Понимание природы света даёт большое преимущество в производстве отличных фотографий. То как свет взаимодействует с объективом – пожалуй наиболее важная отправная точка. В этой статье мы рассмотрим конструкцию фотообъективов, что позволит вам в частности понять какими составляющими определяется их цена.
Выбор объектива для покупки может быть нелегкой задачей, ведь есть столько факторов для оценки: качество сборки, стоимость, диафрагма, стабилизация изображения, но чем же на самом деле один объектив отличается от другого?
Группы, элементы и какое это имеет значение
Каждый объектив состоит из отдельных линз, называемых «элементы». Смысл использования многих элементов в том, чтобы уменьшить аберрации, чтобы изображение было лишено недостатков.
Линзы различных размеров и форм сгруппированы вместе чтобы по-разному преломлять свет различной длины волн и позволять свету сводиться, и, таким образом, уменьшать аберрации. Представьте себе прохождение света через призму, когда он входит под одним углом, преломляется стеклом, и затем выходит в другом направлении.
Каждый стеклянный элемент различной формы по-разному преломляет свет, что позволяет дизайнерам объективов управлять прохождением света. Группировка элементов, складывание линз различной формы одна на другую, дает возможности лучшего контроля света и уменьшения искажений.
Типы элементов
Большинство линз имеют изогнутую поверхность и называются сферическими поскольку они соответствуют небольшому участку поверхности сферы. Исторически они были недороги и просты в изготовлении простым шлифованием, но их конструкция допускает искажения световых волн и приводит к несовершенствам изображения.
Эти дисторсии уменьшены в более высококачественных объективах с использованием асферических линз, о которых я расскажу позже.
Апохроматические (APO) элементы используются в основном в телеобъективах. Длиннофокусные объективы особенно восприимчивы к хроматическим аберрациям, которые приводят к снижению контрастности и резкости изображений. Апохроматический элемент сводит свет трех цветов – зеленый, синий и красный в одной плоскости, что снижает искажения.
Топовые объективы также содержат «плавающие» внутренние элементы, перемещающиеся в зависимости от фокусного расстояния чтобы уменьшить кривизну поля, вызывающего потерю резкости по краям кадра.
Литые и шлифованные линзы
Способ производства оптических элементов объективов также оказывает влияние на качество изображений, которые они способны создавать. Существуют три основных способа производства, первый из которых – шлифование и полировка асферических линз. Процесс шлифовки и полировки стекла является трудоемким и дорогим, поэтому такие линзы встречаются только в профессиональных объективах. Canon использует такие элементы большого диаметра для своих объективов L-серии чтобы обеспечить высокую разрешающую способность при падении света под любым углом.
Элементы следующего уровня – это литые асферические линзы, или в терминологии Nikon – линзы точной формовки (PGM). Стекло нагревается до такой степени, что может быть сформована асферическая поверхность. Это делается с помощью штампа или формы. Nikon утверждает, что высокая степень точности таких линз несомненна в связи с тем, что каждый элемент измеряется в микронах – это 1/1000 мм. Линзы этого типа менее дороги в изготовлении и, в следствии этого, могут быть найдены в объективах для продвинутых любителей и энтузиастов.
Третий из наиболее распространенных методов изготовления оптических элементов – это гибрид из стеклянной линзы, покрытой асферическим пластиком для придания формы. Эти линзы чувствительны к изменениям окружающей среды, таким как влажность и температура и потому не очень подходят для профессионального применения и используются в любительской технике.
Покрытие линз
Возможно вы не знали, но обычно линзы теряют часть света из-за отражения от поверхностей. В некоторых случаях каждый элемент может терять порядка 5% света, в результате чего количество света, попадающего в объектив с 10 элементами будет уменьшено примерно на 50%.
Покрытия линз были разработаны для уменьшения отражений света и облегчения прохождения света через линзы. Примерно так же, как покрытие на солнцезащитных очках отражает часть спектра света, позволяя остальному свету проходить к вашим глазам.
Материалы, такие как фторид магния и моноксид кремния, используют в качестве покрытий в виде очень тонких слоев на поверхности, причем каждая линза обычно покрывается несколькими слоями чтобы уменьшить отражения световых волн различных частей спектра.
Например, самые лучшие из линз Canon имеют более 10 слоев покрытий, что обеспечивает светопропускание на уровне 99.9% в диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного света.
Искажения и аберрации
В идеальном мире объектив должен отображать любую прямую линию как идеально прямую. Однако в реальности любой объектив, имеющие изогнутые поверхности, не способен сводить параллельные лучи в одной точке, так что они искажаются и искривляются. Эта кривизна является особенностью любого объектива сконструированного из сферических элементов, но она может значительно отличаться в зависимости от конкретного объектива и используемого фокусного расстояния.
Это искажение наиболее заметно при работе с параллельными линиями и объектами, расположенными у края кадра, где эффект максимален. Большинство зум-объективов страдают «бочковыми» искажениями на широком конце, когда в середине изображения образуется «выпуклость».
Они также могут быть подвержены «подушечным» искажениям на длинном конце, которое является противоположным случаем и сопровождается «втягиванием» изображения в центре. Тем не менее, как правило существует некое среднее положение зум-объектива, в котором прямые линии окажутся прямыми и которое несомненно стоит найти!
Искажение зависит не только от объектива. Оно также варьируется в зависимости от вашей близости к объекту съемки. Для ландшафтных и архитектурных фотографов искажения объектива – серьезная проблема, поскольку они хотят получать изображения с прямыми линиями и правильными пропорциями. В то же время портретные фотографы обычно не работают с прямыми линиями и поэтому искажения для них не так страшны.
Большинство производителей оптики сегодня создают объективы с использованием асферических элементов, созданных для уменьшения искажений и аберраций. В отличие от сферических линз, асферические имеют изогнутую поверхность, способную исправить аберрации. Это достигается благодаря тому, что свет, проходящий через линзу, собирается в одной точке, так что единственный поток света попадает на матрицу, что уменьшает искажения, вызываемые прохождением через линзу нескольких лучей.
На иллюстрации ниже представлены 2 фотографии, которые я недавно снял на свадьбе, при этом изображение слева покрыто бликами и искажениями света, а на правом получилось теплое свечение.
Диафрагма
Одна из главных характеристик, на которые обращают внимание фотографы при выборе объектива – это максимальная диафрагма, поскольку она определяет потенциал объектива в плане глубины резкости и работы в условиях слабого освещения. Диафрагма обозначается в виде дроби с фокусом в числителе и стопами в знаменателе и означает размер зрачка (открытой диафрагмы) объектива, который пропорционален квадрату фокусного расстояния объектива.
Например, 50мм объектив может иметь максимальную диафрагму f/1.2, но объективу с фокусным 100 мм потребуется в 4 раза большее отверстие для получения такой диафрагмы. Так что светосила объектива определяется не только диаметром отверстия, а зависит от фокусного расстояния.
Также необходимо учитывать, что 50 мм объектив имеет более широкое поле зрения и, следовательно, ему проще пропустить больше света. Большие телеобъективы компенсируют это очень большим диаметром переднего элемента, что в свою очередь приводит к увеличению сферических аберраций, для борьбы с которыми и обеспечения резкости изображений требуются дополнительные группы линз, а это существенно удорожает производство.
Боке
В фотографии термином боке называют способ отображения объективом расфокусированного света. Это наиболее заметно на небольших фоновых бликах, которые часто выглядят на фотографиях в виде световых кружков. Каждый объектив имеет разное боке в зависимости от его конструкции. Термином боке часто неправильно описывают малую глубину резкости с резким объектом на сильно размытом фоне. На самом деле этот термин относится лишь к тому, как выглядит зона нерезкости.
Способность объектива корректировать сферические аберрации способствует боке, поскольку дает светлым пятнам увеличиваться в размерах при удалении от фокуса с равномерным распределением света по кругу. Профессиональные объективы имеют великолепные возможности уменьшения искажений света через комбинацию групп элементов.
Однако наибольшее влияние на боке оказывает конструкция ирисовой диафрагмы. Важнейшим фактором является количество лепестков диафрагмы, что позволяет делать отверстие более округлым, создающим более привлекательное для глаза боке.
Профессиональные объективы как правило имеют больше лепестков и потому создают лучшее боке, как изображено на фотографии ниже, где сравниваются боке объектива Canon EF 50mm слева и более приятное боке объектива Canon L 24-105mm справа.
Конструктив объектива
На рубеже XIX и XX веков компанией Цейс был создан целый ряд объективов, ставших стандартами конструктива на многие годы. Их оптические схемы используются и сегодня с немного модернизированным дизайном.
Планар (Planar)
Объектив Планар изобрел сотрудник Carl Zeiss Пол Рудольф, в 1896 году. Его шестиэлементный симметричный дизайн имел диафрагму f/4.5 и создавал чрезвычайно резкое изображение, но страдал засветкой в результате большого количества переходов воздух-стекло, на сегодняшний день решенной просветляющими покрытиями. Самый знаменитый Планар –пожалуй 110мм f/2.0. Он был популярным выбором для владельцев среднеформатных камер Hasselblad серий 2000 и 200.
Тессар (Tessar)
Тессар – еще один объектив, разработанный Полом Рудольфом во время работы на Цейс. Впервые представленный в 1902, Тессар получил название от греческого слова, означающего четыре, благодаря конструкции из четырех элементов. С оригинальной диафрагмой f/6.3, Тессар был компактным объективом, обеспечивающим высокое оптическое качество по доступной цене. Многие 50мм объективы построены на его оптической схеме.
Соннар (Sonnar)
Соннар появился чуть позже и был запатентован Цейсом в 1929 году. Его разработчиком был доктор Людвиг Бертеле. Первый Соннар был 50мм объективом, состоящим из пяти элементов и предназначенным для дальномерок Zeiss Contax. Его название происходит от немецкого слова «Sonne», означающего «солнечный», благодаря диафрагме f/1.5.
Соннар смог победить конструктивные недостатки предыдущих объективов, предлагая лучшую контрастность и меньшие засветы, чем Планар и гораздо лучшую диафрагму, и меньшие хроматические аберрации, чем Тессар.
Стабилизация изображения
Если говорить о качестве изображений, которое может обеспечить объектив, то системы стабилизации изображения (IS) или уменьшения вибраций (VR) играют исключительно важную роль, позволяя получать резкие фотографии на выдержках до четырех раз длиннее, чем при обычной съемке с рук.
Как Canon, так и Nikon используют чрезвычайно умные технологии с применением датчиков движения для обнаружения нежелательных подвижек, способных размыть изображение. Этот сигнал затем обрабатывается микропроцессором, управляющим мотором, регулирующим положение группы линз с точностью в доли секунды.
Вращающиеся передний элемент
Ряд объективов имеют вращающийся передний элемент, что не является большой проблемой пока не начинаешь пользоваться некоторыми видами фильтров, например –поляризатором. Проблема в том, что когда вы поворачиваете фильтр в нужное положение, а затем изменяете фокусировку, поляризатор сдвигается, что может затруднить съемку. Решением может быть покупка квадратного держателя фильтров. В общем этот момент следует учитывать при покупке таких объективов если вы пользуетесь светофильтрами.
Выдвижение зума
Я обнаружил, что некоторые объективы, даже среди L-серии Canon, имеют тенденцию к раздвижению если они опущены вниз. Это, конечно, вызвано тяготением, но может раздражать при съемке, когда вы несете камеру сбоку у пояса, а затем подносите к глазам с полностью выдвинутым зумом.
Некоторые объективы имеют встроенный фиксатор, который ограничивает движение зума и блокирует его на нужном фокусном расстоянии, что решает проблему, но также может быть помехой если требуется работать быстро и зуммировать не теряя каждый раз время на переключение фиксатора.
Заключение
Это чистая правда, что именно объектив определяет качество изображения. Для тех, кто хочет приобрести объектив, такие аспекты, как стоимость, максимальная диафрагма и качество сборки будут наиболее важны. Тем не менее важно знать конструктив объективов и материалы, используемые в них чтобы понимать за что вы реально платите.
В следующий раз используя камеру вы может быть задумаетесь на минуту о природе света и невероятных технических достижениях, которые позволяют вам создавать фотографии.
Автор: Simon Bray
