Получение изображения аналоговым фотоаппаратом

Объектив, или съёмочный объектив, - основная и обязательная часть любого фотоаппарата. 
Объектив формирует световое изображение объекта съёмки и проецирует его на светочувствительный слой фотоматериала. 
  

Световые лучи от точечного источника распространяются во все стороны равномерно и прямолинейно. При переходе из одной среды в другую (например, на границе стекло-воздух) они преломляются, т. е. изменяют направление распространения. Для изменения направления лучей применяют линзы, зеркала, призмы; при этом пучок лучей можно сделать сходящимся, расходящимся или параллельным. Поверхности линз могут быть выпуклыми, вогнутыми и плоскими. Выпуклые и вогнутые поверхности имеют сферическую форму. Сферической называется форма поверхности шара (или его части). Радиус шара является радиусом кривизны линзы, а его центр- центром кривизны. Плоские поверхности можно также рассматривать как сферические с бесконечно большим радиусом кривизны.
   

В зависимости от вида кривизны поверхностей различают линзы двояковыпуклые, двояковогнутые, плосковыпуклые, плосковогнутые и вогнутовыпуклые.

Линзы, толщина которых в середине больше, чем по краям,- собирательные и называются положительными, а те, у которых толщина больше по краям,- рассеивающими и называются отрицательными. Прямая линия, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы, является её осью симметрии, она же - оптическая ось линзы.

На рис. 3 показан ход луча через элементарный участок линзы. Его можно рассматривать как клин, если он не расположен в середине линзы. Рабочие поверхности такого участка условно можно считать плоскими. Чем ближе к краю выбран участок, тем больше будет его клиновидность, т. е. угол между рабочими поверхностями. Проходя через такой участок, луч света преломляется, т. е. отклоняется в сторону основания клина, сначала на границе воздух-стекло, а затем на границе стекло-воздух. Пучок параллельных лучей, проходящий через линзу вдоль её оптической оси, преобразуется положительной линзой в сходящийся, а отрицательной - в расходящийся. Условно считают, что лучи пучка отклоняются на входе и на выходе из линзы, как при пересечении передней и задней оптических плоскостей. 

При рассмотрении тонких линз допускается, что эти плоскости совмещены в одну. Такая плоскость делит окружающее пространство на две части. На схемах принято изображать распространение света слева направо. Поэтому слева от плоскости будет пространство объектов (предметное пространство), а справа – пространство изображений. Соответственно точки и отрезки, расположенные слева, называются передними, а расположенные справа – задними. Параллельный пучок лучей, пройдя положительную линзу, сходится в точке фокуса линзы. 
Точка пересечения оптической плоскости линзы оптической осью называется оптическим центром. Расстояние от оптического центра до точки фокуса называется главным фокусным расстоянием линзы.
   

Если перед линзой находится не точечный источник света, а некоторая поверхность, от каждой её точки на линзу будут падать световые лучи. Если эта поверхность находится на расстоянии не меньшем, чем бесконечность, изображения её точек лежат в фокальной плоскости, а их совокупность образует световое изображение поверхности. 

Одиночная линза в различных участках фокальной плоскости изображает точки в виде кружков, чёрточек, запятых и точек; эти искажения называются аберрациями. Если размер искажённых изображений точек не превышает 0.1мм, то при нормальном зрении все они воспринимаются как точки. 

Но в фотографии изображения часто увеличивают в десятки раз и указанные искажения становятся заметными. Поэтому одиночные линзы в качестве объективов практически не используют, предпочтение отдают объективам, состоящим из 3 – 10 линз, в которых аберрации уменьшены (исправлены). 

Размеры изображения будут тем больше, чем больше размеры самого объекта, чем он ближе к линзе и чем больше её фокусное расстояние. Если объект из бесконечности приблизится к области конечных расстояний, лучи, идущие от разных точек его поверхности, нельзя считать параллельными. Поэтому изображения этих точек будут получать не в главной фокальной плоскости , а за ней.
   

Одна из основных характеристик линзы – ее диоптрийность (D), которую называют также оптической силой. Она связана с фокусным расстоянием f простым соотношением D= 100 : f (где В указывается в диоптриях, а f – в см). Оптическая сила линзы зависит от кривизны ее рабочих поверхностей и состава стекла, из которого она изготовлена. 

На рис. 5 показан ход лучей через объектив и обозначены основные отрезки, точки и плоскости. Задний (рабочий) отрезок объектива должен быть равен рабочему расстоянию светонепроницаемому камеры (её глубине) с точностью + 0.02 мм.

К основным характеристикам объектива относится: фокусное расстояние, относительное отверстие, угловое поле зрения, угловое поле изображения и разрешающая способность.

Фокусное расстояние объектива определяет масштаб изображения, т. е. степень уменьшения или увеличения изображения по сравнению с размерами фотографируемого объекта: чем больше фокусное расстояние, тем крупнее изображение «рисует» объектив (при неизменном расстоянии от фотоаппарата до объекта съемки). Обычно фокусное расстояние для каждого объектива — величина постоянная; ее значение (иногда с округлением) указывается на оправе объектива.
  

  
Объективы, фокусное расстояние которых равно или несколько больше диагонали кадра, имеют угол поля зрения 45—55°; такие объективы считаются нормальными. Объективы, фокусное расстояние которых меньше диагонали кадра, а угол поля зрения превышает 55°, относятся к широкоугольным, или короткофокусным. Объективы с большим, чем диагональ кадра, фокусным расстоянием и меньшим, чем 45°, углом поля зрения, относятся к длиннофокусным.

К длиннофокусным относятся также и телеобъективы, у которых оптическая система рассчитана так, что задняя оптическая плоскость находится в передней части оптической системы, и потому объектив как бы приближен к фокальной плоскости. Разновидностью телеобъективов являются зеркально-линзовые объективы типа МТО и 3М.

Важная характеристика объектива — относительное отверстие, т. е. способность объектива создавать на фотопленке определенную освещенность изображения. Численно определяется как отношение диаметра светового отверстия объектива к его фокусному расстоянию.
   

Под световым отверстием объектива понимается то отверстие, через которое свет проходит внутрь фотокамеры. Это отверстие определяется диафрагмой. Диафрагма расположена между линзами объектива и состоит из нескольких лепестков, закрепленных в оправе, имеющей наружное кольцо, посредством которого можно сдвигать и раздвигать лепестки и тем самым регулировать размер светового отверстия, т. е. изменять относительное отверстие объектива. 

Величина, обратная относительному отверстию, называется диафрагменным числом. На оправе объектива и в его паспорте обычно указывается диафрагменное число, соответствующее максимальному значению относительного отверстия, которое принято называть светосилой объектива.

В современных объективах применяется так называемая ирисовая диафрагма; она составлена из лепестков, помещенных между линзами объектива (примерно в плоскости его оптического центра) и образующих почти круглое отверстие. Сдвигаясь или раздвигаясь, они плавно изменяют величину действующего отверстия объектива.
   

Линейная и радиальная мира.

Угловое поле — величина, характеризующая поле зрения объектива, т. е. угол, под которым объектив «видит» фотографируемое пространство и создает его изображение в пределах кадра. Угловое поле зависит от фокусного расстояния объектива и размеров кадра: чем больше размеры кадра и меньше фокусное расстояние, тем больше угловое поле.

Разрешающая способность объектива — одна из важнейших его характеристик. От нее зависит возможность получения мельчайших деталей в изображении и, следовательно, больших увеличений при печати. Она выражается числом линий (штрихов), различимых на 1 мм в изображении специальных штриховых объектов — мир.
Миры изготовляют на прозрачной основе в виде квадратов или кругов, заштрихованных определенным образом. Миры монтируют на щитах и фотографируют на фоне белого освещенного экрана. Разрешающая способность может быть определена по числу штрихов в изображении, которое создает объектив, и по изображению на фотоматериале после его проявления. Первая называется визуальной разрешающей способностью, а вторая — фотографической. На фотографическую разрешающую способность влияют характеристики фотоматериала, поэтому она примерно на 50% ниже визуальной.

Таким образом, для получения резкого изображения снимаемого предмета необходимо перед каждой съемкой установить объектив на некотором расстоянии от матового стекла, то есть произвести наводку на резкость.

Матовое стекло. Самый простой и в то же время точный способ контроля наводки на резкость - зрительное наблюдение по матовому стеклу, заменяемому во время съемки кассетой с пластинкой, попадающей точно в плоскость матового стекла (фотослой пластинки и матовая сторона стекла должны быть обращены к объективу). Все, что глаз видит резким на матовом стекле, таким же получится и на пластинке. Матовое стекло служит также для выбора кадра при съемке со штатива.

Шкала расстояний. Матовым стеклом пользоваться не всегда удобно и возможно по условиям съемки. Кроме того, не каждый фотоаппарат имеет матовое стекло. Поэтому все любительские аппараты для наводки на резкость снабжены шкалой расстояний, указатель которой показывает расстояние точки наводки.

Наводка на резкость по матовому стеклу и по шкале расстояний должна давать одинаковые результаты. Для более простых пленочных фотоаппаратов шкала расстояний, называемая также метражной шкалой, является единственным средством наводки на резкость.

Дальномер. Наилучший способ точной наводки на резкость применение заимствованного у артиллерийских приборов дальномера, оптического определителя расстояния от фотоаппарата до снимаемого предмета.

Это оригинальная конструкция для очень точной наводки на резкость путем определения расстояния до объекта. Состоит из двух простых однолинзовых объективов, окуляра, полупрозрачного зеркала и подвижного зеркала. Два объектива смотрят на «объект» съемки, образуя треугольник, подвижное зеркало отбрасывает изображение от одного из объективов на полупрозрачное зеркало, которое его соединяет с изображением от второго объектива, и все вместе отправляется в окуляр на лицезрение фотографу. Таким образом, фотограф видит картинку, на которой некоторые объекты раздвоены (их два глазка видят по-разному), а некоторые — нет. Расстояние, на котором некий предмет НЕ раздвоен, однозначно определяется положением подвижного зеркала, т. к. существует только один прямоугольный треугольник с заданным основанием и высотой. Дальномер может быть автономным, т. е. просто показывать расстояние до объекта, а может быть сопряженным. 

На главную | Предпосылки изобретения фотографии | Камера-обскура | Первые снимки в мире | Дальнейшее развитие светописи 
  Аналоговые фотоаппараты | Получение изображения аналоговым фотоаппаратом  | Цифровые фотоаппараты
Фиксация изображения цифровым фотоаппаратом |  История цифровой пленки | Информационные источники