ГЛАВНОЕ ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ

2.3 ГЛАВНОЕ ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ

Методика построения схемы преломления лучей в оптических приборах и установления характеристик оптики имеет определенную символику графического изображения и расчеты. Так, при прохождении света (например, через собирательную линзу, рис. 2.8, б) параллельно главной оптической оси линзы лучи, преломляясь, собираются в одной точке — главном фокусе линзы [6]. В то же время линза (объектив) — это материальная форма, имеющая определенные размеры в трехмерном пространстве и соответствующие оптическиесвойства. В частности, такая оптическая система, как объектив, имеет две основные точки, лежащие на пересечении главной оптической оси объектива с его основными плоскостями, т. е. перпендикулярными к главной оптической оси и являющимися изображениями друг друга в натуральную величину. Передняя главная точка объектива находится в пространстве снимаемого объекта, задняя — в пространстве изображения объекта. Плоскости, проведенные через переднюю и заднюю главные точки, называются соответственно передней и задней главными плоскостями. Расстояние от главного фокуса до главной задней плоскости объектива называется главным фокусным расстоянием (рис. 2.8, а) (в дальнейшем будет использован термин, распространенный в фотографии,— «фокусное расстояние»).

Фокусное расстояние для обычных типов объективов — величина постоянная, для панкратических, т. е. с переменным фокусным расстоянием (см. ниже),— переменная.

Фокусное расстояние обозначается F или f и выражается в миллиметрах.

Основные характеристики, в том числе и фокусное расстояние объектива, гравируются на его оправе. Цифры 2/58 (рис. 2.9, б) или 3,5/50 (рис. 2.9, а) на оправе означают, что фокусное расстояние этого объектива соответственно (по знаменателю) 58 мм (5,8 см) или 50 мм (5 см)*.

От фокусного расстояния объектива зависит масштаб изображения, получаемого на фотокадре. Например, линейный масштаб изображения объектива при Б1 —100 мм будет вдвое больше линейного масштаба при Г = 50 мм. Используя объективы с различным фокусным расстоянием при фотографировании объекта из одной точки, необходимо учитывать следующее: чем больше величина фокусного расстояния объектива, тем крупнее изображение объекта, и чем меньше эта величина, тем мельче изображение и большее количество объектов, попадающих в поле зрения объектива (рис. 2.10).

На практике возникают ситуации, когда невозможно приблизиться к объекту съемки для получения крупного масштаба изображения. В этом случае необходимо применить сменный объектив, фокусное расстояние которого позволяет сделать съемку в нужном масштабе. Имея набор таких фотообъективов, можно получать разноплановые фотоснимки.

Диапазон фокусных расстояний современных объективов находится в пределах 16 («рыбий глаз») -г 1000 мм и более. Используя их, можно из одной точки снять большую или меньшую часть объекта, а при смене точки съемки сфотографировать данный объект с большими или меньшими перспективными искажениями.

При смене объектива без изменения точки съемки перспектива постоянна. Изменяется поле зрения. Рис 2.10 наглядно иллюстрирует данный факт. Так, не применяя длиннофокусного объектива, можно увеличить любой участок снимка, сделанного широкоугольным объективом (конечно, это осуществляется за счет некоторой потери качества снимка). Используя объективы с различным фокусным расстоянием при съемке разноплановых объектов, необходимо учитывать следующее:

а) при съемке с близкого расстояния широкоугольным объективом на фотографии выделяется передний план, задний же — уменьшается (рис. 2.11, а);

б) с далекого расстояния — получается более правильное соотношение размеров объектов съемки;

в) «сближение» объектов съемки — результат взаимодействия двух факторов: большого фокусного расстояния объектива и большой дистанции съемки (рис. 2.11,6).

Данные рис. 2.12 подтверждают способность объективов с различным фокусным расстоянием фиксировать объект с разных дистанций.

В зависимости от величины фокусного расстояния и угла изображения [43] объективы классифицируются на:

 

нормальные, общего назначения(рис. 2.13, а); короткофокусные (широкоугольные, рис. 2.13, б); широкоугольные («рыбий глаз», рис. 2.13, д); длиннофокусные (узкоугольные);

телеобъективы (рис. 2.13, в); панкратические (с переменным фокусным расстоянием, рис. 2.13, г).

Нормальные объективы, или, как их еще называют, стандартные, находят широкое применение и для репортажных съёмок, и для пейзажей, и для технических целей. Фокусное расстояние — в пределах 50 мм. Они обладают высокой светосилой и удобным углом зрения — 45°. Изображение достаточно крупно при значительной глубине резкости.

Короткофокусные (широкоугольные) объект и-вы способны охватывать большое пространство и создавать в кадре изображение небольшого масштаба. Применяются для съемки крупных отдельных зданий и объектов, в условиях небольших помещений, т. е. в тех случаях, когда отсутствует возможность съемки нормальным объективом. Края кадра при съемке широкоугольным объективом имеют небольшие перспективные искажения.

Сверхширокоугольные объективы («рыбий глаз») способны создавать необычный оптический эффект. В отличие от других объективов поле зрения у них не прямоугольной, а подушкообразной или бочкообразной формы (см. рис. 2.13, д). Изображение на фотографии — круглое. Объективы интересны в смысле получения всевозможных фотоэффектов (существенно искажают привычные для человека пропорции окружающих предметов, создают эффект нерезкого изображения по краям и т. д.).

Длиннофокусные и телеобъективы применяются в основном для съемок крупным планом, портретных съемок, съемок спортивных состязаний, фотоохоты.

Панкратические (объективы с переменным фокусным расстоянием) дают возможность получения изображений объектов в различных масштабах из одной точки съемки. Это многокомпонентные системы, имеющие подвижные и неподвижные оптические элементы, что позволяет увеличивать или уменьшать фокусное расстояние объектива (рис. 2.14). Один панкратический объектив заменяет несколько сохраняется

 

|

Рис. 2.8. Главное фокусное расстояние объектива: Рис. 2.9. Обозначение основных ха­рактеристик объектива:

а — «Индустар-50»; б — «Гелиос-44»

а— оптическая схема главного фокусного

 рас­стояния, где Н—задняя главная плоскость;

Д — диафрагма; б — приближенный способ

Рис. 2.10. Масштаб изображения при съемке объективами с различным фокус­ным расстоянием (съемка с одной точки)

Рис. 2.11. Изменение соотношения размеров объектов при съемке различными объективами:

а — объектив с К—28 мм; б — объектив с Г=300 мм

Рис. 2.12. Удаление от объекта съемки объективов с различным фокусным расстоянием Рис. 2.13. Возможности объективов с различным фокусным расстоянием при съемке с одной точки
Рис. 2.14. Оптическая схема панкратического объектива «Рубин-1»

ФОТОГРАФИЯ (от фото... и ...графия), совокупность методов получения стабильных во времени изображений предметов и оптических сигналов на светочувствительных слоях (СЧС) путём закрепления фотохимия, или фотофизич. изменений, возникающих в СЧС под действием излучения, испускаемого или отражаемого объектом Ф.

Общая последовательность действий в Ф. не зависит от выбора СЧС и процесса получения стабильного изображения на нём не включает след, стадии: создание на поверхности СЧС распределения освещённостей, соответствующего изображению или сигналу; появление в СЧС вызванных действием излучения химич. или физич. изменений, различных по величине в разных участках СЧС и однозначно определяемых экспозицией, подействовавшей на каждый участок; усиление произошедших изменений, если они слишком малы для непосредственного восприятия глазом или прибором; стабилизация непосредственно возникших или усиленных изменений, к-рая позволяет длительно сохранять полученные изображения или записи сигналов для последующего рассматривания или анализа; извлечение информации из полученного изображения — рассматривание, считывание, измерение и т. д. Эта общая схема может быть дополнена (напр., такой стадией, как размножение изображений), отдельные из перечисленных стадий могут быть разделены на более дробные или совмещены, но в целом схема сохраняется во всех процессах Ф.

способ фиксации портретных или натурных изображений за периоды времени, много меньшие, чем требуются для той же цели художнику. Однако по мере расширения возможностей Ф. стал увеличиваться и круг решаемых ею задач, чему особенно способствовало появление кинематографии и цветной фотографии', соответственно возрастали роль и значение Ф. в жизни человечества. В 20 в. Ф. стала одним из важнейших средств информации и документирования (фиксация лиц, событий и т. п.). технич. основой самого кассового вида искусства — киноискусства, входит в число осн. технич, средств полиграфии, служит орудием исследования во многих отраслях науки и техники. Это разнообразие задач, решаемых с помощью Ф., позволяет считать её одновременно разделом науки, техники и искусства.

Независимо от области применения Ф. можно подразделить на более частные виды по мн. признакам, напр.по временному характеру изображения — на статическую и динамическую (наиболее важным примером которой служит кинематография); по химическому составу СЧС — на серебряную (более строго — галогенидо-серебряную) и несеребряную: по способности передавать только яркостные или также н цветовые различия в объекте — на чёрно-белую и цветную; в зависимости от того, передаются ли изменения яркостей в объекте различиями поглощения света в изображения или различиями оптической длины пути света в нём — на амплитудную и фазовую; по пространственному характеру изображений — на плоскостную и объёмную. Последнее разделение, впрочем, требует оговорки: любое фотография, изображение само по себе является плоским, а его объёмность (в частности, в стереоскопической Ф.) достигается одновременной съёмкой объекта с двух близких точек и последующим рассматриванием сразу двух снимков (при этом каждого из них толы» одним глазом). Совершенно особым видом объёмной Ф. можно считать голографию, но в ней способ записи оптической информации об объекте и его пространственных свойствах принципиально иной, чем в «обычной» Ф., и похож на Ф. только использованием СЧС для за-писи информации.

Исторический очерк. История Ф. начинается с опытов, в которых на бумагу пли холст с помощью камеры-обскуры проектировали изображение объекта и зарисовывали его. Эти опыты начались не позднее конца 15 в.; о них знал и сам воспроизводил их ещё Леонардо да Винчи. Однако Ф. в собственном смысле слова возникла значительно позднее, когда не только стало известно о светочувствительности мн. веществ, но и появились приёмы использования и сохранения изменений в таких веществах, вызванных действием света. В числе первых светочувствительных веществ в 18 в. были открыты и исследованы соли серебра. В 1802 Т. Уэджвуд в Великобритании смог получить изображение на слое АgМОз, но ещё не сумел его закрепить. Датой изобретения Ф. считают 1839, когда Л. Ж. М. Дагер сообщил Парижской академии о способе Ф., названном им в собственную честь дагеротипией, хотя авторство его было спорным и мн. важнейшие особенности этого способа являются достижениями Ж. Н. Нъепса, разработанными им единолично или в сотрудничестве с Дагером. Почти одновременно с Дагером о др. способе Ф.— к а л о т и п и и (от греч. кalos — красивый, превосходный и typos — отпечаток) сообщил в Великобритании У. Г. Ф. Тол-бот (патент на этот способ выдан в 1841). Сходство обоих названных способов ограничивалось использованием АgI в качестве СЧС, различия же велики и принципиальны: в дагеротипии получалось сразу позитивное зеркально отражающее серебряное изображение, что упрощало процесс, но делало невозможным получение копий, а в калотипии изготовлялся негатив, с которого можно было делать любое число отпечатков. В этом отношении калотипия более близка к совр. Ф., чем дагеротипия; кроме того, в первой из них, как и в совр. Ф., проявление использовалось не только для того, чтобы сделать скрытое фотографическое изображение видимым для глаза, но и для того, чтобы его усилить.

Из дальнейших открытий, принципиально важных для развития Ф., надо отметить прежде всего переход от камеры-обскуры со случайно выбранным объективом низкого качества к камере со спец. хорошо исправленным съёмочным объективом (его создал венг. оптик И. Пецваль в 1840; о т. н. у с л о в и и П е ц-в а л я ) и переход от мокрых СЧС, приготовляемых непосредственно перед съёмкой, к заранее приготовляемым сухим СЧС, способным длительно храниться в темноте без существенных изменений. В этом отношении решающую роль сыграли замена коллодионных СЧС желатиновыми (желатину в Ф. впервые широко использовал англичанин Р. Мэддокс, 1871), а также применение вместо чистого АgI др. галогенидов Аg, более удобных с практич. точки зрения. Наиболее распространённый вид СЧС — сухие желатиновые слои с диспергированными в них микрокристаллами АgНаl (На1 = = С1, Вг, С1 4- Вг, С1 + I, С1 + Вг + I, Вг + I. причём содержание АgI ни в одном случае не превышает неск. %). Именно такие СЧС стали массово выпускаться промышленностью с сер. 1870-х гг. Первоначально их изготовляли на стеклянной подложке (пластинки), а затем также на бумажной и плёночной. Хотя массовый выпуск плёнок начался на полтора десятилетия позже, чем пластинок (после изобретения гибкой нитроцеллю-лозной подложки амер. изобретателем Г. Гудвином, 1887), этот вид материалов постепенно стал преобладающим, чему сильно способствовало создание малогабаритных плёночных камер, со временем вытеснивших громоздкие пластиночные камеры (за исключением спец. репродукционных). К 70-м гг. 20 в. ок. 90% всех выпускаемых АgНа1-СЧС составляют плёнки, а на долю пластинок приходится менее 1%. В совр. ассортименте фотографических материалов плёнки обычно являются негативными СЧС (кроме кинопозитивных и обращаемых — см. ниже), бумаги — позитивными (за исключением спец. копировальных), пластинки — только негативными (см. Бумага фотографическая, Пластинки фотографические, Плёнка кино- и фотографическая).

Важнейшую роль в развитии Ф. на АgНаl-СЧС сыграло открытие оптической сенсибилизации (нем. учёный Г. Фогель, 1873), т. е. расширения спектральной области чувствительности СЧС путём введения в них красителей поглощающих свет больших (длин волн, чем АgНа1 [к-рые поглощают только в ультрафиолетовой (УФ) области и на коротковолновом участке видимой облас-сти, не дальше синей части]. Этим был преодолен крупный недостаток прежних СЧС. Уже в 1880-х гг. большинство выпускаемых СЧС стали ортохроматическими (см. Ортохроматические материалы), чувствительными к жёлтому цвету, а с 1920-х гг. осн. место среди массово выпускаемых СЧС заняли панхроматические материалы, чувствительные к оранжево-красной части спектра. Затем появились и А§На1-СЧС, чувствительные до длин волн 1,2—1,3 мкм, соответствующих смежному с видимой областью участку инфракрасной (ИК) области, однако не для любительской съёмки, а только для научно-технич. целей (см. Инфрахроматические материалы). Дальнейшее продвижение чувствительности СЧС в длинноволновую сторону невозможно, т. к. равновесное тепловое излучение окружающих тел сосредоточено как раз в ИК-области. Непрерывно действуя на сенсибилизируемые СЧС в течение всего времени между их изготовлением и использованием, оно вуалирует их до недопустимого уровня (см. Вуаль фотографическая) уже в первые сутки или даже часы их хранения. Преодолеть это ограничение для любого вида Ф. на АдНа1-СЧС принципиально невозможно.

Напротив, в коротковолновую сторону чувствительность АgНаІ-СЧС не ограничена ничем. На АgНа1-СЧС оказывают действие не только уже упоминавшиеся излучения видимой н близкой УФ-области, но и более коротковолновые, включая рентгеновское п гамма-излучения, а также ядерные частицы и электронные пучки. Благодаря этому АgНа1-СЧС уже давно применяются для получения изображений в рентгеновских лучах и пучках электронов (см. Рентгенограмма, Радиография, Электронная микроскопия); они стали также одним из распространённых средств для регистрации и измерения дозы ионизирующих излучений. Более того, нек-рые из этих излучений, как и ряд элементарных частиц, были открыты именно с помощью АдНа1-СЧС (см. Ядерная фотографическая эмульсия),

Изготовление светочувствительных материалов на основе АgНаI (см. также Фотографическая эмульсия). АgНаІ-СЧС получают нанесением (т. н. поливом) светочувствительной эмульсии — взвеси частиц АgНаI в желатине или др. защитном коллоиде — на подложку. Наиболее важные характеристики СЧС с такими эмульсиями, кроме физико-механич. и геометрических, формируются преимущественно до полива. К ним относятся прежде всего параметры, связанные с характеристической кривой,— светочувствительность, вуаль, контрастности коэффициент, а так- -же спектральная чувствительность и структурные характеристики, обусловленные размерами микрокристаллов (МК) А§На1. Основные этапы изготовления АgНа1-СЧС:

1) Эмульсификация и первое (т.н. физическое) созревание. На этом этапе происходит образование и рост твёрдой фазы эмульсии, т. е. МК АgНаІ. Образование АgНа1 является результатом реакции между АgNО₃ и соответствующими галогенидами (по б. ч. калия) в растворе, содержащем желатину, которая предотвращает слипание образующихся МК. Одновременно с образованием и ростом МК в растворе начинается перекристаллизация, т. е. преимущественный рост более крупных МК за счёт растворения более мелких. На скорость и результаты перекристаллизации существенно влияет наличие желатины. К концу реакции образования АgНа1 перекристаллизация становится преобладающим процессом. Чёткая граница между эмульсификацией н созреванием существует не всегда, и разделение этапа на 2 процесса иногда является формальным. В результате обоих процессов формирование твёрдой фазы полностью завершается и ни одна из последующих стадий не оказывает почти никакого влияния на размеры МК. Поэтому ряд свойств будущего СЧС (зернистость, отчасти разрешающая способность и др.) задаются именно на первом этапе; заметную роль в их формировании играет также соотношение масс желатины и АgНаІ: от него зависит рассеяние света в СЧС при экспонировании, а тем самым и краевая резкость деталей изображения, получаемого на СЧС. Вместе с тем сен-ситометрич. характеристики будущего СЧС зависят от условий и результатов первого этапа лишь косвенно (в частности, потому, что МК, сформировавшиеся без дефектов структуры, практически «е светочувствительны и мало влияют а светочувствительность фотоматериала даже после дальнейшей его обработки) и формируются в основном на последующих этапах; светочувствительность же эмульсий после первого созревания всегда мала.

2) В т о р о е (т. н. химическое) созревание. На этом этапе эмульсию выдерживают определённое время при повышенной темп-ре, способствующей протеканию реакций на поверхности МК между АgНаl и микрокомпонентами желатины — соединениями двухвалентной серы, восстановителями и т. д. Часто в таких реакциях участвуют специально вводимые вещества, прежде всего соединения серы (если их содержание в желатине мало), а также соли золота. В результате этих реакций и второго созревания в целом на поверхностях МК, в первую очередь на поверхностных дефектах, образуются примесные центры — малые частицы веществ, отличных от АgНаІ; ими могут быть сульфиды Аg, Аu, совместные золото-серебряные сульфиды, металлич. частицы аз и Аg и др. Во время экспонирования МК на таких частицах закрепляются подвижные фотоэлектроны; с этого и начинается образование скрытого изображения. Т. о., именно наличие примесных центров в основном определяет способность МК к дальнейшему участию в фотографич. процессе, а природа и размеры примесных центров определяют эффективность этого процесса, т. е., в конечном счёте, светочувствительность всей эмульсии; не случайно их принято наз. центрами чувствительности. То обстоятельство, что они расположены на поверхности МК, чрезвычайно важно; центры скрытого изображения при последующем проявлении сразу вступают во взаимодействие с проявляющими веществами и принимают электроны от их молекул. Однако если проводить второе созревание слишком долго или при излишне высокой темп-ре, реакции желатины с МК заходят слишком далеко, примесные центры становятся избыточно большими и способными принимать электроны от проявляющих веществ без участия скрытого изображения. Такая эмульсия может восстанавливаться в проявителе без экспонирования; в этом случае примесные центры наз. центрами вуали. При умеренном втором созревании центры вуали также образуются, но лишь в слабой мере, на немногих МК. Оптимальным можно считать такое второе созревание, в к-ром достигается макс, светочувствительность при миним. вуали. Это условие выполнимо тем труднее, чем больше различаются между собой отд. МК, и именно здесь сказывается роль предшествующего этапа — первого созревания, определяющего степень разнородности МК по размерам и совершенству кристаллич. структуры. Разнородностью МК, как до, так и после второго созревания, в основном определяется также коэффициент контрастности будущего СЧС, в среднем тем меньший, чем разнородность МК больше.

3) Подготовка эмульсин к поливу. На этом этапе заканчивается формирование сенситомстрич. свойств будущего СЧС и задаются его осн. физико-механич. характеристики. С этими целями при подготовке к поливу в эмуль-. сии вводят многочисленные добавки, из к-рых важнейшими являются: оптические красители -сенсибилизаторы, адсорбирующиеся на МК и расширяющие спектральную область чувствительности СЧС; компоненты цветного проявления (только в цветофотографических материалах), участвующие в образовании красочный: изображений; стабилизаторы, препятствующие изменению светочувствительности и вуали во время хранения готовых СЧС до экспонирования; дубители, повышающие механич. прочность, упругость и темп-ру плавления желатины, а тем самым и всего СЧС;

пластификаторы, снижающие хрупкость СЧС.после дубления; смачиватели, улучшающие контакт эмульсии с подложкой при поливе и позволяющие получить более равномерные СЧС.

4) Полив. На этом этапе эмульсию наносят тонким (обычно 5—15 мкм) слоем на подложку. Полученный материал высушивают, а затем нарезают на нужный формат. Здесь не только задаются геометрич. Характеристики СЧС, но и регулируются нек-рые др. параметры, напр, максимально достижимая оптическая плотность проявленного СЧС.

 

Список литературы:

1.БСЭ том 27

2.Шульман М.Я. Современные фотографические аппараты 1968

3.Кулагин С.В. Проектирование фото- и киноприборов 1976

4.Пальчевский Б.В. Фотография