Объекти́в — оптическая система, являющаяся частью оптического прибора, обращённая к объекту наблюдения или съёмки и формирующая его действительное или мнимое изображение[1]. В оптике рассматривается как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид, например, см. «Камера-обскура». Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах — из зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы.
По области применения объективы делятся на фотографические, киносъёмочные, аэрофотосъёмочные, телевизионные, репродукционные, проекционные, флюорографические, астрофотографические, а также объективы для невидимых областей спектра: инфракрасные и ультрафиолетовые[2].
В наблюдательных оптических приборах (дальномер, бинокль, микроскоп) объективом называется (порой весьма условно) первый компонент прибора, создающий изображение, рассматриваемое через окуляр. В этом случае объектив может представлять собой и рассеивающую линзу (так построены видоискатели многих дальномерных и шкальных фотоаппаратов), а образуемое им изображение может быть мнимым.
Размер кадра и кроп-фактор: малоформатные (современное название - "полнокадровые", "Full frame"), полуформатные (современные аналоги называются "APS объективы"), среднеформатные, крупноформатные с размером кадра 9×12 см и большим, миниатюрные (большая часть распространённых фотокамер) и т.д.
Фокусное расстояние — расстояние от его оптического центра до фокуса, через который проходит Фокальная плоскость, в которой лежит плоскость сенсора (плёнки) при условии, что объектив наведен на бесконечность. Измеряется в миллиметрах;
Угловое поле объектива тесно связано с его фокусным расстоянием и размером кадра. Иногда объективы применяются на фотокамерах с меньшим размером кадра, чем тот, на который они были изначально рассчитаны, и, соответственно, их угловое поле будет меньше, в зависимости от сенсора приемника. Для каждого определённого размера кадра существует ряд, однозначно связывающий угловое поле объектива с его фокусным расстоянием;
Тип байонета или диаметр резьбы для крепления к камере — для сменных фотографических или киносъемочных объективов;
Коэффициент анаморфирования (анаморфозы) — для анаморфотных объективов;
Дополнительные и уточняющие
Рабочий отрезок или рабочее расстояние — для сменных объективов. Расстояние между опорной плоскостью присоединительной оправы и фокальной плоскостью объектива. В большинстве случаев определяется типом байонета, имеет важное значение для резьбовых типов крепления (так, объективы с присоединительной резьбой М39×1 выпускались и под рабочий отрезок 28,8 мм для дальномерных камер «Leica», «ФЭД», «Зоркий», и под рабочий отрезок 45,2 мм для зеркальных камер «Зенит»).
Минимальное относительное отверстие (максимальное число диафрагмы, например, 16 или 22) — определяется конструктивными особенностями диафрагмы.
Диаметр и шаг резьбы для присоединения светофильтров.
Оптическая схема объектива. Большее количество линз позволяет конструкторам рассчитать объектив с лучше исправленными аберрациями, однако уменьшает светопропускание и повышает риск паразитных переотражений, снижающих контраст изображения. Кроме того, большее число поверхностей, которые надо полировать, увеличивает себестоимость производства и ужесточает требования к точности изготовления каждой детали. Именно поэтому до сих пор с успехом применяются и будут применяться такие простые оптические схемы, как Тессар.
Конструкция и особенности оправы и байонета. Например, «Помповая» оправа (от сходства с помповым ружьём. Другое название — «тромбон») — изменение фокусного расстояния и наводка на резкость осуществляется одним кольцом, осевое перемещение которого меняет фокусное расстояние, а поворотом осуществляется наводка на резкость. Более традиционным является наличие двух различных органов управления.
Классификация объективов для съёмки
Изображение, полученное объективом «рыбий глаз»
Штатный объектив — основной (наиболее часто используемый) объектив конкретного фотографа на конкретной камере. Часто штатным называют любой нормальный объектив.
Ки́товый объектив (от англ. kit — комплект) — жаргонное слово — сменный объектив, которым комплектуется фотокамера при продаже. Часто подразумевается конкретный вариообъектив начального уровня, идущий с бюджетными камерами (EF-S 18-55mm f/3,5-5,6 у Canon, AF-S DX NIKKOR 18-55 mm f/3,5-5,6 VA у Nikon, 18-55 mm F/3,5-5,6 Sony, DA 18-55 mm f/3,5-5,6 AL у Pentax и т. д.)
стандартный — довольно часто употребляется в совершенно разных смыслах: штатный, нормальный, комплектный (китовый).
Типы объективов по конструкции (оптической схеме)
Создание объективов, свободных от искажений, длительное время было скорее искусством, чем наукой.
Особенно удачные схемы расположения линз остались в истории техники под собственными именами:
Монокль — простейший объектив, состоящий из одной собирающей линзы.
Перископ — симметричный объектив, состоящий из двух собирательных линз.
Триплет Кука — наиболее распространённый вариант триплета, простейший анастигмат, состоящий из трёх несклеенных линз, двух собирающих и одной рассеивающей между ними.
Ретрофокусный объектив — класс объективов, отличающихся тем, что их задний отрезок длиннее фокусного расстояния. Это позволяет спроектировать короткофокусный объектив с удлинённым задним отрезком. Получил популярность в связи с распространением однообъективных зеркальных камер.
Телеобъектив — класс длиннофокусных объективов, у которых расстояние от передней оптической поверхности до задней фокальной плоскости меньше фокусного расстояния.
Так выглядит зеркально-линзовый длиннофокусный объектив
Зеркально-линзовый объектив — класс объективов, которые, кроме линз, содержат зеркала. Как правило, по такой схеме делают длиннофокусные, и сверхдлиннофокусные объективы для уменьшения их габаритных размеров. Самые светосильные объективы ещё одна область катадиоптрических объективов. Заявлен зеркально-линзовый объектив с многократным отражением света «Origami» для сверхкомпактного оборудования[3].
Зеркальный объектив содержит в конструкции только зеркала. Зеркала не обладают дисперсией, поэтому такие оптические схемы встречаются в астрономии, и во многих технических сферах, например, в нанолитографии[4].
По виду применяемой оптической (аберрационной) коррекции
Ахромат — объектив с корригированной хроматической аберрацией. У ахромата хроматизм исправлен для лучей двух длин волн, лучи остальных цветов сходятся недалеко от основного фокуса, и образуют т. н. вторичный спектр, или хроматизм высоких порядков.
Апланат — объектив с исправленными сферической, хроматической, и аберрацией комы. Изначально так назывался объектив, с такими свойствами, состоящий из двух симметричных ахроматических линз.
Анастигмат — объектив, у которого, помимо апланатической коррекции, дополнительно корригированы астигматизм, и кривизна поля. В анастигматах в той или иной степени корригированы все шесть основных аберраций. Практически все современные фотографические, киносъёмочные и телевизионные объективы — анастигматы.
Апохромат — объектив, хроматическая аберрация которого корригирована лучше, чем у ахромата. В отличие от него, у апохромата хроматизм положения исправлен для лучей трёх длин волн, т. о. значительно улучшается качество изображения, особенно у телеобъективов (уменьшаются зелёные и фиолетовые каёмки).
Полуапохромат — ахромат, хроматизм которого исправлен для лучей двух длин волн, но при этом вторичный спектр сильно уменьшен по сравнению с обычным ахроматом.
Суперапохромат (Суперахромат) — объектив, у которого хроматизм исправлен для лучей четырёх длин волн.
Для объективов микроскопов применяются также следующие термины:
Фикс — любой объектив с фиксированным фокусным расстоянием, жаргонное слово, сокращение, используемое для противопоставления вариообъективам. В кинематографическом обиходе такие объективы называются дискретными.
Вариообъектив, Зум (англ. Varifocal lens, zoom) — объектив с переменным фокусным расстоянием (трансфокатор (англ. Parfocal lens)).
По способу фокусировки
Автофокусный — объектив, снабжённый исполнительным механизмом автофокуса и соответствующим интерфейсом для соединения с камерой.
Фикс-фокус — объектив, сфокусированный на конкретную дистанцию (чаще всего на гиперфокальное расстояние или «бесконечность») и зафиксированный на заводе в этом положении до конца эксплуатации[5].
Широко применяется классификация фотографических объективов по угловому полю, по эквивалентному фокусному расстоянию (значение, какое будет иметь объектив, если при сохранении его угла зрения масштабировать его матрицу до размеров кадра 24 × 36 мм), или по фокусному расстоянию, отнесённому к размерам кадра. Эта характеристика во многом определяет сферу применения объектива:
Нормальный объектив — объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра. Нормальный объектив занимает положение между широкоугольным и портретным объективом. Для 35-мм плёнки диагональ кадра составляет 43 мм, и нормальным считается объектив с фокусным расстоянием 35—70 мм, при этом самое популярное значение, со временем ставшее стандартом — 50 мм. Угловое поле нормального объектива лежит в диапазоне от 45° до 60°[6]. Считается, что восприятие перспективы снимка, сделанного нормальным объективом, наиболее близко к нормальному восприятию перспективы окружающего мира человеком.[7][8]
«Рыбий глаз», «Фишай» — объектив, с угловым полем в 180° и более. Характеризуется изначально присущей ему сильно выраженной дисторсией, без которой такие углы обзора реализовать невозможно. Различают «круговые фишаи» — с изображением в виде круга, диаметром, равным высоте кадра, или менее, и «диагональные фишаи» — с обычным полнокадровым изображением, и полем зрения по диагонали 180°.
Сверхширокоугольный объектив — объектив, угловое поле которого составляет 83° и более, а фокусное расстояние меньше малой стороны кадра. Сверхширокоугольные объективы обладают преувеличенной передачей перспективы и часто используются для придания изображению дополнительной выразительности.
Широкоугольный объектив (син. короткофокусный объектив) — объектив, с угловым полем от 63° до 82° включительно, фокусное расстояние которого меньше широкой стороны кадра. Часто используется для съёмки в ограниченном пространстве, например, интерьеров.
Портретный объектив — объектив, фокусное расстояние которого занимает промежуточное положение между нормальным и длиннофокусным. Стандартные характеристики — 85 мм при диафрагме 1/2,0 (варьируется от 1/2,8 до 1/1,2). При меньшем фокусном расстоянии объективы дают ракурсные искажения, изменяющие пропорции лица. В то же время, при увеличении фокусного расстояния, кроме благоприятного уменьшения ракурсных искажений, появляется возможность, для хорошего размытия фона, обходится меньшей светосилой объектива, поэтому граница между портретным и длиннофокусным объективом условна. Обычно подразумевается диапазон в 2—4 диагонали кадра, то есть объектив с фокусным расстоянием 85—150 мм и угловым полем 16°—28°. Для портретного объектива, кроме технических параметров, важен характер оптического рисунка и боке.
Длиннофокусный объектив (telefoto) — объектив, у которого фокусное расстояние превышает диагональ кадра в 2—3 и до семи раз. Имеет угловое поле от 10° до 39° (фокусные расстояния 85—300 мм), и предназначен для съёмки удалённых предметов.
Сверхдлиннофокусный объектив (supertelefoto) — объектив, угловое поле которого менее 9° (фокусные расстояния более 300 мм).
В настоящее время массовое применение получил тип объективов с переменным фокусным расстоянием, называемый вариообъектив (трансфокатор, «зум» (англ.Zoom)).
Вид на одно и то же место с различными фокусными расстояниями
Существенное значение имеет назначение объектива. Перед тем как приступить к съёмке, всегда возникает вопрос о том, что снимать.
Портретный объектив — используется для съёмки портретов. Должен давать мягкое изображение без геометрических искажений. В качестве портретных часто используются телеобъективы или объективы с фиксированным фокусным расстоянием в диапазоне 80—200 мм (для плёнки 35 мм). Классическими являются 85 мм и 130 мм. Специализированный портретный объектив спроектирован так, что минимальные аберрации показывает при фокусировке с нескольких метров, то есть именно при съёмке портрета, в ущерб качеству изображения «на бесконечности». Практически обязательным для портретного объектива является большое (лучше, чем 2.8) относительное отверстие, и очень важен характер бокэ;
Макрообъектив — объектив, специально корригированный для съёмки с коротких дистанций, сопоставимых с его фокусным расстоянием. Как правило, применяется для макросъёмки небольших объектов крупным планом, вплоть до масштаба 1:1. Позволяют производить съёмку с повышенным контрастом и резкостью. Обладают меньшей светосилой, чем аналогичные по фокусному расстоянию объективы другого типа. Типичное фокусное расстояние — от 50 до 180 мм. Кроме того, обычно имеет специальную оправу, допускающую большое выдвижение[9];
Длиннофокусный объектив — как правило, используется для съёмки удалённых объектов. Длиннофокусный объектив, в котором расстояние от передней оптической поверхности до задней фокальной плоскости меньше фокусного расстояния, именуется телеобъектив;
Репродукционный объектив — используется при пересъёмке чертежей, технической документации и т. д. Должен обладать минимальными геометрическими искажениями, минимальным виньетированием и минимальной кривизной поля изображения;
Тилт-объектив (разновидность шифт-объектива с функцией наклона, от англ.tilt) — используется для получения резкого изображения неперпендикулярных оптической оси объектива протяжённых объектов при макросъёмке, а также для получения художественных эффектов.[10].
Тилт-шифт объектив — класс объективов, сочетающий в себе сдвиг и наклон оптической оси. Позволяет использовать возможности карданных камер в малоформатной фотографии. Крупнейшие производители фототехники имеют в линейке оптики хотя бы один такой объектив, например, Canon TS-E 17 F4L.
Стеноп (пинхол) (объектив камеры-обскуры, небольшое отверстие, от англ.pinhole) — используется для съёмок пейзажей или иных объектов с очень большими выдержками и с получением в одном кадре одинаково резкого изображения от макрорасстояний до бесконечности;
Софт-объектив (мягкорисующий объектив, от англ.soft) — объектив с недоисправленными аберрациями, обычно сферической, или с вносящими искажения элементами конструкции. Служит для получения эффекта размытости, дымки и т. п. при сохранении резкости.[11] Применяются в портретной съёмке. Немного сходный эффект дают так называемые «фильтры мягкого фокуса»[12];
Суперзум (тревел-зум) (англ.travel zoom) — универсальный вариообъектив относительно малого веса и максимального диапазона фокусных расстояний. Используется при пониженных требованиях к качеству снимка и повышенных — к оперативности использования и массе.
Ультразум — суперзум, который отличается повышенными кратностью диапазона фокусных расстояний, обычно начиная с пяти.
Гиперзум — суперзум. Распространены в профессиональных видеокамерах и компактных фотоаппаратах, например, Fujinon A18x7.6BERM[13], Angenieux 60x9,5[14], Nikon Coolpix P500 (кратность 36), Sony Cyber-shot DSC-HX100V (кратность 30), Canon PowerShot SX30 IS (кратность 35), Nikon Coolpix P90 (кратность 24). Качество изображения объектива, необходимое в видеокамерах, особенно стандартной четкости, позволяет строить объективы с большой кратностью. Кроме того, при малой диагонали матриц видеокамер и компактных фотоаппаратов габариты вариообъектива с большим диапазоном фокусных расстояний несравнимо меньше, чем были бы при таких же параметрах для формата APS-C. Студийные видеокамеры могут оснащаться вариообъективами с кратностью, равной 50 и даже 100[15].
По передаче пропорций изображения
Сферические (аксиально-симметричные) — объективы, дающие изображение, конгруэнтное объекту съёмки. Такие объективы содержат линзы только с симметричными относительно оптической оси (сферическими или асферическими) преломляющими поверхностями;
Анаморфотные — киносъёмочные объективы для кинематографических систем с анаморфированием. Такие объективы кроме аксиально-симметричных линз содержат компоненты с цилиндрическими преломляющими поверхностями[16];
По назначению (прочие объективы)
Проекционный объектив — используется в проекторах. В отличие от съёмочных объективов, устойчив к значительному нагреву в интенсивном световом потоке. Обладает более простой конструкцией оправы и не оснащен механизмом диафрагмы.
Совместно с объективами используются светофильтры, макролинзы, телеконверторы, широкоугольные и теленасадки, другие объективы посредством оборачивающих колец, реверсивные кольца, повышающие и понижающие кольца, удлинительные макрокольца, компендиумы, кольцевые крепления на корпус объектива для установки его на штатив.
Производство объективов
Производство объективов — высокотехнологичная область, оно требует значительных исследований, сложной аппаратуры для обработки стекла, комплекса научно-технических исследований в области расчёта формы линз, нанесения просветляющих покрытий и др.
Распространённые марки объективов
Многие объективы имеют собственные имена, присвоенные им фирмой-разработчиком.
Minolta (производитель оптики с байонетом Minolta AF/Minolta MD/MC/SR и др. Фотоподразделение впоследствии поглощено первоначально Konica Minolta, а затем Sony).
Д. С. Волосов. Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.: «Искусство», 1978. — 543 с. — 10 000 экз.
И. Б. Гордийчук, В. Г. Пелль. Справочник кинооператора / Н. Н. Жердецкая. — М.: «Искусство», 1979. — 10 000 экз.
Е. А. Иофис.Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 215. — 447 с. — 100 000 экз.
Фомин А. В.§ 5. Фотографические объективы // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 12—25. — 256 с. — 50 000 экз.
