FAQ optyczne (długie - strasznie) i w dodatku nudne.
Ale nie trzeba będzie powtarzać po kilkadziesiąt razy tego samego :-)
Stanisław B. A. Stawowy
2001-10-09
[Powrót do poprzeniej]
[Powrót do głównej]

!uwaga!
Tekst został oparty w pewnym stopniu na:
"Frequently Asked Questions regarding lenses. By David Jacobson".
Był pisany 9 X 2001, pomiędzy 0:11 a 3:12, co w oczywisty sposób wpłynęło na jasność stylu. Ewentualnych czytelnikow przestrzega się przed matematycznością tekstu; został on napisany wyłącznie w celu złośliwego odsyłania do niego newbies, |userow i trolli :-)

Optyka fotograficzna - Często Zadawane Pytania

0.) Oznaczenia użyte w tekście
f - ogniskowa
Lp - odległość punktu głównego przedmiotowego do przedmiotu
L> - odległość punktu głównego przedmiotowego do najdalszego punktu odwzorowanego ostro
L< - odległość punktu głównego przedmiotowego do najbliższego punktu odwzorowanego ostro
Lo - odległość punktu głównego obrazowego do płaszczyzny filmu
M - powiększenie
N - wartość przysłony (f/stop)
Nm - wartość przysłony (f/stop) skorygowana dla mieszka lub pierścieni pośrednich
c - największy akceptowalny rozmiar krążka rozproszenia
h - odległość hiperfokalna

0.5.) Co to jest punkt główny przedmiotowy i punkt główny obrazowy?
Rozważmy soczewkę grubą (lub układ soczewek):
[rys.1]
Płaszczyznę A nazywamy płaszczyzną główną przedmiotową, a punkt w którym przecina ona oś optyczną układu - punktem głównym przedmiotowym. Odpowiednio płaszczyznę B nazywamy płaszczyzną główną obrazową, a punkt w którym przecina ona oś optyczną układu - punktem głównym obrazowym. Całość jest (znacznie) lepiej wytłumaczona w każdym podręczniku optyki :-)

1.) Co to jest ogniskowa? Co oznacza '50mm' na oiektywie?
Obiektyw o ogniskowej 50mm tworzy na filmie obraz przedmiotu o takiej wielkości,jakiej utworzyłby obiektyw otworkowy (pinhole) umieszczony w odległosci 50 mm od filmu.

2.) Co to jest wartosc przyslony (f-stop, f/ )
Jest to ogniskowa obiektywu podzielona przez widoczną średnicę przysłony widzianej z przodu (od strony przedmiotowej) obiektywu. Na przykład przysłona f/8 oznzcza, że średnica przysłony jest osiem razy mniejsza od ogniskowej obiektywu.
Jasność obrazu na filmie jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu wybranej wartości przysłony. W miarę przymykania przysłony wartości niektórych aberracji (wad optycznych) obiektywu zmniejszają się, ale zmniejsza się też wskutek dyfrakcji jakość obrazu.
Zasada powyższa przestaje obowiązywać gdy obiektyw nastawiony jest na szczególnie bliski przedmiot (makrofotografia).

3.) Czy jest jakiś wzór na sytuację w której otrzymamy ostry obraz?
Jest ich kilka. Najprostsza z nich jest reguła Gaussa:
1/Lp + 1/Lo = 1/f
i reguła Newtona:
(Lp-f)*(Lo-f) = f^2 (f-do-kwadratu)

4.) Czy jest jakiś wzór na wielkość obrazu w stosunku do wielkości przedmiotu (powiększenie - M)
p = Lp/Lo
p = (Lp-f)/f
p = f/(Lo-f)

5.) Ile wynosi pole widzenia obiektywu?
Jeżeli za X podstawimy przekątną obrazu (ok. 43 mm dla obrazka 24x36), to pole widzenia PW będzie równe:
PW = 2*arctan(X/(2*f*(M+1)))
Dla dalekich obiektów M możemy przyjąć za równe zero, wtedy wzór redukuje się do:
PW = 2*arctan(X/2f)
Przykładowo, dla obiektywu 50 mm mamy:
PW = 46.5 stopnia.

6.) Jak bardzo przedłużyć naświetlenie przy zdjęciach przez mieszek / pierścienie?
Nn = N*(1+M)

7.) Co to jest krazek rozproszenia?
Kiedy obiektyw nie jest nastawiony dokładnie na ostro, obrazem punktu na negatywie nie jest punkt lecz krążek o pewnej średnicy. Jeśli średnica ta będzie wystarczajaco mała, obraz będzie mimo to wydawał się ostry. Oczywiście maksymalna możliwa średnica krążka rozproszenia zależy od przewidzianego stopnia powiększenia negatywu, kryteriów i ostrości wzroku oglądającego, itp. Ogólnie przyjęta jest za maksymalną dopuszczalną wielkość krążka rozproszania równa 0.03 mm. Inna reguła przyjmuje za dopuszczalną 1/2000 przekątnej negatywu - około 0.021 mm dla filmu 35mm; jest to wartość przyjęta przez Rollei i Schneidera. Zeiss i Sinar przyjmuja 0.025 mm.

8.) Co to jest odleglosc hiperfokalna?
Odległość hiperfokalna jest to odległość do najbliższego odwzorowanego akceptowalnie ostro (patrz wyżej) punktu dla obiektywu nastawionego na nieskonczoność
h = f^2/(N*c)

9.) Jaka będzie odległość najbliższego i najdalszego punktu dla obiektywu nastawionego na pewna odległość Lo?
S< = h*Lo/(h+(Lo-f))
S< = h*Lo/(h-(Lo-f))
Jesli mianownik ulamka wynosi zero lub jest ujemny, S

10.) Co to jest głębia ostrości?
Wygodnie jest mówić o tylnej i przedniej głębi ostrości.
Tylna głębia ostrości jest to odległość od obiektu do najdalszego punktu odwzorowanego akceptowalnie ostro, przednia głębia ostrości jest to odległość od najbliższego punktu odwzorowanego akceptowalnie ostro do obiektu.
PGO = Lo - L<
TGO = L> - Lo

11.) Jak nastawić obiektyw aby mieć wszystko od nieskonczoności do możliwie najbliższego punktu?
Na odleglość hiperfokalną. Dokładniej mówiąc na Lo = h + f
Wtedy najbliższy punkt odwzorowany akceptowalnie ostro będzie znajdował się w połowie Lo, a najdalszy w nieskonczoności.

12.) Nie da sie prosciej?
Da się :-) Gdy odległość do obiektu jest mała w stosunku do odległości hiperfokalnej, przednia i tylna głębia ostrości są praktycznie równe i zależą wyłącznie od powiększenia M i przysłony Nn. Można wtedy użyć wzorów przybliżonych:
PGO = TGO = Nn*c/M^2
W normalnych sytuacjach (nie makro) Nn = N (nastawiona przysłona).

13.) Słyszałem, że żeby uzyskać małą głębię ostrości należy użyć obiektywu o dłuższej ogniskowej. To prawda?
Tak i nie:-)
Zakładając że obiekt na negatywie będzie miał taki sam rozmiar w obu wypadkach i odległość do obiektu jest mała w stosunku do odległości hiperfokalnej, PGO i TGO obu obiektywów będą w przybliżeniu takie same i jednakowe nieżaleznie od wybranej ogniskowej.
Jeśli jednak ogniskowa obiektywu będzie bardzo mała, odległość hiperfokalna - zależna od kwadratu ogniskowej - nie będzie znacznie większa od odległości do obiektu, co naruszy warunek powyżej. W takim wypadku PGO będzie mniejsza od TGO, przy czym ta ostatnia będzie obejmowaę nieskonczoność jeśli odległość hiperfokalna będzie mniejsza niż odległość do obiektu.
Dodatkowo, ogniskowa obiektywu ma silny wpływ na wygląd obszarów znajdujących się poza obszarem ostrości. Jeśli obiektyw jest nastawiony na bliski obiekt, odwzorowując go z powiększeniem M, punkt położony w nieskonczoności będzie przedstawiony jako krążek o średnicy c :
c = f M / N
a więc rozmiar obrazu naszego punktu będzie zależny od ogniskowej obiektywu.

14.) Jeśli nastawię ostrość na pewien punkt, a potem przekomponuję kadr tak, że punkt nie będzie już w środku kadru, czy będzie on nadal nastawiony na ostro?
Nie, ale nieostrość będzie niewielka. Jeśli obiekt będzie znajdował się wystarczająco daleko, będzie on w zakresie głębi ostrości. Przybliżony wzór na minimalną odległość w takim wypadku wygląda tak:
d = w^2/(2 N c)
gdzie d - najmniejsza odległość taka, że punkt będzie akceptowalnie ostry, mierzona od płaszczyzny filmu, w - odległość od punktu do osi optycznej

15.) Czy nastawianie ostrości w okularach prowadzi do błędów?
Nie. Obraz jest tworzony na matowce położonej w takiej samej odległości optycznej co film. Jedynym efektem używania okularów będzie ostrzejsze widzenie obrazu na tejże matówce :-)

16.) Co to jest winietowanie?
Winietowanie jest to spadek jasności obrazu w miarę oddalania się od jego środka. Jest on spowodowany przez kilka fundamentalnych praw optyki. po pierwsze: promień światła z punktu nie położonego na osi optycznej 'widzi' przesłonę nie w postaci krążka, ale elipsy (można to sprawdzić wizualnie :-), więc efektywna wartość przysłony (f/stop) obiektywu - a więc i jasność obrazu - będzie malała w miarę oddalania się od osi optycznej. Spadek ten będzie ilościowo równy cosinusowi kata, pod jakim promień wpada do obiektywu do osi optycznej. Po drugie, w obiektywach rectilinearnych (nie-fisheye), powiększenie obrazu w miarę zbliżania się do krawędzi rośnie z cos^3 kąta promienia do osi optycznej, stąd światło wpadające pod kątem do osi optycznej będzie rozłożone na większej powierzchni niż światło padające wzdłuż osi optycznej. Stąd natężenie światła padającego na film będzie spadało z cos^4 kąta wpadania promienia do obiektywu. Projektant może skompensować w pewnym stopniu wpływ tych efektów poprzez stosowanie specjalnych układów optycznych lub zastosowanie filtra centralnego (z ciemniejszą plamką w środku). Winietowanie może też być spowodowane przeszkodami mechanicznymi na drodze promienia światła: zbyt wąska osłona przeciwsłoneczna, oprawa filtra, palce..

17.) Skąd mam wiedzieć czy oprawa filtru / osłona przeciwsłoneczna będzie winietować?
Otwórz tylną ściankę aparatu i otwórz migawkę. Popatrz przez oiektyw czy jesteś w stanie dostrzec wszystkie cztery rogi otworu obrazowego ('dziury' w migawce :)

18.) Co to są aberracje?
Aberracje są to wady optyczne obiektywów, wynikające z ograniczeń ich konstrukji. Lepsze obiektywy mają mniejsze aberracje, nie da się ich jednak całkowicie usunąć.
Klasyczne aberracje to:

  • Aberracja sferyczna - Światło przechodzące bliżej brzegu obiektywu jest ogniskowane w innej odległości niż przechodzące przez jego środek
  • Koma - Punkty położone poza osią optyczną są przedstawiane jako przecinki/kreseczki. Koma występuje gdy obraz tworzony przez światło przechodzące dalej od środka obiektywu ma inne powiekszenie niż tworzony przez światło przechodzące wzdłuż osi optycznej
  • Astygmatyzm - Punkty położone poza osią optyczną są nieostre (przyjmują postać kreseczek lub owali rownoległych lub prostopadłych do linii prostopadłej do osi optycznej i kierunek ten zmienia się w trakcie nastawiania na ostro)
  • Krzywizna pola - punkty położone na płaszczyźnie prostopadłej do obiektywu są odwzorowywane ostro na sferze (nie na płaszczyźnie). Zatem jednocześnie może być ostry środek lub brzegi obrazu, nigdy zaś oba jednocześnie.
  • Dystorsja - Obrazem kwadratu jest poduszka )( lub baryłka ( )
  • aberracja chromatyczna - nastawienie na ostro dla różnyh długości fali światła wypada w różnym miejscu
  • aberracja chromatyczna lateralna - powiększenie obrazu zmienia się w zależności od długości fali światła.

    19.) Czy da się zmniejszyć aberracje przez przymknięcie przysłony?
    Do pewnego stopnia tak, jednak za wyjątkiem dystorsji i aberracji chromatycznej lateralnej. Przymykanie przysłony zwiększa jednak dyfrakcję.

    20.) Co to są 'elementy' i 'grupy' w opisie obiektywu? Czy wiecej to lepiej?
    Ilość elementów to ilość pojedynczych soczewek, użytych do zrobienia obiektywu. Pojedyncza soczewka lub kilka soczewek sklejonych razem jest nazywane grupą. Każdy dodatkowy element w soczewce ułatwia projektantowi zmniejszenie aberracji optycznych. Z drugiej strony każdy element optyczny powoduje flarę.
    Jest możliwe zrobienie bardzo dobrego obiektywu standardowego z użyciem cztereh (Tessar) lub pieciu (Sonnar) elementów. Odnosi się to rownież do obiektywow długoogniskowyh i teleobiektywów (Leitz Elmar). Obiektywy szerokokątne są znacznie trudniejsze do zaprojektowania i z reguły składają się z większej liczby elementów (8-10). Obiektywy typu zoom wymagają kilkunastu do nieraz ponad dwudziestu elementów.
    Generalnie obiektywy o mniejszej liczbie elementów mają większy kontrast i mniejszą flarę niż obiektywy bardziej skomplikowane. Złożone obiektywy typu zoom mają zazwyczaj słaby kontrast z racji rozpraszania światła na elementach optycznych. Dodatkowo wymagają dla uzyskania akceptowalnych efektów użycia dobrych powłok przeciwodblaskowych.

    21.) Co to jest "low dispersion glass" - LD, UD, SLD, ULD, ED ?
    Jest to szkło o małej różnicy współczynnika załamania dla różnych długości fali światła. Ułatwia to zaprojektowanie obiektywu o małej aberracji chromatycznej i lateralnej aberracji chromatycznej.

    22.) Co to znaczy APO, apochromatyczny?
    Odległość w jakiej obiektyw tworzy obraz przedmiotu zmienia się w pewnym stopniu wraz z długością fali. Jeśli istnieją dwie różne długości fali światła dla których odległość ta jest taka sama, obiektyw nazywamy achromatem. Jeśli są trzy lub więcej takich długości fali, nazywamy go apochromatem.
    Powszechnie uważa się, że producenci obiektywów traktują ten termin dość luźno..

    23.) Co to jest 'element asferyczny'?
    Jest to element optyczny, którego promień krzywizny zmienia się w miarę oddalania się od osi optycznej. Elementy asferyczne ułatwiają projektowanie obiektywów szerokokątnych i zoomow, są jednak drogie w produkcji.

    24.) Co to jest telekonwerter?
    Jest to urządzenie, które powiększa centralną część obrazu dawanego przez obiektyw. Na przykład fotografii małoobrazkowej telekonwerter 2x powiększa centralne 12x18mm obrazu do 24x36mm

    25.) 0 Jak telekonwerter wpływa na ekspozycję, głębię ostrości i jakość obrazu?
    Obiektyw o ogniskowej f i przysłonie N z telekonwerterem o powiększeniu K razy będzie się zachowywał jak obiektyw o ogniskowej K*f i przysłonie K*N. Odległość hiperfokalna będzie K razy większa, głębia ostrości będzie K razy mniejsza.
    Telekonwerter, powiększając jedynie centalną część obrazu, zmniejszy około K razy rozdzielczość obiektywu. W dodatku, każdy telekonwerter wprowadza swoje własne aberracje optyczne, czasem także i winietowanie.