Оптическая система из нескольких линз или объектив, является самой важной частью фотоаппарата. Без матрицы и процессора можно обойтись, поскольку в старых фотоаппаратах применялись плёнка или фотопластинки. Вместо затвора, у старых павильонных моделей, использовалась съёмная крышечка на переднюю фотолинзу. А вот без объектива ни один оптический прибор работать не сможет. Так давай те же разберемся что такое объектив фотоаппарата, каково его устройство и основные характеристики.
Конструкция фотообъектива
В какой-то степени устройство объектива фотоаппарата копирует человеческий глаз. Основная задача оптики — это фокусирование светового потока, идущего от различных объектов и формирование точки фокуса на светочувствительном материале. В устройстве оптики главную роль играют линзы. Это стеклянные пластины круглой формы, которым полировкой и шлифовкой придаётся определённая кривизна. Все фотолинзы делятся на следующие группы:
- Выпуклые;
- Двояковыпуклые;
- Вогнутые;
- Двояковогнутые.
В зависимости от направления кривизны, линзы могут быть собирающими и рассеивающими. Первые две группы являются собирающими. Они фокусируют световой поток в одну точку. Таким образом, роль оптики фотоаппарата может выполнять одна выпуклая фотолинза. Фотобъектив, имеющий устройство, состоящее из одной линзы, называется мениск. Такая простейшая оптическая система позволяет получить изображение предмета на светочувствительном материале, но оно будет невысокого качества. Дело в том, что кривизна оптического стекла меняется от периферии к центру, поэтому изображение объекта будет сильно искажено по краям кадра. Искажения картинки называются аберрации и могут быть хроматическими (цветовыми) и геометрическими.
В первом случае вокруг предметов возникает цветная окантовка, нарушающая нормальное восприятие фотографии.
Геометрические искажения связаны с тем, что лучи, проходящие через центральную и периферическую часть фотолинзы, преломляются под разными углами. Это влечёт за собой искривление прямых линий или дисторсию, которая бывает в форме бочки или подушки. Для того чтобы избавиться от всех видов аберраций, в оптический набор фотоаппарата устанавливают дополнительные линзы.
Виды оптических систем
В процессе развития практической оптики менялась оптическая схема объективов, и их устройство становилось всё более сложным. После мениска, состоящего из одной фотолинзы, были разработаны следующие вариации:
- Ахромат;
- Апланат;
- Анастигмат.
«Ахромат» представляет собой склеенную пару из двух фотолинз. Одна из них выпуклая, другая вогнутая. В фотообъективе такого устройства отсутствуют хроматические искажения и частично исправлены геометрические. Применяются на мобильных телефонах и смартфонах.
Более сложный вариант — «апланат», состоит из двух ахроматов. В нём решено большинство проблем, связанных с хроматическими искажениями, дисторсией и частично исправлен астигматизм.
Оптика, в которой практически полностью устранены все аберрации, называется «анастигмат».
Устройство современного объектива
Оптика современных фотоаппаратов относится к анастигматам и имеет сложное устройство. Она состоит из нескольких линз различной кривизны и некоторых технических приспособлений, расположенных внутри оптической системы. Число фотолинз может доходить до 15-20. Обычно они группируются в несколько блоков. Для того чтобы увеличить контраст снимка за счёт гашения бликов, на линзы наносится сверхтонкое покрытие из окислов редких металлов. Обычно для этой цели используется лантан и его соединения. Этот процесс называется просветлением. В целом оптическая система состоит из следующих узлов:
- Блоки линз;
- Механизм диафрагмы;
- Система стабилизации;
- Устройство крепления;
- Корпус.
Линзы для самых дорогих представителей шлифуются из прозрачной разновидности плавикового шпата и имеют самый низкий коэффициент преломления, что позволяет использовать их в телеобъективах класса «Супер». Расстояние между линзами и блоками линз рассчитывается с высокой точностью. Эти величины определяют характеристики оптики фотоаппарата. Поэтому профессиональные объективы имеют жёсткий корпус, изготовленный из прочных и лёгких сплавов. Пластмассовые конструкции стоят дешевле, но менее надёжны и со временем у них может возникнуть люфт.
Механические устройства в конструкции
Рассмотрим основные механические узлы в оптической системе.
Фокусирующая линза
Важную роль в устройстве объектива играет фокусирующая линза. В отличие от других оптических элементов, которые жёстко установлены на посадочных местах, фокусирующая линза может перемещаться внутри системы. Она предназначена для наводки на резкость.
У старых фотоаппаратов этот процесс осуществлялся вручную. Для этого на фотообъективе имелось рифлёное кольцо, на котором были нанесены метки расстояния до снимаемого объекта. На простых моделях без дальномеров расстояние устанавливалось «на глаз» по шкале, где имелись метки от 0,8 м до бесконечности (∞). Оптический дальномер снижал вероятность ошибки, так как фотограф, по отсутствию «расплывчатости» изображения в видоискателе, точно выбирал нужное расстояние.
Устройство современных систем включает в себя как систему автоматической фокусировки, с помощью миниатюрного электродвигателя, так и возможность ручной установки точки фокуса. Алгоритм работы устройства автоматической фокусировки может несколько отличаться, в зависимости от компании производителя фотоаппарата, но результаты, как правило, одинаковые.
Диафрагма
Диафрагма представляет собой механическое устройство расположенное внутри объектива между группами линз. Это несколько тонких металлических пластин, обычно 5-9, определённой формы, которые установлены на поворотном кольце. Основная задача диафрагмы это ограничение количества света, проходящего через оптику. При максимальной диафрагме фотообъектив открыт полностью. Если нужно уменьшить количество света, то вращением диафрагменного кольца выбирается более высокое числовое значение, представленное дробью, например: f/1.4, f/2.8, f/8 и так далее. В этом случае пластины устройства образуют между фотолинзами отверстие маленького размера, сравнимое с точкой. Вторая функция диафрагмы это изменение глубины резкости (ГРИП).
При сильном диафрагмировании резко будут изображаться все предметы, находящиеся в пределах значений, нанесённых на регулировочное кольцо. В зеркальных фотоаппаратах TTL, где объект съёмки наблюдается через оптику, сопряженную с видоискателем через призму и систему зеркал, используется «прыгающая» диафрагма. Наводка на резкость осуществляется при полностью открытом объективе и только в момент съёмки устройство мгновенно устанавливает заранее выбранное значение диафрагмы.
Стабилизация изображения
Для оптимизации съёмочного процесса, когда на длительных выдержках нет возможности использовать штатив, применяется устройство оптической стабилизации изображения. Основу устройства составляют гироскопические датчики и линза, которая может свободно перемещаться во всех плоскостях. Данные от гироскопических датчиков поступают на микропроцессор и он, подавая импульсы на электромагниты, компенсирует перемещение фотоаппарата, сдвигая линзу в противоположную сторону.
Система крепления
Сменные объективы могут фиксироваться на корпусе фотоаппарата двумя способами:
- Резьбовое крепление. Объективы с резьбой устанавливались на плёночные фотоаппараты старого образца и в настоящее время почти не применяются.
- Устройство «байонет». Крепление «байонет» быстро и надёжно фиксирует оптику на фотоаппарате специальной защёлкой. Такое устройство позволяет использовать объективы с электронными системами управления. Для этого на корпусе оптики и корпусе фотоаппарата предусмотрены электрические контакты, которые надёжно замыкаются после установки и фиксации оптики.
Уровень качества
По мнению опытных фотографов именно хороший объектив, а не фотоаппарат, является залогом качественных фотографий. Используя оптику высокого класса и посредственный фотоаппарат, можно получить прекрасные снимки, а вот объектив низкого качества даже на профессиональном фотоаппарате может испортить самый выигрышный сюжет. Часто оптика, по стоимости, может быть в несколько раз дороже хорошего фотоаппарата. В основном это определяется конструктивными материалами.
- Самые качественные и дорогие представители класса в своём устройстве содержат линзы из флюорита. Корпус оптики выполнен из сверхлёгких сплавов, которые применяются в космической технике. Такие объективы отличаются высокой надёжностью и длительным сроком службы;
- Далее идут объективы с линзами из кварцевого стекла. Они обеспечивают хорошее качество фотографий и вполне надёжны;
- На последнем месте по качеству находятся объективы с акриловыми линзами и пластиковым корпусом. Особенно плохо, если из пластмассы выполнено байонетное крепление. Люфт будет обеспечен при частой замене оптики даже через непродолжительное время, а пластиковые линзы быстро помутнеют от следов пыли и песка.
Объектив — неотъемлемая составляющая фотоаппарата. Может быть выполнена как в виде достаточно простой системы «апланат» и без различных дополнительных улучшающих механизмов. Так и в виде сложной громоздкой оптической системы, включающей в себя около 20 линз разделенных на блоки, систем автоматической фокусировки, изменения фокусного расстояния, стабилизации изображения и различных технологических ухищрений, повышающих качество захватываемой картинки. Стоимость объектива может варьироваться от легко подъемной практически любому фотолюбителю, до непомерно высокой — дороже профессионального фотоаппарата.
