Что такое объектив и его основная функция
Объектив представляет собой ключевую оптическую систему, основная задача которой — формирование чёткого и действительного оптического изображения наблюдаемого объекта. Это устройство является сердцем многих приборов — от простой камеры до сложнейших телескопов.
Классификация объективов по конструкции
В зависимости от используемых оптических элементов, все объективы можно разделить на три фундаментальных класса:
- Линзовые (диоптрические или рефракторы): работают на основе преломления света в линзах.
- Зеркальные (катоптрические или рефлекторы): формируют изображение с помощью системы зеркал.
- Зеркально-линзовые (катадиоптрические): гибридные системы, сочетающие в себе и линзы, и зеркала для достижения оптимальных характеристик.
Назначение и виды объективов
Сфера применения определяет тип объектива. Основные категории включают:
- Телескопические: создают уменьшенное изображение удалённых объектов (например, в телескопах).
- Микроскопические: предназначены для получения сильно увеличенного изображения малых объектов.
- Фотографические и проекционные: универсальные системы, способные давать как увеличенное, так и уменьшенное изображение в зависимости от конкретной задачи и конструкции. Полученное ими изображение может проецироваться на светочувствительную поверхность (плёнку, матрицу) или рассматриваться через окуляр.
Ключевые характеристики объективов
Качество и возможности объектива определяются набором технических параметров. К наиболее важным из них относятся:
- Фокусное расстояние
- Диаметр входного зрачка
- Относительное отверстие и светосила
- Угол (поле) зрения
- Разрешающая способность
- Коэффициенты светопропускания и светорассеяния
Особенности фотографических объективов
Фотографические объективы (киносъёмочные, кинопроекционные) отличаются необходимостью обеспечивать высокую резкость по всему полю кадра, даже при больших размерах плёнки или матрицы. Это требует создания оптических схем с широким углом зрения (часто более 50°). Чем шире угол и больше светосила, тем сложнее конструкция, включающая множество линз и зеркал со специальными асферическими поверхностями.
Классификация по назначению и устройству
Объективы делятся на любительские и профессиональные. К последним относятся узкоспециализированные типы: аэрофотосъёмочные, астрографические, для работы в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне, телевизионные.
По оптическим свойствам и конструкции выделяют несколько основных групп:
- Универсальные (стандартные): наиболее распространены. Имеют угол зрения около 50°, относительное отверстие от f/1.8 до f/4 и фокусное расстояние 40–150 мм. Дают резкое и естественное по перспективе изображение.
- Светосильные: предназначены для съёмки в условиях слабого освещения. Обладают очень большим относительным отверстием (до f/0.9), но меньшим углом зрения.
- Широкоугольные: используются в архитектурной, пейзажной и аэрофотосъёмке. Характеризуются большим углом зрения (60–180°) и небольшим фокусным расстоянием.
- Длиннофокусные (телеобъективы): позволяют снимать удалённые объекты в крупном масштабе. Имеют большое фокусное расстояние (100–2000 мм) и узкий угол зрения (менее 30°).
Управление светом и качеством изображения
Для контроля количества света, попадающего на светочувствительный элемент, в объективах используется диафрагма — устройство, изменяющее диаметр относительного отверстия. Выбор значения диафрагмы зависит от яркости сцены, чувствительности фотоматериала и требуемой глубины резкости.
Освещённость в кадре пропорциональна квадрату отношения диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию. Эта величина называется геометрической светосилой. Физическая светосила учитывает ещё и потери света в стекле, которые снижаются за счёт нанесения на линзы специальных просветляющих покрытий. Эти многослойные покрытия минимизируют отражения, повышают контраст и способствуют точной цветопередаче.
Специальные и сложные системы
Панкратические объективы (зумы) — системы с переменным фокусным расстоянием. Изменение масштаба изображения достигается за счёт перемещения групп линз внутри объектива при сохранении постоянного относительного отверстия. Это позволяет «приближать» или «удалять» объект без изменения точки съёмки. Такие объективы, часто используемые в кинематографе, являются крайне сложными и могут содержать 10–20 линз для коррекции аберраций.
Среди них выделяют вариообъективы (с комплексной коррекцией всей схемы) и трансфокаторы, где корректируются отдельно основная часть и насадка.
Проекционные и репродукционные объективы
Проекционные объективы по конструкции схожи с фотографическими, но работают с обратным ходом лучей. Они делятся на два типа: для диапроекции (проекция прозрачных оригиналов в проходящем свете) и для эпипроекции (проекция непрозрачных объектов в отражённом свете).
Репродукционные объективы предназначены для точного копирования плоских объектов — карт, чертежей, документов — с минимальными искажениями и обычно на небольших расстояниях.