Назначение и устройство объективов

На всех этапах развития кино- и видеотехники объектив являлся неотъемлемой составной частью съёмочной камеры. Исключение составляла только наиболее исторически древняя камера–обскура, где оптическое изображение строилось отверстием малого диаметра, причем качество изображения было низким из-за дифракции.

В [6] понятие «объектив» определяется как один или несколько линзовых элементов, изготовленных из специального оптического стекла или пластмассы, предназначенных для формирования резкого изображения на фотопленке, фотобумаге или на проекционных экранах. Следует отметить, что, во-первых, нельзя ограничивать гамму материалов оптических элементов только двумя. Оптические растры для стереоскопической и интегральной фотографии изготавливали из хромированной желатины [7]. Кроме того, известна попытка создать объектив для мобильного телефона из слоев воды и масла внутри трубки с оперативно управляемыми гидрофобными и гидрофильными свойствами. Иногда изображение в камере формируется не одним, а множеством объективов. На рис. 2.1.1 представлены приведенные в [7] схемы многообъективных фотоаппаратов.

Рисунок 2.1.1. Принципиальные схемы многообъективных фотоаппаратов (1 — объектив; 2 — фотопленка)

Во-вторых, не следует забывать, что объектив формирует в пространстве не плоское, а объёмное изображение объекта, а на поверхности носителя информации (кинопленка, светочувствительная мишень, матрица) формируется проекция этого изображения. В будущем дальнейшее усовершенствование носителей информации и способов записи даст возможность фиксировать не проекции этого объемного изображения, а все изображение в целом.

Способность объектива формировать оптическое изображение обусловлена преломляющими, иногда еще и отражающими свойствами оптических сред, из которых состоят элементы объектива. На рис. 2.1.2 и 2.1.3, приведенных в [2], представлены схемы так называемых зеркально-линзовых объективов, которые, кроме преломляющих оптических элементов, содержат и зеркальные поверхности.

Рисунок 2.1.2.Оптическая схема зеркально-линзового объектива с четырьмя компонентами (1 — линза; 2 — сфери­ческое зеркало;

3 — склеенные линзы; F' — фо­кус).

Рисунок 2.1.3.Оптическая схема зеркально-линзового объектива с четырьмя компонентами и большим мениском (обозначения соответствуют рис.2.1.2)

Эффекты преломления и отражения света являются основой законов геометрической оптики для объективов. Полностью охарактеризовать оптические системы с использованием только законов геометрической оптики нельзя, так как последние соблюдаются в полной мере лишь для бесконечно узкого пучка лучей, проходящего близко к оптической оси объектива и наклоненного к ней к под небольшим углом. Поэтому при анализе свойств объектива, определяющих качество изображения, учитываются и эффекты физической оптики. К таким эффектам относятся дифракция, аберрации.

Современный объектив представляет собой не просто совокупность оптических элементов и диафрагму. Кроме традиционных элементов, он дополнительно содержит, электронно-механической системой. В её состав входят датчики положения отдельных оптических элементов, степени раскрытия диафрагмы, двигатели и приводные механизмы для перемещения линз, управления диафрагмой, электрические цепи и компьютерное обеспечение для автоматического и ручного управления элементами объектива. На рис. 2.1.4 представлена приведенная в [8] оптическая схема современного объектива.

Рисунок 2.1.4. Оптическая схема объектива

Часть показанных на рис. 2.1.4 линз имеет возможность перемещения, соответственно оснащена датчиками перемещения и соединена с приводным механизмом.

Перемещение линз объектива в продольном направлении обслуживает функции трансфокации и фокусировки. В настоящее время появились объективы, в которых линзы перемещаются перпендикулярно оптической оси или наклоняются относительно неё. Это используется в функциях устранения искажений перспективы, возникающих из-за непараллельности плоскости матрицы и снимаемого объекта. Такие объективы носят названия PC-объективы (аббревиатура английских слов «perspective control» или управление перспективой) или T-S-объективы (Tilt-Shift-объективы). Аналогичное перемещение линз используется в системах оптической стабилизации изображения, предназначенных для компенсации дрожания видеокамеры при съёмках без опоры.

Объектив для комбинированной съёмки (обычной и 3D) имеет возможность поворота двух линз под углом друг к другу, в результате чего записывается не одно, а два изображения в разных ракурсах, что позволяет воспроизвести стереоскопическое изображение. При необходимости указанная функция может отключаться, тогда воспроизведенное изображение будет плоским.