Широкоугольные объективы: особенности и применение.

Введение

Тип объектива

В фотографии и кинематографе широкоугольный объектив – это объектив, охватывающий большой угол обзора. Соответственно, его фокусное расстояние существенно меньше, чем у нормального объектива для заданного формата изображения. Этот тип объектива позволяет включить в кадр большее пространство сцены, что особенно полезно в архитектурной, интерьерной и пейзажной съемке, когда фотограф не может отойти дальше от объекта съемки. Также он используется, когда фотограф хочет подчеркнуть разницу в размере или удаленности между объектами на переднем и заднем плане: объекты, находящиеся близко, кажутся очень большими, а объекты на среднем расстоянии – маленькими и далекими. Это преувеличение относительных размеров позволяет выделить объекты на переднем плане и сделать их более выразительными, одновременно захватывая обширный фон. Широкоугольный объектив также характеризуется тем, что проецирует значительно больший круг изображения, чем стандартный объектив с тем же фокусным расстоянием. Этот большой круг изображения обеспечивает возможность использования значительных угловых смещений и наклонов при работе с камерами технического типа. По общепринятому соглашению, в фотографии нормальным объективом для определенного формата считается объектив с фокусным расстоянием, приблизительно равным длине диагонали кадра или цифрового сенсора. В кинематографе нормальным считается объектив с фокусным расстоянием, примерно в два раза превышающим длину диагонали.

Характеристики

Более длинные объективы сильнее увеличивают объект, визуально сжимая расстояние и (при фокусировке на переднем плане) размывая фон из-за меньшей глубины резкости. Широкоугольные объективы, как правило, увеличивают расстояние между объектами, обеспечивая при этом большую глубину резкости. Еще одним следствием использования широкоугольного объектива является более выраженное искажение перспективы, когда камера не ориентирована перпендикулярно объекту: параллельные линии сходятся с той же скоростью, что и при использовании объектива с нормальным фокусным расстоянием, но сходятся сильнее из-за большего угла обзора. Например, здания кажутся падающими назад гораздо сильнее, когда камера направлена вверх с уровня земли, чем при съемке того же здания с того же расстояния обычным объективом, поскольку в кадре широкоугольного объектива видно большую часть здания. Поскольку для сохранения размера объекта разные объективы обычно требуют разного расстояния между камерой и объектом, изменение угла обзора может косвенно искажать перспективу, изменяя воспринимаемый относительный размер объекта и переднего плана.

Широкоугольные линзы для формата 35 мм

Для полнокадровой 35-мм камеры с форматом 36 мм на 24 мм диагональ составляет 43,3 мм, а по традиции нормальным объективом, используемым большинством производителей, является объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Также по традиции, объектив с фокусным расстоянием 35 мм или меньше считается широкоугольным. Ультраширокоугольные объективы имеют фокусное расстояние, меньшее, чем короткая сторона пленки или сенсора. Для 35-мм формата ультраширокоугольный объектив имеет фокусное расстояние менее 24 мм. Распространенные широкоугольные объективы для полнокадровой 35-мм камеры – 35, 28, 24, 21, 20, 18 и 14 мм, последние четыре из которых являются ультраширокоугольными. Многие объективы в этом диапазоне формируют более или менее прямолинейное изображение на плоскости пленки, хотя некоторая бочкообразная дисторсия встречается довольно часто. Ультраширокоугольные объективы, не формирующие прямолинейное изображение (то есть демонстрирующие бочковую дисторсию), называются «рыбий глаз». Типичные фокусные расстояния для них в 35-мм камере составляют от 6 до 8 мм, что позволяет получить круговое изображение. Объективы с фокусными расстояниями от 8 до 16 мм могут быть как прямолинейными, так и «рыбьим глазом». Широкоугольные объективы выпускаются как с фиксированным фокусным расстоянием, так и с переменным (зум). Для 35-мм камер можно найти объективы, формирующие прямолинейное изображение с фокусными расстояниями до 8 мм, включая зум-объективы с диапазоном 2:1, начинающимся с 12 мм.

Учитывания цифровых камер

По состоянию на 2015 год, многие цифровые камеры со сменными объективами имеют сенсоры изображения, которые меньше формата пленки полнокадровых 35-миллиметровых камер. В основном, размеры этих сенсоров изображения сопоставимы с размером кадра APS-C, то есть приблизительно 24 мм x 16 мм. Следовательно, угол обзора для объектива с любой заданной фокусной длиной будет уже, чем у полнокадровой камеры, поскольку меньший сенсор "видит" меньшую часть изображения, проецируемого объективом. Производители камер предоставляют кроп-фактор (иногда называемый коэффициентом поля зрения или множителем фокусного расстояния), чтобы показать, насколько сенсор меньше, чем кадр 35-миллиметровой пленки. Например, распространенным значением является 1,5 (формат Nikon DX и некоторые другие), хотя многие камеры имеют кроп-факторы 1,6 (большинство зеркальных камер Canon), 1,7 (ранние зеркальные камеры Sigma) и 2 (камеры Four Thirds и Micro Four Thirds). Значение 1,5 означает, что угол обзора объектива на камере соответствует углу обзора объектива с фокусным расстоянием в 1,5 раза большем на полнокадровой 35-миллиметровой камере, что объясняет, почему кроп-фактор также известен как множитель фокусного расстояния. Например, 28-миллиметровый объектив на зеркальной камере (с кроп-фактором 1,5) даст угол обзора, эквивалентный 42-миллиметровому объективу на полнокадровой камере. Таким образом, чтобы определить фокусное расстояние объектива для цифровой камеры, которое обеспечит эквивалентный угол обзора, как у полнокадровой камеры, необходимо разделить фокусное расстояние полнокадрового объектива на кроп-фактор. Например, чтобы получить угол обзора, эквивалентный 30-миллиметровому объективу на полнокадровой 35-миллиметровой камере, с цифровой камеры с кроп-фактором 1,5, следует использовать 20-миллиметровый объектив. Производители объективов отреагировали на это, создав широкоугольные объективы с гораздо меньшими фокусными расстояниями для этих камер. При этом они ограничивают диаметр проецируемого изображения незначительно большим, чем диагональ фотосенсора. Это дает конструкторам большую гибкость в обеспечении оптических коррекций, необходимых для экономичного производства высококачественных изображений на таких коротких фокусных расстояниях, особенно когда объективы являются зум-объективами. Примерами служат зум-объективы с минимальным фокусным расстоянием 10 мм от нескольких производителей. При 10 мм эти объективы обеспечивают угол обзора, эквивалентный 15-миллиметровому объективу на полнокадровой камере, при кроп-факторе 1,5.

as of 2015, many interchangeable lens digital cameras have image sensors that are smaller than the film format of full frame 35 mm cameras. For the most part, the dimensions of these image sensors are similar to the APS C image frame size, i. e., approximately 24 mm x 16 mm. Therefore, the angle of view for any given focal length lens will be narrower than it would be in a full frame camera because the smaller sensor "sees" less of the image projected by the lens. The camera manufacturers provide a crop factor (sometimes called a field of view factor or a focal length multiplier) to show how much smaller the sensor is than a full 35 mm film frame. For example, one common factor is 1.5 (Nikon DX format and some others), although many cameras have crop factors of 1.6 (most Canon DSLRs), 1.7 (the early Sigma DSLRs) and 2 (the Four Thirds and Micro Four Thirds cameras). The 1.5 indicates that the angle of view of a lens on the camera is the same as that of a 1.5 times longer focal length on a 35 mm full frame camera, which explains why the crop factor is also known as a focal length multiplier. For example, a 28 mm lens on the DSLR (given a crop factor of 1.5) would produce the angle of view of a 42 mm lens on a full frame camera. So, to determine the focal length of a lens for a digital camera that will give the equivalent angle of view as one on a full frame camera, the full frame lens focal length must be divided by the crop factor. For example, to get the equivalent angle of view of a 30 mm lens on a full frame 35 mm camera, from a digital camera with a 1.5 crop factor, one would use a 20 mm lens. Lens manufacturers have responded by making wide angle lenses of much shorter focal lengths for these cameras. In doing this, they limit the diameter of the image projected to slightly more than the diagonal measurement of the photosensor. This gives the designers more flexibility in providing the optical corrections necessary to economically produce high quality images at these short focal lengths, especially when the lenses are zoom lenses. Examples are 10 mm minimum focal length zoom lenses from several manufacturers. At 10 mm, these lenses provide the angle of view of a 15 mm lens on a full frame camera when the crop factor is 1.5.

Строительство

Существует два типа широкоугольных объективов: объективы с коротким фокусным расстоянием и ретрофокусные объективы. Объективы с коротким фокусным расстоянием обычно состоят из нескольких стеклянных элементов, формы которых более или менее симметричны относительно диафрагмы. По мере уменьшения фокусного расстояния уменьшается и расстояние от заднего элемента объектива до плоскости пленки или цифрового сенсора. Это делает широкоугольные объективы с коротким фокусным расстоянием нежелательными для зеркальных камер, если только они не используются с заблокированными зеркалами. На крупноформатных и дальномерных камерах объективы с коротким фокусным расстоянием широко используются, поскольку они дают меньше искажений, чем ретрофокусная конструкция, и не требуют большого заднего фокусного расстояния. Ретрофокусный объектив решает эту проблему близости благодаря асимметричной конструкции, которая позволяет заднему элементу находиться дальше от плоскости пленки, чем можно было бы ожидать, исходя из его эффективного фокусного расстояния. (См. ретрофокус Анженье.) Например, для ретрофокусного объектива 18 мм часто бывает, что задний элемент находится на расстоянии более 25 мм от плоскости пленки. Это позволяет создавать широкоугольные объективы для зеркальных камер. Диапазон осевой регулировки для фокусировки сверхширокоугольных и некоторых широкоугольных объективов на крупноформатных камерах обычно очень мал. Некоторые производители (например, Linhof) предлагают специальные крепления для фокусировки объектива, так называемые "устройства фокусировки широкоугольных объективов" для своих камер, которые позволяют точно фокусировать объектив, не перемещая всю переднюю панель.

Разработка

Первый широкоугольный объектив был разработан в 1850-х годах фотографом Томасом Саттоном. Он представлял собой линзу, заполненную водой, что позволяло создавать панорамные изображения без использования поворотного механизма камеры.