ФОТОГРАФИРАНЕТО - ОСНОВНИ ТЕОРЕТИЧНИ ПОСТАНОВКИ
THEORY OF PHOTOGRAPHY
Част първа | Part 1
[Фоточувствителна емулсия]
[Експозиция]
[Фокусно разстояние и диафрагма - накратко]
[Затвори - видове]
[Визьори - видове]
[Паралакс]
[Експонометри]
[Транспортен механизъм, брояч и самоснимачно устройство]
[Светкавица и синхронизиран контакт]
[За по-нататъшните фотографски процеси - накратко]
[Оптични аберации и фотографски обектив]
[Типове обективи според конструкцията си - обективи астигмати:
мениск на Воластън, перископ, ахромат, апланат.]
[Астигматизъм - обяснение на дефекта]
[Обективи-анастигмати: анастигмат на Дагор, прост триплет, усложнен триплет, шест лещови анастигмати, примери за по-сложни анастигмати: Зонар на Цайс и
Такумар на Asahi co.]
В тази статия ще насочим вниманието на читателя към най-необходимите за всеки фотограф теоретични знания, които, уверен съм, неведнъж ще ви бъдат от полза във вашата практика. Ще се запознаем накратко с принципното устройство и с основните характеристики на фотографската техника, употребявана по време на фотографирането - първият и най-важен етап от създаването на всеки завършен фотопродукт. Ще се постарая всичко това да стане възможно най-ясно, без излишно задълбочаване в теорията и в специфичната терминология.
Тъй като тук и в останалите статии ще говорим най-вече за техниката и методитер използвани при самото фотографиране, без да засягаме по-нататъшният фотографски процес, струва ми се, че като начало би било добре да разясним с няколко думи начинът, по който се осъществява запазването на фотографският образ върху носителите на изображението - филми, стъклени или целулоидни фотоплаки, фоточувствителни хартии, а вече и върху CCD или CMOS матрици.
Фиг. 1.a Структура на фотографски носители:
I - стъклена фотоплака, II - черно-бял филм:
Фиг. 1.b Структура на цветен негативен филм:
Най-често върху едната повърхност на тези носители е нанесен тънък
емулсионен слой, наричан по-кратко емулсия (Фиг. 1.a и 1.b), съдържащ светлочувствителни вещества (сребърни халогениди или др.). За да се образува първоначалният фотографски образ, преди всичко е необходимо той да бъде оптично построен върху носителя чрез фокусиране на отразената или излъчена от обекта светлина, посредством фотографски обектив. Под въздейсвието на пропуснатата през обектива светлина, в емулсионния слой на носителя започват фотохимични процеси, които обаче не образуват веднага видим фотографски образ - той остава скрит (латентен).
При цифровите фотоапарати, веднага след заснемането образът се "източва" от матрицата във вид на електрически сигнали и се съхранява в паметта на фотоапарата като файл. След това този файл може да бъде прехвърлен в компютър, цифрово обработван или отпечатан на хартия.
Фиг. 2 Оптични параметри на дебела леща (аналог. и за многолещов обектив)
L1 и L2 - противопосочни светлинни лъчи, попадащи успоредно на главната оптична ос.
L1' и L2' - пречупени от лещата лъчи.
F1 и F2 - главен преден и главен заден фокус (главни фокусни точки).
f1 и f2 - предно и задно фокусно разстояние.
Q1 и Q2 - пресечните точки на продълженията от попадащите и пречупените лъчи (представени с пунктири).
P1 и P2 - предна и задна главни равнини на лещата (оптични плоскости). Те се определят от точките Q1 и Q2. Оптичната ос пробожда перпендикулярно главните равнини в точките H1 и H2, наречени главни точки.
Самото действие, при което се пропуска светлината от обекта към светлочувствителната емулсия, за да се "запечата" върху нея построеният от фотообектива образ, се нарича експониране или експозиция. Експозицията е с определено времетраене, наречено експозиционно време. То се задава в зависимост от осветеността на обекта, от чувствителността на емулсията към светлината и от отношението на фокусното разстояние f на фотообектива, към диаметъра d на отвора на неговата диафрагма, определящо т. нар. относителен отвор (Фиг. 5). Относителният отвор е в пряка връзка със светлосилата, което е способността на обектива да възпроизведе върху емулсията на фотографския носител, изображение с дадена осветеност.
Фиг. 3 Зависимост между фокусното, обектното и образното разстояние при тънка леща.
D - обект.
D' - действителен обърнат образ на обекта.
H - главна точка - проекционен център на тънката леща.
P - главна равнина на лещата.
F1 и F2 - преден и заден главен фокус.
f - фокусно разстояние.
А - обектно (предметно) разстояние - от обекта D до проекционния център на лещата H.
B - образно разстояние - от проекционния център H до образа на обекта D'.
Основна формула за тънка сферична леща:
откъдето:
Току що използвахме две понятия: фокусно разстояние и диафрагма.
Фокусното разстояние (Фиг. 2 и 3) е разстоянието от задната главна оптична равнина на фотообектива, до точката, в която се събира пречупената от него светлина, а диафрагмата (Фиг. 5) е устройство, разположено между оптичните лещи на фотообектива и се състои от няколко на брой непрозрачни подвижни пластини, позволяващи промяна на действащия отвор на обектива, т.е. на диаметъра на неговата "зеница". Познато още като бленда, това устройство действа подобно на ириса на човешкото око - при намаляване на диаметъра на действащия отвор, през него преминава светлинен сноп с по-малко сечение, т.е. по-малко количество светлинна енергия и обратно. По този начин много прецизно може да се контролира светлосилата на фотообектива.
Фиг. 4 Построяване на оптичните изображения в зависимост от обектното разстояние.
А - обект разположен между предния фокус F' и проекционния център H на лещата. Неговият образ А'
е недействителен.
В - обект разположен в предния фокус F' на лещата. Образът му В' се построява в
безкрайността.
С - обект отдалечен на двойно фокусно разстояние f2'. Образът му С' е
действителен, обърнат, в същия мащаб и се построява на разстояние равно на задното
двойно фокусно f2.
D - светлина от точка на обект, отдалечен на безкрайност. Образът й D' е действителен и се
построява зад лещата, на разстояние равно на фокусното f.
ЗАТВОРЪТ e устройството във фотоапарата, чрез което се осъществява експозицията. Според конструкцията си затворите се разделят на два основни вида:
централни затвори - представляват система от леки метални пластини, разположени непосредствено зад фотообектива или между неговите лещи. При задействане те се отварят, изчакват зададения по скалата на експозиционните времена интервал, през който се извършва самото експониране и след това се затварят. С такива затвори са снабдени най-често малките любителски фотоапарати с несменяеми обективи.
Съществуват модели съвременни фотоапарати, при които централният затвор играе ролята и на диафрагма.
фокални затвори - състоят се от две пердета или щори от лек непрозрачен материал, разположени непосредствено пред фотографския носител. При задействане, пердетата образуват между работните си краища процеп с определена ширина, който преминава пред кадъра така, че всяка точка от неговата повърхност (от емулсията) да бъде осветена в продължение на зададеното експозиционно време. Трайността на експозицията при този тип затвори се определя от ширината на процепа и от скоростта, с която той пробягва пред кадъра. С такива затвори са снабдени много фотоапарати, при които визьорите използват фотообектива (SLR-камери - еднообективни огледално-рефлексни).
Фиг. 5 Принципно устройство и основни оптикогеометрични параметри
на фотообектива.
D - диаметър (апертура) на фотообектива - максимално възможният действащ отвор при макс. отворена диафрагма.
d - диаметър на диафрагмата (действащ отвор на "зеницата" на обектива).
F - главен заден фокус (главна задна фокусна точка).
Q - пресечна точка на продълженията от влизащия лъч L и пречупения L', определяща положението на задната главна равнина.
P - задна главна равнина. Понякога тя е близо или съвпада с равнината, в която лежи диафрагмата (най-често това е така при нормалните фотообективи).
H - задна главна точка. Това е точката, в която оптичната ос пробожда задната главна равнина P.
f - главно фокусно разстояние - измерва се от главната точка H до главния заден фокус F.
Текущо диафрагмено число - отношението 1:n, където n = f/d.
Oтносителен отвор на фотообектива - отношението 1/(f/D), т.е. най-голямото възможно диафрагмено число за даден фотообектив.
ВИЗЬОРЪТ е оптичното устройство, чрез което определяме очертанията на снимката (т.е. кадрираме). Съществуват много видове визьори, някой от които са конструирани така, че да улесняват фотографа при фокусирането на изображението. Такива са визьорите с вградени двойнообразни далекомери и визьорите на еднообективните огледално-рефлексни фотоапарати.
Фиг. 6.a Рамков и оптичен /Нютонов/ визьор
Фиг. 6.b Визьори на Албад и на Марк.
Фиг. 6.c Огледално-рефлексни визьори на еднообективни камери
Фиг. 7.a Огледален шахтов визьор на двуобективен фотоапарат
Фиг. 7.b Двойнообразен телеметричен визьор:
При двойнообразните далекомерни визьори (Фиг. 7.b) образът се наблюдава през две оптични системи, разположени на определено базово разстояние една от друга, но с общ окуляр. Фокусировката се извършва чрез сливане на раздвоеното изображение в окуляра, посредством подвижно огледало, механично свързано с устройството за фокусиране на обектива. Тези визьори позволяват удобно и бързо извършване на фокусировката. С такива са снабдени много модели фотоапарати "Киев", "Фед", "Зорки" и др.
При еднообективните фотоапарати с огледално-рефлексни визьори (Фиг. 6.c I и II) изображението се наблюдава през фотообектива, посредством подвижно огледало, разположено зад него под ъгъл 45°. Непосредствено преди експозицията огледалото се вдига автоматично за да не закрива кадъра, т.е. обекта се наблюдава до момента на заснемането му. Огледалото се връща в изходно положение веднага след експозицията или (при някой по-стари модели огледално-рефлексни фотоапарати) по време на превъртането на филма на следващ кадър.
При огледално-рефлексните призмови визьори, фокусирането се извършва върху матирана плоско-изпъкнала леща или върху френелова леща с долепено до нея матово стъкло, в централната част на което е образувана кръгла област с релефна микропризматична структура - т.нар. микрорастер (фотоапарати Практика, Зенит и др.). Възможно е вместо микрорастер, на същото място да бъдат залепени двойка срещуположно ориентирани прозрачни клинове (микроклинове), през които разфокусираното изображение изглежда раздвоено. Такива са визьорите на някои модели фотоапарати Практика, Екзакта и др.
При огледално-рефлексните шахтови визьори образът се наблюдава вертикално, върху матово стъкло или матирана леща - едно голямо удобство при снимане от ниско положение, с изнесен фотоапарат встрани или над главата на фотографа.
Огледално-рефлексните визьори имат едно голямо предимство пред останалите - те дават възможност изображението да се наблюдава така, както го предава фотообектива - в същия мащаб и контраст. С това отпадат много трудности по фокусирането при работа със сменяеми фотообективи или в случаите, когато за решаването на по-специални задачи е необходимо присъединяване на фотоапарата към други оптични уреди - микроскопи, спектрографи, астрономически инструменти и др. Най-често обаче ъгловият обхват на тези визьори не покрива изцяло обхвата на кадъра, което затруднява точното определяне на очертанията на снимката. Покритието на визьора е от 80 до 97% от обхвата на кадъра, рядко повече, а за някои модели Зенит то е едва 64%!
Другата страна на този въпрос е отрязването на крайните части от негативното изображение при откопирането на позитивните копия във фотостудията, което зависи от поръчания формат на снимките. По принцип малко отрязване (кроп) винаги се допуска, но забележете, че от най-често използваните формати 9/13, 10/15, 13/18 и 20/30, само втория и четвъртия е с точно съотношение на страните 2:3, каквото е на негатива (24/36 mm за лайка-формат). При другите два формата по-същественото отрязване на краищата на картината е неизбежно!
ЕКСПОНОМЕТЪРЪТ (светломерът) е прибор, с който можем точно да определим параметрите на експозицията. Експонометрите могат да бъдат самостоятелни уреди - т.нар. ръчни светломери или устройства, вградени в корпуса на фотоапарата. Те се състоят най-общо от светлочувствителен елемент (селенов фотоелектрически елемент, фотоклетка, фототранзистор, фоторезистор или др.), който е свързан към регистриращо устройство (миливолтметър, галванометър) или към сложно електронно устройство, пряко управляващо затвора на фотоапарата. Регистриращото устройство отчита параметрите на експозицията според осветеността на обектите, влизащи в обхвата, върху система от скали, разграфени в стандартните диафрагмени числа и стойности на експозиционните времена. Регистриращото устройство на вградените експонометри може да бъде само индикатор (стрелкова система, светодиод или др.), служещ за ориентация на фотографа по време на настройката на експозицията. Някой по-съвременни модели фотоапарати използвани и в професионалната практика, са снабдени с вградени експонометрични устройства за вътрешно-кадрово измерване, с чиято помощ прецизно може да се определи експозицията според осветеността само на обектите, попадащи в полезрението на фотообектива или дори според осветеността само на някои от тези обекти (т. нар. спот-мерене). За разлика от тях, при много модели любителски фотоапарати, експонометричното устройство служи просто за да сигнализира при недостатъчна осветеност или за да задейства тогава вградената фотосветкавица.
Други по-съществени устройства във фотоапарата са транспортния механизъм за превъртане на филма и свързаният с него брояч на кадрите. Транспортния механизъм може да бъде ръчно задвижван или автоматизиран - задвижван с електродвигател. Като негова характеристика може да се посочи времето, за което той може да превърти филма на следващ кадър и едновременно с това да подготви затвора за нова експозиция. Това е т.нар. работен цикъл, който за автоматизираните фотоапарати е с продължителност под 1s и дава възможност за бързо заснемане на серия от няколко кадъра.
Броячът на фотоапарата отброява вече експонираните кадри от филма или следи за броя на оставащите свободни кадри.
Върху корпуса на фотоапарата могат да бъдат монтирани някой допълнителни устройства, повишаващи неговата функционалност.
Самоснимачното устройство позволява осъществяване на експозиция без присъствието на човек в близост до фотоапарата. При някои фотоапарати това устройство може да се използва и в случаите, когато е необходимо да се осъществи по-дълготрайна експозиция при гарантирана неподвижност на установката.
Синхронизираният със затвора контакт за фотосветкавицата (синхрон-контакт) обикновено се намира върху горната част на фотоапарата. Той се задейства при осъществяване на експозиция, когато затворът е в максимално отворено състояние. Върху скалата на експозиционните времена, близо до някоя от стойностите е отбелязано значението "X" (например 125-X) или е изрисуван символ за светкавица, което означава, че при това задание е включена или най-правилно се извършва синхронизацията за фотосветкавицата. При фокалните затвори, синхронизацията е валидна когато зададеното времетраене на експозицията е такова, че затворът има ширина на процепа равна на дължината (респ. ширината за вертикалните затвори) на кадъра, т.е. фотосветкавицата трябва да се задейства след като първото перде изцяло се отвори, но преди да започне спускането на второто. Такъв режим на работа имаме например при времетраене 1/30s за фотоапаратите Зенит, при 1/60s за някои модели Минолта, при 1/125s за Практика и пр. Съвременните фотосветкавици имат минимално време на запалване и разгаряне на дъговия разряд в лампата - за около 1/300s. При някои по-стари модели фотоапарати, съществува възможност да се зададе предварващо задействане на контакта, с цел максималното разгаряне на лампата да съвпадне по-точно с момента на експозицията. До превключвателя задаващ предварването можете да срещнете означенията "M" - за работа с фотолампи тип Вакублиц, "F" - за работа с по-бързо разпалващи се лампи и "X" - за работа с електронни светкавици.
Така накратко може да се опише "тайнството" на запазването на фотографския образ и предназначението на най-важните възли в устройството на фотоапарата. От казаното до тук запомнете, че от правилното подбиране на четирите параметъра: осветеност на обекта, светлочувствителност на емулсията на носителя, относителен отвор на обектива и времетраене на експозицията, зависи до колко сполучлива ще бъде всяка една ваша снимка!
Макар задачата по определянето на експозиционните параметри при съвременните фотоапарати да е възложена на вградените в тях електронни експонометри, нерядко могат да възникнат случаи, когато е наложително показанията на електрониката да бъдат коригирани от нас по подходящ начин, например за да постигнем оптимална плътност на изображението на даден обект, различно осветен от останалите. Естествено, това може да стане само ако устройството на фотоапарата позволява подобни корекции. От тази гледна точка бих ви препоръчал следното: ако желаете да постигнете по-големи успехи във фотографията, не ползвайте напълно автоматизирани любителски фотоапарати, при които параметрите на експозицията се управляват пряко от електронния експонометър или такива, при които скоростта на затвора е постоянно установена и обективите са с фиксирана хиперфокална фокусировка (на фикс-фокус)! Ползвайте по-професионална фотографска техника, която освен че е по-качествена, ще ви предложи и повече възможности - включително тази, за ръчно коригиране на експозицията според вашите предпочитания.
За да изясним в общи линии цялата картина на фотографския процес, нека съвсем накратко да проследим следващите негови етапи, с което за малко ще излезем извън темата на статията.
Скритият след експонирането фотографски образ (латентния образ) може да бъде видян едва след лабораторна обработка, наречена проявяване. При проявяването фотографският носител се подлага на въздействието на вещества наречени проявители, които продължават много по-интензивно започнатия при експонирането фотохимичен процес на разпадане на осветените кристали сребърен халогенид. Проявителите имат избирателно действие - те бързо редуцират само осветените кристали халогенид, като ги преобразуват до метално сребро, създавайки така видимото фотографско изображение.
При проявяването на цветен фотографски носител (Фиг. 1.b), намиращите се в неговите три светлочувствителни слоя недифундиращи цветни вещества взаимодействат с окисленото проявяващо вещество и обагрят слоевете по следния начин: горният несенсибилизиран слой (2), чувствителен към сините и виолетовите лъчи се обагря в жълто, зеленочувствителният слой (3) се обагря в червено, а червеночувствителният (4) - в синьо-зелено. Като общо, цветният негатив е с преобладаващи кафеникави и бежови тонове.
Необходимо е процесът на проявяване да бъде прекъснат в момент, когато плътността на проявяваното фотоизображение е най оптимална. Това става при фиксирането - обработване на носителя с фиксиращо вещество (фиксаж), което има свойството да извлича от емулсията на носителя останалите нередуцирани халогениди, превръщайки ги във водоразтворими съединения. Едва след този процес, фотографският носител може да бъде изнесен на светлина за да бъде разгледано проявеното изображение.
Получения след проявяването фотографски образ може да бъде цветен или черно-бял, в зависимост от типа на носителя. Той също така може да бъде негативен - в обратими цветове или в противоположни нива на сивото, или позитивен - в реални цветове или нива на сивото, което също зависи от типа на носителя.
Рядко първоначалният фотографски образ е в мащаб от порядъка на размерите на самите обекти - най-често той е силно умален и обърнат.
Фотографският образ може да бъде копиран на други насители, най-често от негативен носител (филм, фотоплака) върху фоточувствителна хартия (т.нар. позитивен процес), при което се получава крайното позитивно изображение. Освен това фотографският образ може да бъде допълнително обработван: увеличаван, умаляван, наслагван върху други изображения при изработване на фотомонтажи, скениран и обработван с електронно-изчислителни машини и пр.
Стана ясно, че фотографският обектив е първия прибор, който трябва да използваме за да получим всяко първоначално фотоизображение. Той е най-важният компонент в конструкцията или в комплектацията на всеки фотоапарат. Много от любителските фотоапарати са снабдени с несменяеми фотообективи, но при по-добрите модели е предвидена възможност за тяхната замяна с други, различни по вид, според нуждата и желанието на фотографа. За да се избегне понякога неудобната и често налагаща се смяна на обективите, много съвременни фотоапарати - цифрови и конвенционални, са снабдени с т.нар. вариообективи (зум-обективи), върху които ще спрем вниманието си по-късно.
Фотографските обективи притежават някои основни характеристики и параметри, чрез които се описват и класифицират. Тяхното познаване е от голямо значение за вашият успех като фотограф - любител или професионалист. В началото на тази статия вече отделихме внимание на някои от тези характеристики, но в следващите абзаци ще изясним още по-обстойно същността и значението им.
Фиг. 8 Хроматична (цветна) аберация.
Фиг. 9 Сферична аберация и кома.
Фиг. 10 Сферично огъване на полето на изображението
Една важна характеристика за всеки фотографски обектив е типът на оптичната му схема. Колкото по съвършена е оптичната схема на даден обектив, толкова по-висококачествено изображение ще рисува той, с по-висок и по-равномерно разпределен контраст по цялата площ на кадъра.
Oптичните схеми на фотообективите представляват комбинации от различен брой лещи, с различна форма и пречупваща мощност, но задължително с общ фокусиращ ефект. Тези комбинации са съставени с цел отстраняване на немалкото оптични дефекти, които притежава простата леща: сферична аберация, кома, хроматична (цветна) аберация, астигматизъм, сферично огъване на полето на изображението и др. (Фигури 8, 9, 10, 11 и 17). Вижте също неравномерна осветеност на фотообраза - винетиране (вигнетинг).
Фиг. 11 Дисторсия
Според конструкцията си, обективите се подразделят на две основни групи - астигмати и по-усъвършенстваните съвременни анастигмати. Ето някои от астигматите:
МЕНИСК НА ВОЛАСТЪН - най-простият обектив, представляващ събирателна менискова леща, поставена зад много свита диафрагма, с което донякъде се намаляват оптичните аберации.
Фиг. 12 Мениск на Воластън
ОБЕКТИВ ПЕРИСКОП - конструиран през 1865 г. от Шайнхайл, той е първият симетричен обектив. Състои се от две менискови лещи, обърнати с изпъкналите си страни навън, между които е поставена диафрагма с малък относителен отвор - 1:8 до 1:16. Симетричното разположение на лещите спрямо диафрагмата компенсира дисторсията (изкривяването на геометричните форми на образите в краищата на кадъра), но всички останали оптични дефекти са неотстранени. Тези обективи не намират приложение в съвременната фототехника. Срещат се при някои стари модели фотоапарати, но поради това, че възпроизвеждат точно геометричните форми, все още намират приложение в презентационната техника - шрайбпроектори, диапроектори и др., където нерядко се срещат в модифициран вид.
Фиг. 13 Перископ
ОБЕКТИВ АХРОМАТ - той се състои от двойка слепени или силно доближени една до друга лещи - събирателна и разсейвателна, изработени съответно от кроново и флинтово (оловно) стъкло, имащи различни показатели на пречупване. При този обектив е отстранена хроматичната аберация за сините и жълтите лъчи, които се събират в общ фокус, но спрямо тях остават некоригирани червените лъчи (т.нар остатъчен или вторичен спектър). Съществуват близки по конструкция обективи, двулещови или трилещови, наречени апохромати, при които е добре коригирана цветната аберация за сините, зелените и червените лъчи.
Обективи с такава конструкция рядко намират приложение в съвременната фототехника, тъй като при тях остават неотстранени астигматизма и сферичното огъване на изображението - причините, поради които възпроизвеждат контрастен образ само в средата на фокалната си равнина.
Двуелементните ахромати обаче намират приложение като обективи за бинокли, далекогледни тръби и телескопи-рефрактори, където, поради сравнително малкият ъглов обхват на тези прибори, последните два дефекта са по-незабележими. Освен това, поради малкия брой на лещите, съставящи ахромата - само две, срещу допустима цена е възможно да бъдат изработени такива обективи с по-големи диаметри, което означава по-добри оптични характеристики за притежаващите ги прибори.
Фиг. 14 Дублет-ахромат
В конструкциите на съвременните фотографски обективи често се срещат слепени двойки лещи, наричани двуелементни или дублети, участващи по различен начин в техните оптични схеми. Като пример ще посочим следващия тип обектив - апланатът.
Фиг. 15 Апланат
АПЛАНАТЪТ - конструиран също от Шайнхайл, се състои от два ахромата, разположени симетрично спрямо диафрагма - по подобие на обектива-перископ. Всеки един от двата ахромата е коригиран и може да се използва самостоятелно. При този обектив са добре отстранени сферичната, хроматичната аберация и дисторсията, но при по-големи относителни отвори остават некоригирани огъването на полето на изображението и астигматизма.
Близък по конструкция е обективът на Пецвал, конструиран през 1841 г.
Той е първият предварително изчислен обектив, с конструирането на който се поставя началото на
изчислителната оптика. Усъвременени разновидности на Пецваловия обектив намират приложение и днес, в портретната фотография и в прожекционната техника.
Фиг. 16 Обектив на Пецвал
Прави впечатление, че до тук изброените фотообективи бяха с неотстранен или с лошо отстранен астигматизъм - един сериозен оптичен дефект, на чиято същност ще се спрем по-подробно:
Нека от по-далечен точков светоизточник (изкуствена звезда), с диафрагма да отделим светлинен сноп с кръгло сечение, който да попада в двуелементен обектив-ахромат, под наклон спрямо главната му оптична ос (Фиг. 17). Да разгледаме как ще се пречупят лъчите от този сноп, лежащи в две взаимно перпендикулярни равнини, пресичащи се по централния лъч (т.е. по оста на снопа). Нека още равнините са ориентирани така, че едната от тях да съдържа и главната оптична ос на обектива. Ако с помощта на непрозрачна преграда с процеп, пропуснем последователно лъчите, лежащи в едната равнина, а после - в другата, като всеки път измерваме фокусното разстояние, ще забележим следното: Лъчите от равнината, съдържаща главната оптична ос, се фокусират по-близо зад обектива от лъчите, лежащи в перпендикулярната на нея равнина. Ако махнем преградата с процепа, образът на точковия светоизточник ще наподобява кръст, на който двете съставящи го „чертички” лежат в различни фокални равнини, отстоящи от обектива на вече измерените разстояния.
Фиг. 17 Астигматизъм
a и b - две взаимно перпендикулярни равнини, пресичащи се по протежение на централния лъч на снопа, попадащ в обектива под ъгъл a спрямо главната оптична ос. Равнината b съдържа и последната.
Fa и Fb - фокуси за лъчите, лежащи в двете равнини a и b.
df - разлика във фокусните разстояния за лъчите от двете равнини.
O - проекционен център на обектива.
Разликата df във фокусите за лъчите от двете равнини силно зависи от ъгъла a, под който светлинния сноп попада в обектива. Например за дублет-ахромат с фокусно разстояние 200 mm, при ъгъл на попадане на светлината от около 35-40° спрямо главната оптична ос, тази разлика може да достигне няколко сантиметра! Причината за това непренебрежимо "размазване" на фокуса е в различната повърхностна кривина, която лъчите срещат по двете взаимно перпендикулярни направления, водещо до нееднаквото им пречупване през обектива.
Всички гореспоменати обективи, при които астигматизма не е отстранен, се класифицират в обща група - тази на обективите астигмати.
Астигматизма се отстранява трудно чрез сложни комбинации от лещи с различна форма, изработени от породи стъкла с различни показатели на пречупване, при това комбинирани така, че да бъдат добре отстранени и останалите недостатъци на простата леща. Тези сложни и съвършени оптични схеми, влкючващи от три до осем лещи, са характерни за съвременните фотографски обективи. Поради това, те се класифицират към групата на анастигматите.
Този тип обективи са с по-голяма светлосила и дават качествено остро изображение по цялата площ на кадъра. Ще разгледаме оптичните схеми на някои по-интересни типове обективи-анастигмати:
АНАСТИГМАТ НА ДАГОР - конструиран през 1892 г. Той има впечатляващи за времето си качества - състои се от два триелементни компонента, симетрично разположени спрямо диафрагма. Възоснова на него, през 1893 г. Карл Цайс произвежда обектива "Двоен протар", съставен от два четириелементни компонента. Също подобни на него са обективите "Биотесар" на Цайс и "Хелиар" на Фойглендър.
Фиг. 18 Анастигмата на Дагор
ПРОСТ ТРИПЛЕТ - конструиран е от Денис Тейлър през 1893 г. Той е един често срещан обектив, представляващ най-просто устроеният анастигмат. Състои се от три лещи, от които първата е плоско-изпъкнала, втората е двойно-вдлъбната, а третата - несиметрично двойно-изпъкнала, обърната с по-изпъкналата си страна навън (назад) към фокалната равнина. Диафрагмата е разположена между втората и третата леща.
Някои често разпространени обективи от този тип са Т-22 и Т-43 на фотоапаратите от серията "Смяна", немските "Meritar" на фотоапаратите "Beirette", "Триотар" на Цайс, "Триоплан" на Майер и др.
Фиг. 19 Прост триплет
СЛОЖЕН ТРИПЛЕТ - известен още като подобрен триплет, конструиран от Паул Рудолф през 1902 г. Устройството му е подобно на простия триплет, с тази разлика, че третата най-задна леща е заменена с ахроматна слепена двойка лещи. Обективите от този тип са често срещани и са известни с добрите си качества - те рисуват остро по цялата площ на кадъра. Такива са обективите от серията "Индустар", "Тесар" на К. Цайс, "Елмар" на Лайц, "Ксенар" на Шнайдер, "Примотар" на Майер, чешките "Белар" на Меопта, "Скопар" на Фойглендър и др.
Фиг. 20 Сложен триплет
Чрез усложняване на конструкцията на триплета са построени още по-висококачествени оптични схеми, включващи от четири до осем лещи. Такива са обективите "Биотар" и "Зонар" на Цайс, "Флектогон", "Юпитер-8", "Юпитер-11", сериите "Хелиос", "Пентакон" и др.
Фиг. 21 Шест лещов анастигмат - схема характерна за много
съвременни фотообективи, която е модифициран вариант
на обектива "Планар" на Цайс, конструиран от Паул Рудолф.
Днес проектирането и конструирането на оптични системи е немислимо без използване на компютри и специализиран софтуер, като програмните пакети IRT, OSLO, KDP и др. Например от WEB-адрес http://www.myoptics.at/modas/ можете да свалите специализираният продукт "Modern Optical Design and Analysis Software" (MODAS) freeware, авторство на българския оптик Иван Кръстев.
Фиг. 22 Обектив Зонар на Карл Цайс
В оптичните схеми на някои съвременни свръхсветлосилни обективи са включени лещи от флуоритни и лантанови стъкла, имащи по-високи показатели на пречупване от обикновените кронови и флинтови породи. Това прави обектива апохроматичен, но доста по-скъп и трябва да се знае, че тези породи стъкла имат известна радиоактивност. Макар лъчението им да е слабо, не бива да държите по-дълго до себе си прибор с такава оптика! Друг недостатък на тези обективи е, че те стареят и след години, корекциите им от оптичните дефекти се влошават.
Фиг. 23 Схема на свръхсветлосилните обективи "Такумар" и "Супер Такумар" 1.4/50 на Asahi co.
До тук класифицирахме фотообективите според конструкцията и качеството на оптичните им схеми. Но в практиката освен на тези техни особености, се обръща внимание и на оптикогеометричните параметри, описващи всеки конкретен обектив: фокусно разстояние, ъглов обхват, максимален относителен отвор и др. Във втора част на тази статия ще коментираме по-подробно всеки един от тези параметри и ще илюстрираме използването им в практиката с няколко примера.
Повече подробности за усъвършенстването на фотооптиката и за връзката на този процес с развитието на астрономическата оптика, можете да намерите в темата Телескопите-рефрактори.
Публикувана: юни 2000 г.
Последна редакция: септември 2004 г.
Тематичен указател на статиите;
Азбучен указател на оптичните термини.
Всички права запазени | All rights reserved |