Фокальная точка это точка, в которой параллельные световые лучи от бесконечно далекого объекта сходятся после прохождения через объектив. Плоскость, перпендикулярная оптической оси, на которой находится эта точка, называется фокальной плоскостью. На этой плоскости, находящейся там, где расположена пленка в камере, объект виден резко и, как говорят, находится "в фокусе". При обычных фотообъективах, состоящих из нескольких линз, фокус можно отрегулировать таким образом, чтобы световые лучи от объекта, расположенного ближе, чем в "бесконечности", сходились в какой-то точке на фокальной плоскости.

 

Поскольку у всех объективов есть определенные аберрации и астигматизм, они не могут идеально сводить лучи от точки объекта, чтобы они образовывали истинную точку изображения (т.е. бесконечно малую точку с нулевой площадью). Другими словами, изображения образуются из комплекса точек, имеющих определенную площадь или размеры. Поскольку изображение становится менее резким по мере увеличения размеров этих точек, то эти точки называют "кругами нерезкости". Таким образом, один из факторов, определяющих качество объектива, это самая малая точка, которую он может образовать, или его "минимальный круг нерезкости". Максимально допустимый размер точки на изображении называется "допустимым кругом нерезкости".

 

Самый большой круг нерезкости, который все же появляется как "точка" в изображении. Резкость изображения, как она ощущается человеческим глазом, тесно связана с резкостью действительного изображения и "разрешающей способностью" зрения человека. В фотографии резкость изображения также зависит от степени увеличения изображения или проекционного расстояния и расстояния, с которого видится объект. Другими словами, в практической работе можно определять некоторые "допуски" для воспроизведения изображений, которые, хотя они и размыты до определенной степени, все же кажутся резкими наблюдателю. Для 35-мм однообъективной зеркалки допустимый круг нерезкости составляет около 1/1000 - 1/1500 длинны диагонали пленки, если исходить из того, что изображение увеличивается до фотографии 5' х 7'' (13см х18см) и видится с расстояния 25-30 см/ 0,8-1 фута.
Объективы с электронной фокусировкой созданы так, чтобы давать минимальный круг нерезкости размером 0,035 мм. Именно из этой величины исходят расчеты таких параметров, как глубина резкости.

 

Область перед и позади находящегося в фокусе объекта, в которой изображение видно резко. Другими словами, это глубина резкости перед и позади объекта, где размытость изображения в плоскости пленки находится в пределах допустимого круга нерезкости. Глубина резкости меняется в зависимости от фокусного расстояния объектива, величины апертуры и съемочного расстояния. Поэтому, если эти параметры известны, можно приблизительно оценить глубину резкости по следующим формулам:
передняя глубина резкости = d x F x a² / (f² + d x F x a)
задняя глубина резкости = d x F x a² / (f² -d x F x a),
где f это фокусное расстояние, F - число F, d - минимальный диаметр круга нерезкости, а - расстояние до объекта ( расстояние от первой главной точки до объекта).


Если известно гиперфокальное расстояние, то можно также использовать следующие формулы:
* ближняя точка ограничения расстояния =
гиперфокальное расстояние х съемочное расстояние/гиперфокальное расстояние + съемочное расстояние


* дальняя точка ограничения расстояния =
гиперфокальное расстояние х съемочное расстояние/гиперфокальное расстояние - съемочное расстояние
(съемочное расстояние это расстояние от плоскости пленки до объекта).

В большинстве ситуаций параметр "глубина резкости" имеет следующие особенности:
 

• 1. Глубина резкости большая на маленьких фокусных расстояниях, малая на больших фокусных расстояниях
• 2. Глубина резкости большая на при закрытой диафрагме (при больших численных значениях), малая при открытой диафрагме.
• 3. Глубина резкости больше при съемке удаленных объектов, чем при съемке близко расположенных объектов. (принимает опасные значения в макро фотографии)
• 4. Передняя глубина резкости (относительно резкий промежуток расстояний перед объектом в фокусе) меньше задней глубины резкости (за объектом)

Соответственно из этих правил вытекает следующее:
Если Вы хотите добиться максимальной глубины резкости используете небольшие фокусные расстояния (35 или 50мм например) прикрывайте до разумных пределов диафрагму, снимайте с относительно большого расстояния. (например 5 или 10 метров )

Если Вы хотите добиться малой глубины резкости - используете длиннофокусную оптику, максимально откройте диафрагму, снимайте с небольшого расстояния. (например 1-1.5 метра)

 

Область перед и позади фокальной плоскости, в которой изображение может быть сфотографировано как резкое изображение. Глубина фокуса одинакова по обе стороны фокальной плоскости (плоскости пленки) и может быть определена путем умножения минимального круга нерезкости на число F, независимо от фокусного расстояния объектива. В современных однообъективных зеркалках с автоматической фокусировкой процесс фокусировки осуществляется путем определения положения фокуса на плоскости изображения (плоскости пленки) при помощи датчика, который как оптически эквивалентен (увеличение 1:1) и расположен вне плоскости пленки, так и автоматически контролирует объектив, с тем чтобы ввести изображение объекта в область глубины фокуса.
 

Если применить принцип глубины резкости, когда объектив постепенно фокусируется на дальнем расстоянии до объекта, то в конце концов будет достигнута точка, в которой дальний предел задней глубины резкости станет равным "бесконечности". Съемочное расстояние в этой точке, т.е. самое короткое расстояние, при котором "бесконечность" попадает в область глубины резкости, называется гиперфокальным расстоянием. Гиперфокальное расстояние можно определить следующим образом:
Гиперфокальное расстояние = f² /d x F где f это фокусное расстояние, F - число F, a d - минимальный диаметр круга нерезкости.
Таким образом, если заранее установить объектив на гиперфокальное расстояние, то глубина резкости увеличится от расстояния, равного половине гиперфокального расстояния до бесконечности. Этот метод полезен для предварительной установки большой глубины резкости и моментальных снимков без необходимости беспокоиться о регулировании фокуса объектива, в особенности при использовании широкоугольного объектива.(Например, если 24мм объективе диафрагма установлена на f/11 и съемочное расстояние установлено на гиперфокальное расстояние приблизительно 1,5 м/4,9 фута, то все объекты в пределах от приблизительно 70 см/2,3 фута от камеры до бесконечности будут находиться в фокусе.)

 

Изображение, cозданное идеальным фотообъективом, должно иметь следующие характеристики:

1) точка должна быть образована как точка;

2) плоскость (такая, как стена), перпендикулярная оптической оси, должна быть образована как плоскость;

3) изображение, образованное объективом, должно иметь такую же форму, как сам объект. Кроме того, с точки зрения выражения изображения объектив должен показать истинный цвет воспроизводимого объекта. Практически идеальная работа объектива возможна только в том случае, если используются лишь лучи света, поступающие в объектив вблизи оптической оси, и если свет монохроматический (свет только одной конкретной длинны волны). Однако в случае с обычным объективом, где большая апертура используется для получения достаточной яркости и объектив должен сводить вместе лучи, проходящие не только вблизи оптической оси, но от всех частей изображения, крайне трудно создать вышеупомянутые идеальные условия в силу существования следующих помех:
 

• 1)Поскольку большинство объективов построено лишь из линз со сферическими поверхностями, лучи света от одной точки объекта не отображаются на изображении в виде идеальной точки. (Проблема, которой невозможно избежать при сферических поверхностях.)
• 2)У различных типов света( т.е., у волн различной длины) разные положения фокальной точки.
• 3)Есть много требований, связанных с изменениями угла зрения ( в особенности в объективах с переменным фокусным расстоянием и в телефотообъективах).

Наверх

Когда белый свет (свет, состоящий из многих цветов, смешанных равномерно, в результате чего глаз не различает какого-то определенного цвета и, таким образом, воспринимает свет как белый), такой, как солнечный, проходит через призму, то можно наблюдать спектр радуги. Это явление имеет место, потому что показатель преломления призмы (и интенсивность дисперсии) бывает различной в зависимости от длинны волны (короткие волны преломляются более интенсивно, чем длинные). Хотя в призме оно видно самым наглядным образом, это явление также имеет место и в фотообъективах, и поскольку оно происходит при разных длинах волн, то оно называется хроматической аберрацией.
Есть два типа хроматической аберрации: "продольная хроматическая аберрация", при которой положение фокальной точки на оптической оси меняется в зависимости от длинны волны, и "хроматическая разница увеличения", при которой увеличение изображения в периферийных областях меняется в зависимости от длинны волны. На реальных фотографиях продольная хроматическая аберрация проявляется в виде размытости цвета или засветки, а хроматическая разница увеличения проявляется в виде цветовой окантовки (когда по границам краев виден цвет).
Хроматическая аберрация в фотообъективе корректируется путем сочетания различных типов оптического стекла, обладающих различными характеристиками преломления и дисперсии. Поскольку влияние хроматической аберрации возрастает при более значительных фокусных расстояниях, точная коррекция хроматической аберрации особенно важна в сверхтелефотообъективах, чтобы получить хорошую резкость изображения. Хотя существует предел степени коррекции, допускаемый оптическим стеклом, можно значительно улучшить результаты при помощи такого искусственного кристалла, как флюорит или стекло UD.
Хроматическую разницу увеличения можно назвать "поперечной хроматической аберрацией" (поскольку она происходит поперек оптической оси).
Примечание: в то время как хроматическая аберрация наиболее заметна при использовании цветной пленки, она влияет и на черно-белые изображения, проявляясь как уменьшение резкости.

Ахромат (ахроматический объектив)
Объектив, корректирующий хроматическую аберрацию для двух длинн световых волн. Когда речь идет о фотообъективах, эти две корректируемые длинны волны находятся в сине-фиолетовом и желтом диапазонах.
Апохромат (апохроматический объектив)
Объектив, который корректирует хроматическую аберрацию для трех длинн световых волн, причем аберрация уменьшается в большой мере в особенности во вторичном спектре. Супертелефотообъектив с электронной фокусировкой может служить примером апохроматического объектива.

 

В 1856 году немец по фамилии Зайдль в результате анализа установил пять аберраций объектива, происходящих с монохроматическим светом(со светом одной волны). Эти аберрации, описанные ниже, называются пятью аберрациями Зайдля.
1. Сферическая аберрация
В определенной мере эта аберрация присутствует во всех объективах, построенных целиком из сферических элементов. Сферическая аберрация ведет к тому, что параллельные световые лучи, проходящие через край линзы, сливаются в фокальной точке ближе к линзе, чем световые лучи, проходящие через центр линзы. (Величина смещения фокальной точки вдоль оптической оси называется продольной сферической аберрацией.) Степень сферической аберрации имеет тенденцию увеличиваться в объективах с большой апертурой. Точечное изображение, подвергающееся влиянию сферической аберрации, с резкостью образует лучи света возле оптической оси, однако на него влияет засветка от периферических световых лучей (эта засветка также называется ореолом, а его радиус называют поперечной сферической аберрацией). В результате этого сферическая аберрация влияет на всю площадь изображения, от центра до его краев, и получается мягкое низко-контрастное изображение, которое кажется как будто покрытым тонкой вуалью.
Очень трудно исправить сферическую аберрацию в сферических объективах. Хотя это исправление обычно производится путем сочетания двух линз - одной выпуклой и одной вогнутой - на основе световых лучей с определенной высотой падения (расстоянием от оптической оси ), есть предел степени коррекции с использованием сферических линз, поэтому какая-то доля аберрации сохраняется всегда. Эту остаточную аберрацию можно в значительной степени ликвидировать путем диафрагмирования объектива, чтобы сократить поток периферийного света. При объективе с большой апертурой при полной апертуре единственный эффективный способ существенно компенсировать сферическую аберрацию состоит в том, чтобы использовать асферическую линзу.

 

2. Кома (коматическая аберрация)
Кома или коматическая аберрация это явление, видимое на периферии изображения, которое создается объективом, скорректированным на сферическую аберрацию, и вызывает сведение световых лучей, поступающих на край объектива под каким-то углом, в форме кометы, а не в форме желаемой точки. Отсюда и ее название. Форма кометы ориентирована радиально, причем ее хвост направлен либо к центру, либо от центра изображения. Вызываемая этим размытость по краям изображения называется коматической засветкой. Кома, которая может иметь место даже в объективах, точно воспроизводящих точку как точку на оптической оси, вызывается разницей преломления между световыми лучами из точки, расположенной вне оптической оси, и проходящими через края объектива, и главным световым лучом от той же точки, проходящим через центр объектива. Кома увеличивается по мере увеличения угла главного луча и ведет к снижению контрастности по краям изображения. Определенной степени улучше ния можно добиться диафрагмированием объектива. Кома также может привести к засвечиванию размытых участков изображения, создавая неприятный эффект. Ликвидация как сферической аберрации, так и комы для объекта, расположенного на определенном съемочном расстоянии, называется апланатизмом, а объектив, скорректированный таким образом, называется апланатом.

 

3.Астигматизм
При объективе, скорректированным на сферическую и коматическую аберрацию, точка объекта на оптической оси будет точно воспроизведена как точка в изображении, но точка объекта, расположенная вне оптической оси, появится не как точка в изображении, а скорее как затемнение или как линия. Такой тип аберрации называется астигматизмом. Можно наблюдать это явление по краям изображения, если слегка сместить фокус объектива в положение, в котором точка объекта резко изображена как линия, ориентированная в радиальном направлении от центра изображения, и опять сместить фокус в другое положение, в котором точка объекта резко изображена в виде линии, ориентированной в направлении концентрического круга. (Расстояние между этими двумя положениями фокуса называется астигматической разницей.) Другими словами, лучи света в меридиональной плоскости и лучи света в сагиттальной плоскости находятся в различном положении, поэтому эти две группы лучей не соединяют ся в одной точке. Когда объектив установлен в оптимальное фокусное положение для меридиональной плоскости, световые лучи в сагиттальной плоскости сведены в линию в направлении концентрического круга (это положение называется меридиональным фокусом). Аналогичным образом, когда объектив установлен в оптимальном фокусном положении для сагиттальной плоскости, световые лучи в меридиональной плоскости образуют линию, ориентированную в радиальном направлении (это положение называется сагиттальным фокусом).

 

4. Кривизна поля изображения
Кривизна поля изображения это явление, ведущее к тому, что плоскость образования изображения становится изогнутой как внутренняя часть мелкой чаши, мешая объективу формировать плоское изображение плоского объекта. Когда центр изображения находится в фокусе, его края находятся не в фокусе, а когда края в фокусе, центр бывает не в фокусе. На степень кривизны поля изображения в большой мере влияет метод, используемый для корректировки астигматизма. Поскольку плоскость изображения попадает между сагиттальной и меридиональной плоскостями изображения, хорошая коррекция астигматизма обеспечивает небольшое искривление поля изображения.
Поскольку искривление поля нельзя уменьшить путем диафрагмирования объектива, конструкторы объективов уменьшают его в максимально возможной степени, прибегая к таким различным методам, как изменение форм отдельных элементов объектива, сборка объектива и изменение позиции апертуры. При этом необходимо соблюдать одно непременное условие одновременной корректировки астигматизма и кривизны поля изображения - условие Пецвала (1843 год). Условие Пецвала гласит, что элемент объектива хорош, если получается нулевой результат, когда обратная величина произведения показателя преломления и фокусное расстояние этого элемента объектива прибавляется к общему числу элементов, из которых создан объектив. Этот итог называется суммой Пецвала.

 

5.Искажение
Одно из требований к идеальному объективу состоит в том, что "изображение объекта, образуемое объективом, должно иметь ту же форму, что и сам объект". Искажение это такой тип аберрации, который ведет к тому, что прямые линии становятся кривыми (искаженными) на изображении, в результате чего не соблюдается это идеальное условие. Искажение, растягивающее (+) форму по диагонали, называется подушкообразной (положительной) дисторсией, а то, которое сжимает (-) форму по диагонали, называется бочкообразной (отрицательной) дисторсией. В редких случаях со сверхширокоугольным объективом эти два типа искажения могут сосуществовать, в результате чего образуется форма одновременно растянутая и сжатая.
Искажение невелико в объективах, которым придана симметрическая форма по обеим сторонам апертурной диафрагмы, но может возникать в объективах с асимметричными конфигурациями.
Объективы с переменным фокусным расстоянием имеют тенденцию создавать бочкообразную дисторсию при широкоугольной позиции и подушкообразную - при телефото позиции ( из-за небольших изменений характеристик искажения в момент изменения фокусного расстояния). Однако в объективах с переменным фокусным расстоянием, включающим одну или несколько асферических линз, это искажение хорошо корректируется благодаря компенсирующему эффекту асферических линз.

Поскольку этот тип аберрации вызван отклонениями от нормы главных световых лучей, проходящих через центр объектива, ее последствия нельзя уменьшить диафрагмированием объектива.
Меридианальная плоскость
Плоскость, в которой находятся и оптическая ось, и главный луч света от точки объекта, находящейся вне оптической оси, называется меридианальной плоскостью. Это положение изображения, образованное световыми лучами, проходящими через объектив в этой плоскости, называется меридианальной поверхностью объекта. Эта поверхность изображения обеспечивает оптимальное качество изображения в форме концентрической окружности на плоскости пленки. Если представить себе сферическую поверхность объектива как часть поверхности земли, а оптическую ось как часть земной оси, то меридианальная плоскость точно совпадает с земным меридианом. Отсюда и ее название. На диаграммах MTF кривая, показывающая характеристики мериадианальной поверхности изображения обычно обозначается только буквой М.
Сагиттальная плоскость
Сагиттальная плоскость это плоскость, расположенная перпендикулярно меридианальной плоскости. Положение изображения, образованное лучами света, проходящими через объектив в этой плоскости, называется сагиттальной поверхностью изображения. Поверхность изображения обеспечивает оптимальное качество изображения в радиальном направлении на плоскость пленки. Слово "сагиттальный" греческого происхождения и означает "стреловидный". На диаграммах MTF кривая, показывающая характеристики сагиттальной поверхности изображения, обычно указывается одной буквой S.

Современные объективы проектируются с использованием больших компьютеров для проведения головоломных расчетов и моделирования высокого уровня, чтобы уменьшить аберрации всех типов и достичь формирования изображения высочайшего уровня. Даже при такой технологии, однако, невозможно полностью удалить все аберрации, что означает, что все объективы на рынке имеют по крайней мере минимальную аберрацию. Она называется остаточной аберрацией. Тип остаточной аберрации в объективе в целом определяет характеристики изображения, создаваемого объективом, такие, как резкость и эффект нерезкости. Из-за этого современные объективы часто спроектированы с учетом достижения приятного эффекта нерезкости (характеристики изображения за пределами плоскости формирования изображения) путем использования техники компьютерного моделирования, с тем чтобы можно было проанализировать работу объектива на стадии проектирования. Как упоминается в различных описаниях аберрации, эффект аберраций некоторых типов можно снизить путем диафрагмирования объектива. Другие эффекты уменьшить нельзя. Соотношения между диафрагмой и аберрациями показаны в таблице.