Obiektyw o zmiennej ogniskowej

Współczesny świat to świat technologii cyfrowych. Nie potrafiły się temu oprzeć
przeróżne dziedziny naszego życia. Takoż i nie oparła się fotografia. Aparaty cyfrowe
prawie całkowicie wyeliminowały tradycyjne aparaty analogowe. Nawet dziennikarze
prasowych agencji fotograficznych – przecież profesjonaliści – używają cyfrówek. W
praktyce dziś analogi na klisze używają tylko artyści fotograficy.
Zapoznajmy się bliżej z podstawami tej technologii w celu ubogacenia warsztatu
pracy dydaktycznej nauczyciela.
Na początek coś o budowie aparatu fotograficznego.
Wbrew pozorom oba rodzaje aparatów mają wiele ważnych elementów wspólnych.
Do nich zaliczymy:

optykę obiektywu,

układ pomiaru światła,

układ ustawiania ostrości,

układ regulacji naświetlenia.
Są także bardzo istotne różnice .Najistotniejszą różnicą między aparatem
analogowym a cyfrowym jest sposób rejestracji obrazu oraz zastosowany do tego
nośnik czyli klisza światłoczuła w aparacie analogowym oraz półprzewodnikowa
matryca światłoczuła w aparacie cyfrowym. Skutkiem tego zarejestrowany obraz
analogowy jest dostępny po obróbce materiału światłoczułego a cyfrowy natychmiast
po wykonaniu fotografii.
Jakie parametry aparatu cyfrowego są ważne?
To pytanie z grupy „jaki samochód jest najlepszy”. Każdy człowiek ma różne potrzeby
i oczekiwania dlatego trudno odpowiedzieć które parametry aparatu będą dla Ciebie
bardzo istotne. To zależy przede wszystkim do jakich celów ma służyć ten aparat.
Czy zamierzasz robić zdjęcia rodzinne, w plenerze, czy w studio. A może będziesz
fotografował dziką przyrodę, delfiny pod wodą, czy też zawody formuły F1. Każde z
tych zastosowań wymagać będzie innego aparatu.
Wymieńmy więc cechy aparatu fotograficznego, które są najmniej istotne:

wymiary – choć dla kobiecej torebki to ma znaczenie,

ciężar – to także,

kolor obudowy

producent – marka aparatu (choć tu można dyskutować).
Wszystkie inne parametry są mniej lub bardziej ważne.
W tej części omówimy krótko tylko te cechy aparatów, które w istotny sposób
wpływają na jakość otrzymywanych zdjęć i łatwość posługiwania się nim.
Zdefiniujemy je w przypadkowej kolejności:

Ogniskowa obiektywu i krotność jego zoomu - to bardzo ważny parametr
decydujący o możliwościach fotografowania zarówno w ciasnych wnętrzach,
jak i obiektów oddalonych, do których nie można się zbliżyć.

Jasność obiektywu – decyduje w dużym stopniu o możliwości wykonywania
fotografii w warunkach niedostatecznego oświetlenia, a czasem niemal w
ciemności.

Możliwości ustawiania ostrości – funkcja ta decyduje o lepszym, lub gorszym
komponowaniu zdjęcia. W tanich aparatach kompaktowych o krótkiej
ogniskowej nie jest to zbyt istotne gdyż ich głębia ostrości jest bardzo duża. W
związku z tym trudno za ich pomocą zrobić zdjęcie nieostre. W aparatach
droższych dobrze jest gdy istnieje możliwość ręcznego nastawu ostrości.

typ matrycy - większość aparatów kompaktowych posiada matryce typu CCD,
zaawansowane lustrzanki coraz częściej mają matrycę typu CMOS a trzecim,
znikomym co do częstości występowania typem matryc są matryce Faveon.

Rozmiar matrycy – z powodów historycznych wyraża się go ułamkiem w dość
dziwnej postaci – przykładowo 1/2,5’’ – czym mniejsza liczba w mianowniku
tym matryca jest więc większa a co za tym idzie, wnosi ona mniej zakłóceń do
wykonywanej fotografii. Współczesne matryce mają wymiary od 1/2,5’’ do
1/1,6’’. W drogich aparatach stosuje się matryce pełnoklatkowe. Pod tą nazwą
kryje się wielkość matrycy zbliżona do klatki filmu małoobrazkowego czyli
24x36mm.

Czułość matrycy - wyrażana w ISO - dla większości kompaktowych aparatów
cyfrowych mieści się w przedziale od ISO 60 do ISO 400, jednak w
kompaktach czułość powyżej ISO 200 jest praktycznie nie używana z powodu
istotnego wzrostu szumów

Rozdzielczość matrycy – potocznie tą cechę charakteryzuje się jednym
słowem - megapiksele. To odpowiedź na pytanie z ilu punktów (pikseli)
budowany jest fotografowany obraz. Nie zawsze więcej oznacza lepiej –
szczególnie na małych matrycach. Konsekwencją tej cechy są maksymalne
rozmiary odbitki, którą można z danego aparatu poprawnie wykonać.

Wielkość piksela - ten parametr mówi o wielkości pojedynczego elementu
światłoczułego. Im on jest większy, tym mniejsze szumy wnosi do zdjęcia.

wyświetlacz LCD - raczej mało ważny parametr. Jego rozmiar decyduje o
łatwości komponowania (kadrowania) zdjęcia. Ma także znaczenie dla osób o
słabym wzroku.

Wizjer optyczny lub elektroniczny – jego obecność w aparacie ułatwia
komponowanie zdjęcia w intensywnym słońcu, kiedy obraz na monitorze LCD
jest słabo widoczny.

Możliwość ustawienia ekspozycji – zwykle dokonywany jest automatycznie. To
ważna cecha. Bardzo ważne jest, by była możliwość ręcznego ustawiania
parametrów naświetlania. To pozwala na uzyskiwanie ciekawych efektów na
zdjęciu oraz fotografowanie w niekorzystnych warunkach oświetleniowych.

Czas otwarcia migawki - dobrze jest mieć aparat o dużej rozpiętości z czasami
przynajmniej 15 sekund do 1/1000. Pozwala to na zdjęcia nocne, jak i na
fotografowanie np. zawodów motorowych.

Wykonywanie zdjęć seryjnych - to bardzo wygodna opcja dla przypadkowego
uchwycenia ciekawej pozy, czy gestu, sfotografowania przemieszczającego
się w zaroślach zwierzaka.

Histogram - możliwość obejrzenia histogramu (wykresu) pozwala na
optymalne ustawienie parametrów ekspozycji. To bardzo ważne dla uzyskania
poprawnych technicznie zdjęć.

Na koniec od kiedy aparat jest w sprzedaży - ta data, mówi nam, czy możemy
oczekiwać w aparacie najnowszych rozwiązań technologicznych, czy też
aparat to techniczna staroć.
Spośród wielu parametrów wymienionych powyżej najistotniejszy dla ambitnego
amatora będzie aparat o jasnym obiektywie, dużej (co do rozmiaru) matrycy,
ręcznych i automatycznych nastawach migawki, przesłony i ostrości i duży przedział
czasu otwarcia migawki. Aparat powinien posiadać stabilizację optyczną – być może
nawet podwójną oraz zoom optyczny ok. 12-krotny. To są parametry istotne dla
zaawansowanego użytkownika. Na pewno nie należy jako kryterium rozstrzygające
traktować wielkości matrycy mierzonej megapikselami – czasem dla użytkownika
nadmiar pikseli może być problemem.
Ważny element – obiektyw
Obiektyw to układ wielu soczewek który odwzorowuje na światłoczułym elemencie
aparatu fotograficznego fotografowane obiekty. W aparatach tanich soczewki
wykonywane są z tworzyw sztucznych. Solidne aparaty mają optykę szklaną
pokrywaną wieloma warstwami śubstancji podnoszących twardość jego powierzchni,
oraz zapewniających zapobieganie refleksom światła. Aparaty wysokiej klasy mają
dodatkowo możliwość podmiany obiektywów o różnych parametrach.
Podstawowe parametry charakteryzujące obiektyw to:

długość ogniskowej oznaczana na literą f i wyrażana w milimetrach,
przykładowo zapis na obudowie obiektywu o postaci f=10,8 oznacza obiektyw
stałoogniskowy (bez zoomu optycznego) o ogniskowej wynoszącej 10,8mm,
zaś zapis f=5,4-16,2 oznacza obiektyw o zmiennej ogniskowej z 3-krotnym
zoomem optycznym

jasność obiektywu wyrażana liczbą określającą ilość przepuszczanego przez
obiektyw światła. Wielkość ta zapisywana jest w postaci proporcji dwu liczb
przykładowo 1:3,5. Znaczenie takiego zapisu zostanie omówione.
Długość ogniskowej f określa "siłę skupiania" promieni świetlnych. Im krótsza
ogniskowa, tym silniej obiektyw załamuje promienie, czyli na krótszej drodze je
skupia. Dla aparatów cyfrowych podawane są dwie długości ogniskowej, jedna
absolutna, druga w przeliczeniu dla aparatu małoobrazkowego formatu 24x36.
Jasność obiektywu określa teoretyczną maksymalną możliwą "ilość" światła
przepuszczanego do aparatu poprzez obiektyw. Decyduje ona o możliwości
wykonania zdjęcia przy słabym oświetleniu.
Jasność typowych amatorskich obiektywów jest w przedziale od
1:2.8 - bardzo jasny, wpuszcza dużo światła, dając możliwość robienia zdjęć przy
słabym świetle, do 1:3,5 - średnia wynik, wystarczający dla ogromnej większości
warunków amatorskiego fotografowania.
W każdym obiektywie, lub bezpośrednio za nim, znajduje sią przesłona nazywana
też przysłoną, pozwalająca redukować ilość światła wpadającego do aparatu, wtedy
gdy warunki oświetleniowe przerastają potrzeby aparatu.
Obiektyw o zmiennej ogniskowej - zoom
Obiektyw, którego długość ogniskowej może być płynnie zmieniana w pewnym
przedziale, np. od 35mm do 200mm (w przeliczeniu na ogniskową aparatu 35mm)
nazywany jest popularnie zoomem.
Zoom optyczny to popularna nazwa obiektywu fotograficznego o zmiennej
ogniskowej, który utrzymuje stałe położenie płaszczyzny ostrości, niezależnie od
ustawionej długości ogniskowej. To bardzo ważne podkreślenie, gdyż istnieją
obiektywy o zmiennej ogniskowej które po każdej zmianie długości ogniskowej
wymagają nowego ustawiania ostrości. Obiektywy takie są już bardzo rzadko
używane ale dobrze wiedzieć, że są i nie nazywają się także zoomem.
Jak działa taki obiektyw typu zoom? Rozpatrzmy fotografowanie bardzo odległych
obiektów, czyli ostry obraz powstaje w odległości równej długości ogniskowej. Ale
odległości od czego? W przypadku pojedynczej, cienkiej, soczewki, jest to odległość
od środka soczewki do powierzchni matrycy..
Obiektyw to jednak układ kilku do kilkunastu soczewek, w kilku grupach ale zawsze
można wyliczyć położenie i ogniskową pojedynczej soczewki zastępczej, która da
taki sam obraz (pomijając zniekształcenia wnoszone przez pojedynczą soczewkę),
gdyby umieścić ją w odpowiednim miejscu.
Układ soczewek ponumerowanych od1 do 6, to schemat typowego obiektywy typu
zoom. Soczewki 1, 2, 5 i 6 są nieruchome, natomiast odpowiedni mechanizm
pozwala przesuwać soczewki w grupie 3 i 4. Wzajemne oddalanie lub zbliżanie
soczewek 3 i 4 daje w efekcie zmianę ogniskowej całego obiektywu, jak i zmianę
położenie hipotetycznej soczewki zastępczej Fz, co jest równoznaczne odsuwaniu
lub zbliżaniu tej soczewki do matrycy. Łatwo wydedukować, że odpowiednio
obliczone położenia soczewek 3 i 4 pozwalają na zmianę ogniskowej, przy
zachowaniu tego samego położenia płaszczyzny ostrości. Innymi słowy regulując
położenie soczewek 3 i 4 zmieniamy ogniskową ale utrzymujemy ciągle raz
ustawioną ostrość. Tak wygląda zasada działanie zoomu.
Przesłona, budowa przysłony
Przesłona to konstrukcja przysłaniająca część powierzchni soczewki obiektywu. W
miarę przymykania przesłony zasłaniana jest coraz większa powierzchnia obiektywu.
W ten prosty sposób redukowana jest ilość światła wpadająca do wnętrza aparatu.
Stopień przymknięcia przesłony opisany jest liczbami określającymi tak zredukowaną
jasność obiektywu. Im mniejszy efektywny otwór obiektywu tym większa liczba jest
przypisana do niego. Liczby te są znormalizowane i ustawione w ciąg o postaci 1,8
2,0 2,8 3,5 4,5 5,6 8,0 11,0 16,0 i 22,0.
W przybliżeniu liczby te są wynikiem dzielenia dwu parametrów aparatu f/d. Jest to
stosunek długości ogniskowej f do średnicy otworu czynnego d w obiektywie. Otwór
czynny, to ta część otworu obiektywu, która nie jest zasłonięta (przysłonięta) ową
przysłoną. Przez tę część obiektywu światło wpada do aparatu.
To wyjaśnia, dlaczego obiektyw o zmiennej ogniskowej (czyli zmiennej liczbie f) ma
mniejszą jasność (większą liczbę) gdy ustawimy dłuższą ogniskową. W miarę
skaracania ogniskowej f rośnie kąt Θ. Ale z trygonometrii wiemy, że sinus kąta rośnie
dla wartości od 0 do 90 stopni, a potem maleje i dla 180 stopni znowu wynosi 0. Tak
więc teoretycznie największa jasność obiektywu możliwa do osiągnięcia wynosi 0,5
dla Θ = 90 stopni, bo sinus(90) = 1. W praktyce jest to nierealne i można uzyskać
jasność obiektywu wynoszącą ok. 1:1, gdyż kąt Θ 90 stopni osiągnięty byłby dla
długości ogniskowej f=0 a to jest niemożliwe.
Tak więc zbudowanie obiektywu nawet o bardzo dużej średnicy i krótkiej ogniskowej
nie pozwoli uzyskać jasności obiektywu poniżej pewnej granicy.Ta granica to ok.
1:1,5 jednak bardzo mało jest takich obiektywó i są one szalenie drogie.
Maksymalnie otwarta przesłona (przysłona) zapewnia jasność odpowiadająca
jasności obiektywu wskazanej przez producenta. Maksymalnie przymknięta
przesłona daje efektywną jasność nawet 22, czyli wpuszcza bardzo mało światła.
Schemat budowy przysłony pokazany jest na rysunku.
Łatwo sobie wyobrazić, że im więcej elementów zastosuje się do konstrukcji
przesłony , tym gładszy i bardziej zbliżony do okręgu będzie otwór obiektywu. To
przekłada się na redukcję wad tychże obiektywów.