3 кластер (Раздаточные материалы)

Глава ХУ ФОТОГРАФ ИЧЕСКИА ОБЪЕКТИВ 83. Основные характеристики фотообъектива / Фотографическим объективом называется оптическая система, образующая действительное изображение предметов на светочувствительном слое фото- и кинопленки, поверхности фото- катода, ЗОП или телевизионной передающей трубки и т. д. В отличие от некоторых других оптических систем в фотообъективе исправляют все аберрации. Объектив — это наиболее важная часть любого фото- или киноаппарата, и от его свойств главным образом зависит качество изображения. Основными оптическими характеристиками объектива являются фокусное расстояние Г.

относительное отверстие 0/~' и угловое поле 2в. Другие важные характеристики объективов зто разрешающая способность, функция передачи модуляции (ФПМ), распределение освещенности по полю изображения, спектральная характеристика пропускания света, интегральный козффициент пропускания света, светорассеяние и др. Фокусное расстояние фотообъектива определяет масштаб изображения, длину системы и светосилу. Прн съемке удаленных объектов их изображение получается уменьшенным у' = — ~' 1й в, где а — угловой размер предмета у.

При съемке близко расположенных предметов масштаб изображения определяется линейным увеличением (), которое зависит от фокусного расстояния: () = — )уг или при п = и' р = ~')г. Следовательно, прн одинаковом расстоянии г до предмета его изображение у' = р() будет тем больше, чем больше фокусное расстояние. Вот почему при крупномасштабных съемках требуются длиннофокусные объективы. За основу разделения объективов по фокусному расстоянию принимается отношение фокусного расстояния к диагонали кадра, которое для нормальных фотообъективов обычно составляет 0,9 ... 1„5.

Объективы, у которых зто отношение меньше 0,9, называются короткофокусными, а больше 1,5 — длинно4окуснами. Фокусное расстояние современных фото- и кинообъективов колеблется от нескольких миллиметров (например, объектив ОКС-7 для съемки на !б-мнллиметровую кинопленку имеет Г = = 7 мм, К = 2,5, 2а' = 87,5') до метра (например, объектцв МТО-1000 имеет 1' =!000, К = 10, 2а' = 2,5'). Кроме объективов с постоянным фокусным расстоянием имеются объективы с переменным непрерывно изменяющимся фоз4о кусным расстоянием.

Такие объективы, называемые также паикратическнми, позволяют в определенном диапазоне непрерывно изменять масштаб изображения. Среди панкратнческих объективов различают трансфокаторы и вариообъективы (см. п. 87), Относительное отверстие В!~' объектива определяет оснещенность изображения и, следовательно, светосилу. Освещенность Е* изображения осевой точки предмета, имеющего яркость Е„ как известно [см. формулу (222)1 при а' и будет равна: Е' = 0,25тпй (011')а фр/(~р — ~) Р илн Е' = (0,25тпЬКа) [[)рlЯр — 5) 1а, где К = ~'Ш вЂ” диафрагменное число. Если предмет расположен в бесконечности, то р = 0 и приведенные выше формулы упрощаются: Е' = 0,25тпЬ (О!Г)а = 0,25тпЦКа.

Светосила Е7Е при постоянном отношении тп~4 = сопз[ зависит от квадрата относительного отверстия. Различают (см. п. 43) геометрическую светосилу (Пч')а и физическую светосилу т (И[')а. Относительное отверстие объектива, определенное с учетом коэффициента пропусканкя т, называется эффективным. Соответственно эффективное диафрагменное число К, = = 1*/(В э'т) - К/~/т. Для эффективных относительных отверстий приняты числа: 1:07; 1:1; 1:14; 1:2; 1:28; 1:4; 1:56; 1:8; 1:11; 1: 16; 1: 22; 1: 32; 1: 64. За основу построения этого ряда принято условие, чтобы при переходе от одного относительного отверстия к ближайшему освещенность изображения изменялась вдвое, а для этого диафрагменное число должно изменяться в эх = 1,41 раза.

Освещенность изображения Е' ° внеосевых точек, имеющих яркость Е, зависит от геометрического виньетирования йаа и углового поля 2е' в пространстве изображения [см. формулу (228) 1: Е;; =)г Е'соз'ь»'. Отрицательное влияние косинуса четвертой степени угла поля изображения особенно сказывается в широкоугольных системах.

Разработанный проф. М. М. Русиновым метод [311 аберрационного виньетирования позволяет уменьшить степень косинуса угла поля изображения и тем самым выровнять освещенность изображения по полю. В зависимости от значения диафрагмениого числа различают объективы: сверхсветосильные (К «" 1,4); светосильные (1,4 «, <,. 'К < 2,8); нормальные (2,8 ~ К «.' 5,6); несветосильные (5,6 ( -я. К). !6 За«ааааа Н. П, 241 аа Рнс. 196. Схема фочографнческого оаь- Рнс.!97. Связь угловых полей с углоекгнвз.

Свазь углового поля с разме- вым увехнченнем рамн кадра Значение относительного отверстия в объективах изменяют с помощью ирисовой диафрагмы, служащей апертурной диафрагмой. Угловое поле 2ы' объектива в пространстве изображений определяет формат снимка. Для фотографических систем преимущественно принят прямоугольный формат изображения, обеспечиваемый кадровым окном. Кадровое окно имеет высоту Ь„, ширину Ь„, диагональ 21„ = ~/К +~Ь„ и является полевой диафрагмой (рис. 196). При известном фокусном расстоянии угловое поле в пространстве изображений 2а' = 2 агс1д (1„гг').

Угловое поле 2го в пространстве предметов связано с угловым полем 2в' угловым увеличением в зрачках объектива: Ги ог = (1п го'уун; уг = п7п'+ ар/7', а при л = а' ур — — 1 + а„l1' (рис. 197). Для объектива, находящегося в однородной среде, при линейном увеличении в зрачках, равном единице, угловое поле объектива в пространстве предметов равно угловому полю в пространстве изображений (2го = 2ог'). Угловые поля в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно равны: (и го,' = Ь„7(2$'); (и го, = й,/(2(') и (н ы = у' 16' го. + 1н' оз,'. В зависимости от углового поля фотообъективы делят ньп узкоугольные (2го' ~ 40 ); нормальные (40' ~ 2оз' ( 60'); широкоугольные (60 ~ 2го' < 100'); сверхширокоугольные (100' к; 2го').

Естественно, что в объективах с различными фокусными расстояниями указанным угловым полям будут соответствовать 949 Таблияа 7 форматы фотографических иаобраыеяиа Киносъемка на 8-миллиметровую пленку Киносъемка иа пленку Супер-8 Киносъемка на ! 6-миллиметровуюю пленку 3,55Х 4,9 4Х 5,36 7,45Х Х 10,55 8,48 репортерская съемка 6,69 9Х 12 13Х 18 15 22,2 12,51 Техническая фо- тография !3,6 17,2 25,24 В миниатюрных фотокамерах ЗХ 1! 10Х 14 14Х 21 18Х 16 25,4 Техническая фо- тография н аэро- съемка Техническая фо- тографии Аэрофотосъемка В полиграфии Аэрофотосъемка Киносъемка на 35-миллиметро- вую обычную пленку В полу(юрмат- ных камерах В малоформат- ных фотокамерах Киносъемка на 70-миллиметро- вую широкофор- матную кино- пленку 16Х 22 18Х 24 30 ЗОХ ЗО ЗОХ 40 5ОХ 50 50 70,07 30 18Х 24 24Х 36 23Х 52,5 43,27 50Х 60 70Х 80 78.! 106,3 В полиграфии различные форматы изображений.

Наиболее распространенные форматы изображений приведены в табл. 7. Из формул, связывающих основные оптические характеристики объектива, следует, что увеличение относительного отверстия приводит к необходимости уменьшения углового поля, увеличение фокусного расстояния требует ограничения относительного отверстия н углового поля системы (при сохранении остальных высоких оптических качеств).

Проф. Д. С. Волосов [5) исследовал взаимозависимость между оптическими характеристиками наилучших фотообъективов и установил, что для больших групп объективов существует определенная инвариантность характеристик, при которой некоторый коэффициент С остается постоянным: С„= (Ху ф му~') ~/77!00 = (1И ю(К) 7/Я(00. Величина С зависит от фотографической разрешающей способности, степени падения освещенности по полю изображения, сложности оптической схемы и др. Эту величину можно назвать !6$ 243 коэффициентом добротности.

У современных анастигматов С 0,22 ... 0,24, Разработка объектива сравнительно проста, если С (020. 84. Разрешающая способность и функция передачи модуляции фотографической системы где бо ° 1,22лг( — линейный предел разрешения. Принимая Х = Х, = 0,5461 мкм, получим й(е = 1500()7)' 1500%. (368) Разрешающая способность Уе реальных объективов отличается от величины, определяемой по формуле (368), и зависит от степени исправления аберраций, контраста изображения, типа и ориентации штрихов миры и т. п.

Например, для современных анастигматов типа «Юпитер» наибольшее приближение дает фор- мула )(7 1 1ж 560)К. Разрешающая способность фото- и типов указана ниже !151: Фотоилеияв Черио-белая иегативиая (ГОСТ 24676 — 61): фото 32 фото 65 ~~ 130 Цаетиаи обращаемая (ТУ 5-!7-625 — 74): ЦОД 16 ЦОД 52 Кииеилеиив Черно-белея ивгатиеяая (ТУ 6.17-445 — 79): 244 кинопленок различных )ре 116 92 75 70 Разрешающая способность — наиболее распространен- ный критерий количественной оценки качества изображения, создаваемого оптической системой, показывающий, сколько линий или предметных точек может изобразить раздельно фотографиче- ская система на отрезке длиной 1 мм.

Единица разрешающей способности — миллиметр в минус первой степени (мм-'). В фотографической системе различают визуальную разрешаю- щую способность )те объектива, определяемую визуальным путем по изображению штриховой миры, разрешающую способность фотографического слоя )1(е (фотопленки, фотобумаги и т. п.) , и фотографическую разрешающую способность МФ системы объ- ектив — фотослой. Визуальная разрешающая способность Ме для идеального фотообъектива при использовании миры абсолютного контраста 1)1о = 1(бо, КН-1 . КН-2 кн.з.... Цветнан абранмеман цо-з 1ЗЗ .

100 тв 20 Максимальное значение разрешающей способности фотослоя 6/о зависит от контраста й, тест-объекта, условий экспонирования, проявления и т. п. Если разрешающую способность фотослоя при абсолютном контрасте (А, = 1) обозначить 6/,"', то прн пони- жЕННОМ Кпитраетс (й, е" 1) раЗрЕШаЮщуЮ СПОСобиОСтЬ фстОСЛОя можно определить по следующей приближенной формуле (151: 6/, = 6/,'и р'~,. Океана ничества воображении 26 ...

20 нли 20 Пониженное Фотографическую разрешающую способность 6/в обычно связывают с величинами 6/е и й/о приближенной формулой вида 1/6/а = 1/Ио+ 1/6/е или 6' = ба+ 6,, т. е. линейный предел разрешения 6' фотографической системы равен сумме линейных пределов разрешения объектива бо 1/6/е и фотослоя 6, = 1И'о. В реальных фотообъективах разрешающая способность понижается вследствие аберраций н светорассеяния. Например, для объектива «Юпитер-12» (/ = 35 мм; К = 2,8; 2в = 52') по формуле (358) находим й/о1,> — — 200 мм-'. Прн использовании пленки КН-1 ожидаемая фотографическая разрешающая способность в центре поля 6/э = 6/ей/,/(6/е + /У,) = 80 мм-'.