Фокусы с расстояниями

Фотообъектив наиболее простой конструкции, называемый моноклем, представляет собой одну-единственную собирающую линзу. Правда, одиночная линза привносит в формируемое изображение заметные искажения различной природы — аберрации, поэтому современные объективы устроены сложнее. Однако общие принципы их работы описываются теми же самыми законами геометрической оптики. (Впрочем, монокли и по сей день используются в фотографии — фотохудожники любят их за исключительную мягкость создаваемых изображений, которую трудно описать словами — лучше один раз увидеть.)

Как мы знаем из школьного курса элементарной физики, собирающая линза концентрирует падающие на нее лучи, параллельные главной оптической оси, в точке, называемой главным фокусом. У любой линзы два главных фокуса (передний и задний — это определяется направлением прохождения светового потока). Они расположены на главной оптической оси симметрично относительно оптического центра линзы. Расстояние от оптического центра до любого из главных фокусов называется фокусным расстоянием линзы. С точностью до нюансов, сказанное справедливо и для более сложных оптических систем. В их случае, говоря о фокусном расстоянии, подразумевают, как правило, расстояние от задней главной плоскости оптической системы до заднего же фокуса (заднее фокусное расстояние).

Объектив фотоаппарата формирует на плоскости светочувствительной матрицы или пленки перевернутое уменьшенное изображение объекта съемки. Ход лучей в случае использования для этих целей одиночной линзы демонстрируется на схеме, иллюстрирующей нашу сегодняшнюю колонку. Фокусировка объектива («наводка на резкость», «помещение объекта съемки в фокус» и т. д. — в среде фотографов распространено множество вариаций названия этого увлекательного процесса) заключается в том, чтобы обеспечить такое взаимное расположение линз объектива и светочувствительного материала, чтобы ход световых лучей от снимаемого предмета до матрицы или пленки соответствовал (с точностью до конструктивных особенностей оптической системы объектива) тому, что изображено на нашей картинке. Нетрудно видеть, что при использовании монокля положение его линзы относительно светочувствительного элемента камеры будет зависеть от удаленности объекта съемки и от фокусного расстояния этой самой линзы.

О резкости как таковой и о глубине резкости изображаемого пространства нас ждет обстоятельный разговор в одном из следующих выпусков колонки. Сегодня же мы обсудим фокусное расстояние объектива во взаимосвязи с физическими размерами светочувствительной матрицы цифрового фотоаппарата.

Как видно из нехитрых геометрических построений, показанных на нашей картинке, линейные размеры изображения снимаемого предмета, получаемые на поверхности светочувствительной матрицы, при неизменном расстоянии от объектива до объекта съемки тем больше, чем больше фокусное расстояние объектива. Зависимость здесь, строго говоря, не является линейной (ну, если быть совсем уж дотошным, то она определяется известной из школьного курса физики формулой тонкой линзы: 1/d + 1/f = 1/F, где d — расстояние от оптического центра линзы до изображаемого предмета, f — расстояние от оптического центра линзы до изображения предмета, F — фокусное расстояние линзы), но ее вполне можно полагать таковой в тех случаях, когда объекты съемки находятся от объектива фотоаппарата достаточно далеко. (Если d из вышеприведенной формулы исчисляется в десятках метров или хотя бы метрах, то величины f и F, обычный порядок которых — сантиметры, можно считать приближенно равными друг другу. Будь они действительно равными, размеры изображения предмета с фокусным расстоянием связывала бы прямо пропорциональная зависимость исходя хотя бы из подобия треугольников на нашей схеме… Увлекся, извините. Все, что в скобках, можно не читать. :-))

Фокусное расстояние объектива в сочетании с линейными размерами кадра определяет угол поля зрения объектива — наибольший возможный угол между двумя прошедшими через объектив лучами света, ограниченный диагональю кадра. Если снова прибегнуть к нашим любимым геометрическим построениям, можно вывести, что тангенс половины этого угла есть половина диагонали кадра, поделенная на фокусное расстояние объектива. Чем больше фокусное расстояние при неизменной диагонали кадра — тем меньше угол зрения. Эту зависимость на практике можно считать близкой к обратно пропорциональной, но, конечно, математически точно она не является таковой.

Впрочем, в речи фотографов очень редко можно услышать упоминание угла поля зрения объектива в градусах — обычно они оперируют фокусным расстоянием в миллиметрах, по опыту вполне отчетливо представляя себе, сколько всего можно уместить в кадр при том или ином конкретном значении этого параметра.

Объектив, фокусное расстояние которого равно диагонали кадра, называется нормальным. Угол поля зрения такого объектива — порядка 53°. На практике, впрочем, нормальными называют и такие объективы, фокусное расстояние которых в меру близко к диагонали кадра. Скажем, для пленочных и полнокадровых цифровых камер (размеры кадра — 36×24 мм, диагональ — 43,3 мм) к разряду нормальных относится и «полтос» — объектив с фокусным расстоянием 50 мм, угол поля зрения которого составляет порядка 47°. Считается, что угол зрения, обеспечиваемый нормальными объективами, в наибольшей степени соответствует восприятию действительности невооруженным глазом.

Другие разновидности объективов: сверхширокоугольные (фокусное расстояние меньше меньшей стороны кадра), широкоугольные («ширики»; фокусное расстояние меньше большей стороны кадра), длиннофокусные (телеобъективы, «телевики»; фокусное расстояние превышает диагональ кадра примерно в полтора раза и более). Среди сверхширокоугольников можно выделить объективы типа «рыбий глаз» (fish-eye, «фишай») — они дают угол обзора до 180° и характерные сферические искажения. Выделяют также «портретники», у которых фокусное расстояние лежит в диапазоне примерно от одной до трех диагоналей кадра. Сегодня у нас — некое теоретическое введение; о специфике применения различных классов объективов, их особенностях и требованиях к ним мы будем обстоятельно беседовать позже. Тем не менее, вот вам для наглядности пример фотографии, сделанной при помощи «телевика», и пример фотографии, сделанной с применением «ширика». Эти кадры сняты с одной точки (с точностью до нескольких десятков метров). Подсказка: на втором снимке присутствуют те же две башни, что и на первом, но заметить их там не так-то просто. :-)

Подошло время раскрыть высокий смысл понятия «кроп-фактор». Как мы уже говорили, это числовой коэффициент, показывающий, во сколько раз диагональ матрицы цифрового фотоаппарата меньше диагонали полного кадра. Чем же он столь примечателен, этот коэффициент?.. Crop в переводе обозначает «обрезать», «вырезать» (на языке фотографов — «кадрировать»). Так вот, не будет большим преувеличением сказать, что использование фотоаппарата с «кропнутой» матрицей аналогично по результатам применению камеры, оснащенной полнокадровым сенсором, но с обязательным условием — каждый снятый кадр обрезается по краям так, чтобы оставалась только средняя часть, размеры которой по отношению к размерам полного кадра определяются числовым значением кроп-фактора. В самом деле, оптика, которую можно использовать как с полнокадровыми, так и с «кропнутыми» матрицами, будет давать меньший угол обзора в случае работы с «кропнутым» сенсором: так, угол поля зрения, обеспечиваемый тем или иным объективом на «кропнутой» матрице, будет равен углу поля зрения, обеспечиваемому на полнокадровом сенсоре объективом, фокусное расстояние которого больше в число раз, соответствующее кроп-фактору.

Например, объектив с фокусным расстоянием 50 мм, использующийся вместе с фотоаппаратом, оборудованным матрицей с кроп-фактором 1,5, обеспечит на ней угол поля зрения, равный тому, который даст на полнокадровой матрице объектив с фокусным расстоянием 75 мм (т. е. в 1,5 раза бо́льшим). Число 1,5 — кроп-фактор — поэтому иначе именуют также коэффициентом приведения фокусного расстояния, а значение 75 мм называют эквивалентным фокусным расстоянием. Этот параметр — эквивалентное фокусное расстояние — позволяет сравнивать между собой по углу поля зрения объективы камер с различными размерами матриц.

Объективы, предназначенные для работы с полнокадровыми цифрозеркалками, а также пленочными аппаратами, как правило, можно использовать и с фотоаппаратами, оборудованными «кропнутыми» матрицами. Обратное верно не всегда — существуют специальные серии объективов, заточенные под использование с «кропнутыми» матрицами. Применение таких объективов с полнокадровыми камерами невозможно в силу ряда конструктивных особенностей. Но фокусные расстояния на их корпусах указываются реальные — для того, чтобы получить эквивалентное значение, фактическое фокусное расстояние необходимо умножить на кроп-фактор.

По отношению к «мыльницам» термин «кроп-фактор» хотя и применяется, это все же не слишком корректно, ибо компактные камеры оборудуются индивидуально разработанными несменными объективами, и говорить о том, будто бы в таких фотоаппаратах что-то «вырезается» из полного кадра, неправомерно. В спецификациях таких камер обычно на видном месте указываются в первую очередь эквивалентные фокусные расстояния их объективов, а на реальные значения (нанесенные мелким шрифтом рядом с линзами) никто не обращает внимания. Так, например, вот у этой камеры с матрицей формата 1/2,3″ (диагональ — 7,7 мм, кроп-фактор — около 5,6) реальные фокусные расстояния зум-объектива лежат в диапазоне 6,2…24,8 мм. Разве это кому-то о чем-то говорит? Гораздо привычнее цифры, отражающие диапазон эквивалентных фокусных расстояний: 35…140 мм.