого-то противоречия между теорией и практикой?
Конечно, никакого противоречия нет. Секрет заключается в особенностях нашего зрения. Когда мы фотографируем одновременно несколько предметов, расположенных на разном расстоянии от объектива, то, конечно, не все они получаются на снимке одинаково резкими. Наиболее резким будет изображение того предмета, по которому произведена наводка на резкость. Изображение всех других предметов, расположенных ближе и дальше, теоретически получается нерезким, но нерезкость эта иногда бывает настолько незначительной, что человеческий глаз не в состоянии ее обнаружить. Понятно, что с увеличением расстояния между предметом, по которому произведена наводка на резкость, и предметами, расположенными ближе и дальше, нерезкость изображения последних постепенно возрастает и в конце концов становится заметной на глаз, но в известных пределах она совершенно незаметна, что и позволяет фотографировать с достаточной резкостью многоплановые объекты.
Свойство объектива практически резко изображать на одном снимке предметы, расположенные от него на разном расстоянии, называется глубиной резкости объектива, а расстояние между передней и задней границами резкости — глубиной резкоизображаемого пространства.
Рис. 15. Диафрагма позволяет увеличить глубину резко изображаемого пространства: 1 — снимок сделан с наводкой на чайник, 2 — на чашку, 3 — на сахарницу при уменьшенном отверстии диафрагмы
В разных случаях глубина резко изображаемого пространства получается разной и зависит от ряда условий, но во всех случаях она тем больше, чем меньше действующее отверстие объектива, т. е. отверстие диафрагмы. Таким образом, диафрагмируя объектив, можно увеличить глубину резко изображаемого пространства, и именно в этом заключается главное назначение диафрагмы.
На рис. 15 приведены три снимка одного и того же сюжета. Сфотографированы три предмета: чайник, сахарница и чашка, расположенные на столе на разном расстоянии от фотоаппарата. Первые два снимка сделаны при наибольшем отверстии диафрагмы, т. е. при полной светосиле объектива.
Первый снимок был сделан с наводкой на резкость на ближайший предмет. Два дальних предмета получились на снимке нерезко, причем нерезкость дальнего предмета сильнее, чем среднего. Это понятно: дальний предмет расположен дальше от плана наводки, чем средний.
На втором снимке наводка была сделана на дальний предмет. Нерезко получились два ближних. Не лучше обстояло дело, если бы мы произвели наводку на средний предмет, так как в этом случае нерезко получились бы дальний и ближний предметы.
Когда же наводка была сделана на средний предмет, но отверстие диафрагмы было уменьшено, удалось получить на снимке резкое изображение всех трех предметов (третий снимок). Таково действие диафрагмы. Чем же оно объясняется?
Как мы уже говорили в главе 1, изображение предмета, рисуемое объективом, состоит из мельчайших точек. Опытом установлено, что изображение это представляется нам резким, если диаметр каждой такой точки не превышает 0,1 мм. Изображение каждой точки образуется конически сходящимся пучком лучей, падающих из объектива на поверхность пленки, и находится в точке пересечения этих лучей, т. е. в вершине светового конуса (рис. 16). При этом диаметр полученных точек обычно очень мал и иногда не превышает 0,01 мм. Поэтому, если поместить пленку строго точно в плоскости пересечения лучей, то изображение точки безусловно будет резким.
Рис. 16. Схема действия диафрагмы
Попробуем теперь сместить пленку, т. е. придвинуть ее к объективу или, наоборот, отнести ее немного дальше, как обозначено на рисунке пунктиром. Как в том, так и в другом случае пленка будет пересекать конус лучей и вместо точки на ней появится световой кружок. Теоретически изображение станет в этом случае нерезким, но если диаметр светового кружка не превышает 0,1 мм, то нам такое изображение будет казаться резким. Таким образом, практически без потери резкости расстояние между объективом и поверхностью пленки можно в каких-то пределах менять. А это значит, что если поместить пленку точно в плоскость пересечения лучей, идущих от плоскости наводки, то можно получить на пленке резкое изображение предметов, расположенных ближе и дальше плоскости наводки, конечно, в известных пределах. Расстояние, в пределах которого можно перемещать пленку, и характеризует глубину резкости. Последняя, очевидно, тем больше, чем больше это расстояние.
Теперь нетрудно понять, почему с уменьшением диафрагмы глубина резкости, а с ней и глубина резко изображаемого пространства увеличиваются. Как видно из нижнего рисунка, диафрагма уменьшает угол схождения лучей, делает конус лучей острее, вследствие чего расстояние между допустимыми пределами перемещения пленки становится больше.
Однако не следует думать, что глубина резко изображаемого пространства зависит только от величины отверстия диафрагмы. Это может привести вас к неверному пользованию диафрагмой, а в конечном счете к ошибкам во время съемки.
Глубина резко изображаемого пространства зависит и от величины фокусного расстояния объектива. При прочих равных условиях съемки она тем больше, чем меньше фокусное расстояние объектива.
Рис. 17. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше глубина резко изображаемого пространства
Рис. 17 показывает, как изменяется глубина резко изображаемого пространства при съемке объективами с разными фокусными расстояниями. Во всех трех случаях изображенные на рисунке объективы имели равные относительные отверстия и были наведены на одно и то же расстояние — 10 м. Черным кружком обозначена точка наводки на резкость, а стрелкой — глубина резко изображаемого пространства.
Поскольку в дальнейшем вам, возможно, придется пользоваться объективами с разными фокусными расстояниями, это обстоятельство нельзя упускать из виду.
В практической работе вам придется учитывать и еще одну величину, существенно влияющую на глубину резко изображаемого пространства, — расстояние до точки наводки. С увеличением расстояния от фотоаппарата до точки наводки на резкость глубина резко изображаемого пространства прогрессивно возрастает.
На рис. 18 приведен пример, показывающий, как изменяется глубина резко изображаемого пространства (она обозначена стрелкой) при съемке объективом F = 50 мм с относительным отверстием 1:3,5 и при наводке на 5, 7 и 10 м.
Рис. 18. С увеличением расстояния до точки наводки глубина резко изображаемого пространства возрастает
Для объективов с другими фокусными расстояниями и при других относительных отверстиях абсолютная величина глубины резко изображаемого пространства будет, конечно, иной, но во всех случаях она тем больше, чем дальше находится точка наводки.
Наконец, есть еще одна величина, оказывающая влияние на глубину резко изображаемого пространства. Это степень резкости изображения. Фотографические снимки в большинстве случаев увеличивают, а при всяком увеличении, как известно, резкость изображения снижается, при этом тем сильнее, чем больше кратность увеличения. Кратность же увеличения тесно связана с размерами негативов. Чтобы получить отпечаток формата 18 x 24 см с негатива 6 x 9 см, последний надо увеличить линейно в три раза. Для получения отпечатка такого же формата с негатива размером 24 x 36 мм последний придется увеличить линейно примерно в семь раз.
Таким образом, если для негатива 6 x 9 см достаточна резкость, при которой каждая точка изображения может иметь в диаметре 0,1 мм, то для негативов формата 24 х 36 мм она уже недостаточна. Здесь необходима резкость, в два-три раза более высокая, т. е. диаметр каждой точки не должен превышать 0,02-0,03 мм.
С повышением требований к степени резкости глубина резко изображаемого пространства, естественно, уменьшается. Поэтому, если вам случится когда-нибудь сравнивать два объектива с одинаковыми фокусными расстояниями, а глубина резкости у них окажется разной, не удивляйтесь этому.
Например, существуют два объектива: «Юпитер-9» с фокусным расстоянием 8,5 см и «Индустар-24» с фокусным расстоянием 10,5 см. Казалось бы, что у первого из них глубина резкости должна быть больше, так как фокусное расстояние его меньше. На самом же деле все наоборот. Объясняется это тем, что объектив «Юпитер-9» предназначен для фотоаппаратов формата 24 x 36 мм, а «Индустар-24» устанавливается на фотоаппаратах формата 6 x 9 см и требования к степени резкости для него менее строгие.
Итак, глубина резкости и связанная с ней глубина резко изображаемого пространства зависит от четырех условий: величины фокусного расстояния объектива, величины отверстия диафрагмы, расстояния до точки наводки и степени резкости изображения.
Не следует думать, что глубина резкости зависит от номинальной светосилы объектива. Снимая при прочих равных условиях объективом с относительным отверстием 1:4,5, вы получите такую же глубину резко изображаемого пространства, как и объективом с относительным отверстием 1:2 или 1:1,5, задиафрагмированным до относительного отверстия 1:4,5. Высокая первоначальная светосила объектива никаких преимуществ в этом смысле не дает.
Поскольку с уменьшением отверстия диафрагмы уменьшается светосила объектива и увеличивается выдержка, необходимо знать, какая светосила или какое относительное отверстие соответствует тому или иному отверстию диафрагмы. Иначе пользоваться диафрагмой невозможно.
Рис. 19. На шкале диафрагмы обозначены знаменатели относительных отверстий
Поэтому диафрагма снабжается шкалой с цифровыми делениями, показывающими величины относительных отверстий при установке указателя диафрагмы на то или иное деление этой шкалы (рис. 19). Но для того, чтобы не загромождать шкалу многими цифрами, и поскольку в числителе относительных отверстий всегда стоит единица, на шкалу наносят только знаменатели относительных отверстий. Так, цифра 4 на шкале диафрагмы означает относительное отверстие 1:4, цифра 5,6 — относительное отверстие 1:5,6 и т. д.
Исходное, т. е. крайнее, деление шкалы диафрагмы всегда соответствует наибольшему относительному отверстию объектива и поэтому совпадает с ним. Так, если относительное отверстие объектива 1:2, то первое деление шкалы диафрагмы будет обозначено числом 2. Далее обычно следует такой ряд цифр:
Это принятый в Советском Союзе международный стандартный ряд величин относительных отверстий. Откуда же взялись эти на первый взгляд случайные цифры?
Выдержка при съемке обратно пропорциональна светосиле объектива. Светосила же, как мы знаем, выражается квадратом относительного отверстия. Нетрудно подсчитать, что квадрат каждого последующего относительного отверстия шкалы диафрагмы (представляющий собой не что иное, как светосилу) в два раза меньше, чем квадрат предыдущего. Таким образом, переход от одного деления шкалы диафрагмы к другому, рядом стоящему, изменяет светосилу объектива, а следовательно, и выдержку в два раза. Вы, конечно, согласитесь, что при переходе с одного отверстия диафрагмы на другое это значительно облегчает нахождение новой выдержки. Очевидно, что с переходом от меньшей цифры шкалы диафрагмы к большей светосила уменьшается, а выдержка увеличивается, и наоборот.
Таким же расчетом вам придется руководствоваться и при выборе фотоаппарата, если вы захотите сравнить светосилу объективов двух фотоаппаратов, имеющих разные относительные отверстия, например 1:2 и 1:4. Для этого вам придется сначала возвести в квадрат относительные отверстия этих объективов, а затем уже разделить большую из полученных величин на меньшую. В нашем примере ход решения этой задачи выглядит так:
(1/2)2 = 1/4; (1/4)2 = 1/16; 1/4: 1/16 = 16/4 = 4,
т. е. светосила первого объектива в четыре раза больше, чем второго.
Можно решить эту задачу и более просто: возвести в квадрат только знаменатели относительных отверстий и большее из полученных чисел разделить на меньшее или, что еще проще, разделить больший знаменатель относительного отверстия на меньший и возвести в квадрат полученное частное.
Бывает так, что при расчете фотографического объектива не всегда удается получить относительное отверстие, совпадающее с каким-нибудь числом стандартного ряда. Встречаются объективы с относительными отверстиями 1:1,5; 1:3,5; 1:4,5 и др., отсутствующими в стандартном ряду.
В таких случаях в качестве второй величины на шкале диафрагмы ставят ближайшее к нему число стандартного ряда.
Например, если объектив имеет относительное отверстие 1:3,5, то первым делением шкалы диафрагмы будет 3,5, а следующим — 4. Далее будут следовать числа стандартного ряда.
В таких случаях при переходе от первого деления шкалы к второму светосила объектива, а с ней и выдержка уменьшаются не в два раза, а меньше. В приведенном примере выдержка изменится в 1,3 раза, так как
3,52 = 12,25; 42 = 16; 16: 12,25 = 1,3.
Практически выдержку в этом случае можно не менять.
Просветленный объектив
Вы, вероятно, заметили, что линзы современных объективов отсвечивают голубоватым или сиренево-фиолетовым цветом. Может показаться, что стекло, из которого сделаны линзы объектива, окрашено. Однако нетрудно убедиться, что никакой окраски здесь нет. Достаточно посмотреть на свет сквозь объектив, и окраска исчезнет, линзы будут совершенно бесцветными. Объектив приобретает эту своеобразную окраску только тогда, когда вы держите его на некотором расстоянии от глаза, т. е. рассматриваете не в проходящем свете, а в свете, отраженном поверхностями линзы. Что же скрывается за зтой загадочной окраской?
Уже много лет в нашей оптической промышленности существует термин «просветление оптики». Просветляются детали очень многих оптических приборов, в том числе и фотографические объективы. О том, как это делается, мы расскажем несколько позже, а пока интересно другое: в приборе с просветленными оптическими деталями наблюдаемое изображение становится ярче, яснее, словно между глазом и предметом нет посторонних тел, нет стекла.
Разобраться в этом явлении поможет простой опыт. Возьмите в руки обыкновенное стекло и, став лицом к свету, посмотрите сквозь него. Если стекло чистое и прозрачное, вы не обнаружите каких-либо особых явлений и будете видеть предметы почти так же хорошо, как и без стекла. Но попробуйте повернуться спиной к свету, например к окну, и посмотрите сквозь стекло в глубь комнаты. Появится нечто такое, что помешает вам хорошо видеть предметы. Это свет окна, отраженный стеклом. По этой причине часто бывает трудно разглядеть застекленную картину, если она висит напротив окна; из-за этого, глядя ночью из ярко освещенного железнодорожного вагона, вы обычно ничего не видите и не только потому, что пейзаж не освещен, но главным образом потому, что вам мешает свет, отраженный стеклами вагона.
Просветленные оптические детали отличаются от непросветленных тем, что они не отражают света, и именно в этом заключается их замечательное действие.
Проходя сквозь линзы непросветленного объектива, лучи света встречают на пути несколько поверхностей линз и от каждой из них отражаются. Возвращаясь обратно, они вновь встречаются с поверхностями предыдущих линз и, отражаясь от них, проникают в фотоаппарат. Не принимая никакого участия в образовании изображения, эти «паразитные» лучи наполняют камеру фотоаппарата рассеянным светом, и хотя он слаб, но все же вызывает некоторую засветку фотопленки и этим, естественно, снижает качество изображения, уменьшает его контрастность, делает негатив менее прозрачным и чистым. В просветленных объективах линзы не отражают света, и все вредные явления исчезают.
Просветление объективов состоит в том, что на все поверхности линз, граничащие с воздухом, особым способом наносятся тончайшие пленки прозрачного вещества с преломляющей способностью, значительно меньшей, чем у стекла. Оказывается, что при определенной толщине этой пленки количество света, отражаемого поверхностью линз, сильно уменьшается и линзы становятся прозрачнее.
Объясняется это физическим явлением, называемым интерференцией. При этом просветляющие пленки приобретают «цвет», т. е. интерференционную окраску, видимую только в отраженном свете. Просветляющая пленка чрезвычайно тонка. Она примерно в 200 раз тоньше человеческого волоса и измеряется десятитысячными долями миллиметра. Прочность ее вследствие этого невелика, поэтому обращаться с просветленными объективами надо очень осторожно. Пленки особенно чувствительны к жировым веществам, поэтому к ним нельзя прикасаться пальцами даже и совершенно чистыми, так как на них всегда есть жир, а нанесенное на пленку самое незначительное жировое пятно постепенно расплывается по всей поверхности линзы.
Пыль с поверхности линз просветленных объективов надо сдувать резиновой грушей, а в случае образования жировых пятен их можно удалить, осторожно протерев объектив ватным тампоном на спичке, смоченным смесью чистого спирта с эфиром или в крайнем случае только спиртом. Сейчас просветляются все фотообъективы.
Разрешающая сила объектива
Среди советских фотоаппаратов есть аппараты ФЭД, которые выпускались в двух вариантах: с объективом «Индустар-26М» и «Индустар-61». Если сравнить основные технические характеристики этих объективов, то никакой разницы мы не обнаружим. Оба объектива имеют совершенно одинаковые фокусные расстояния и одинаковые относительные отверстия. Одинакова и конструкция обоих объективов. Между тем аппарат с «Индустаром-61» стоит дороже, чем с «Индустаром-26М». Чем это объясняется?
Разница, между этими объективами состоит в том, что в объективе «Индустар-61» (рис. 20) две линзы из четырех (первая и последняя) изготовлены из лантанового стекла.
Рис. 20. Оптическая система объектива «Индустар-61». Линзы, очерченные жирным контуром, изготовлены из лантанового стекла
Линзы, изготовленные из оптического стекла, в состав которого входит окись лантана, позволяют улучшить одно из важных свойств объектива — его разрешающую силу.
Разрешающей силой фотографического объектива называют способность объектива давать раздельные резкие изображения мельчайших деталей фотографируемого объекта. Чем выше разрешающая сила объектива, тем меньшие по размерам детали он может четко воспроизвести на фотоснимке.
Разрешающая сила объектива определяется при помощи точной съемки так называемых мир — штриховых таблиц. Эти таблицы фотографируют с сильным уменьшением при наибольшем действующем отверстии объектива, а затем просматривают их изображение на негативе через микроскоп и по числу линий, раздельно передаваемых объективом, судят о его разрешающей силе.
Показателем разрешающей силы объектива служит число линий, раздельно передаваемых объективом в 1 мм в плоскости изображения. Эти данные заносят в технический паспорт объектива.
Разрешающая сила объектива в центре кадра (поля) всегда выше, чем по краям, поэтому в паспорте указываются два ее значения: для центра и для краев поля.
Современные объективы обладают очень большой разрешающей силой — порядка сотен линий на миллиметр, но при фотографировании мир изображение их воспроизводится светочувствительным слоем пленки, который имеет зернистую структуру и поэтому не дает возможности полностью использовать разрешающую силу объектива. Она практически получается меньшей, и именно это ее меньшее значение указывается в техническом паспорте объектива. Запись в паспорте может быть, например, такой: «Разрешающая сила в центре поля — 30 лин/мм, по краям поля — 14 лин/мм».
Даже самые простые объективы дают в центре поля 20-22 лин/мм, а у хороших разрешающая сила еще больше.
Чтобы иметь представление о том, насколько велика подобная разрешающая сила, достаточно сказать, что здоровый человеческий глаз с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) может различить в одном миллиметре не более десяти линий.
Как видите, современный фотографический объектив в несколько раз зорче глаза.
Высокая разрешающая сила объектива несомненно играет важную роль в практической фотографии. Появляется возможность очень четко передать на фотоснимке такие мелкие детали, как листья растений и т. п. С таких негативов можно делать значительно увеличенные фотоотпечатки без существенной потери резкости.
Разрешающая сила лантанового объектива «Индустар-61» выше, чем объектива «Индустар-26М». Надо, однако, знать, что при наибольшем отверстии объектива разрешающая сила может быть практически использована только при очень точной наводке на резкость во время съемки. При малейших нарушениях этого условия, а это случается довольно часто, разрешающая сила объектива практически не используется. Поэтому при покупке фотоаппарата или отдельного объектива не стоит обращать внимания на разрешающую силу объектива. Она всегда больше чем достаточна для получения резких снимков. Гораздо важнее производить во время съемки точную наводку на резкость.
В заключение главы еще раз напомним, что фотографический объектив — весьма точный оптический прибор, требующий осторожного и бережного обращения. Ни в коем случае не разбирайте сами объектив, не вывинчивайте его линз. Вы не сможете собрать его с необходимой точностью. Это дело можно доверить только опытному специалисту, работающему в ремонтной мастерской.
И еще одно напоминание. Линзы современных объективов изготовляются из специальных сортов оптического стекла, при варке которого обычно не удается избежать образования мелких газовых пузырьков. Такие пузырьки могут оказаться и в объективе купленного вами аппарата. Наличие их не оказывает влияния на качество работы объектива, и пусть это вас не волнует.