Vissza a főoldalra © Makláry Zoltán 2019 Telefon: 30-4088109 e-mail: maklaryz11@t-online.hu
2. Fejezet: Optika I.
Az objektívek legfontosabb tulajdonságai, alapvető számítások. A leképezési törvény. Gyújtótávolság, fényerő, látószög.
Az objektív képezi le a valós látványt az érzékelőre, ezért az objektív minősége döntően befolyásolja az elkészült kép minőségét. Az objektívek ismerete szükséges ahhoz, hogy minden feladathoz a megfelelő objektívet tudjuk kiválasztani és az optimális felvételi beállításokat tudjuk alkalmazni. A mai objektívek nagyon bonyolult szerkezetűek, akár húsznál is több lencsetagból épülhetnek fel, számos paraméterük van, így ezeket az objektíveket nem lehet csupán néhány tulajdonsággal jellemezni. A korszerű objektívek már nem csak a klasszikus leképezés, élesre állítás, rekeszelés feladatokat látják el, hanem olyan funkciók is általánossá váltak, mint a zoomolás, az automata élesre állítás, vagy a stabilizátor funkció.
13. ábra: A gyújtótávolság, fókusztávolság.
Az objektívek első, legfőbb jellemzője a gyújtótávolság németül (Brennweite) vagy fókusztávolság angolul (focal length). Mi magyarok nyugodtan használhatjuk ezt a két kifejezést szinonimaként. A gyújtótávolság egy egyszerű vékony domború lencse esetében a lencse közepének távolsága a gyújtóponttól, ahol a lencse összegyűjti a végtelen távolságból érkező fényt.
Mivel egy valós objektív számos lencsetagból épül fel, nehéz lenne az objektív közepéről beszélni, ezért a definíció szerint a gyújtótávolság a gyújtópont távolsága a hátsó fősíktól. Ekkor az objektívet úgy képzelhetjük el mintha az egyetlen vékony domború lencséből állna, amely a hátsó fősíkban van.
14. ábra: A hátsó fősík.
A fotózáshoz nem kell ismernünk a hátsó fősík tényleges helyét vagy objektívek belső szerkezetét. A gyártók úgy építik meg az objektíveket, hogy az objektív élességgyűrűjét végtelen pozícióba forgatva az objektív hátsó fősíkja gyújtótávolságnyira legyen a filmsíktól. Ekkor ha az objektívet a végtelen helyzetbe állítjuk, a nagyon távoli tárgyak élesek lesznek és az objektív élesre állító gyűrűjén feltüntetett méterskála is pontos valós távolságokat fog mutatni.
A fókusztávolság az objektív legfontosabb jellemzője, mert adott film, illetve adott érzékelő méret esetén meghatározza az objektív látószögét. Vagyis amikor az objektív fókusztávolságáról beszélünk, közvetve a látószögre is gondolunk.
15. ábra: fókusztávolság és a látószög:
Ránézésre is láthatjuk, hogy a rövidebb fókusztávolsághoz nagyobb, a hosszabb gyújtótávolsághoz pedig kisebb látószög tartozik. Adott nézőpont esetén a látószög meghatározza, mi kerül a képre. Amikor egy kép készítését elhatározzuk, kialakul egy elképzelésünk arról körülbelül milyen távolságból, milyen látószöggel szeretnénk fotografálni. Például az épületfényképezéskor gyakori hogy a helyszűke miatt gyakran kénytelenek vagyunk nagylátószögű optikát alkalmazni. Portréhoz, tárgyfotóhoz pedig inkább egy enyhe teleobjektív javasolt a perspektivikus torzítás csökkentésére. Életképeknél az enyhe nagylátószög egyfajta bizalmas közelséget mutató képet eredményez. A normál objektív pedig sokak számára szerethető, a látásunkhoz hasonló perspektívát ad. A zoomobjektívek használatakor addig változtatjuk a gyújtótávolságot és ezzel a látószöget is, amíg pont az kerül a képre amit szeretnénk. Akár így, akár úgy a felvételi látószög az alapkérdések közé tartozik, amikor megtervezzük a felszerelésünk összeállítását.
A képet az objektív rajzolja ki a filmre vagy az érzékelőre. Ennek a leképezésnek az összefüggéseit a leképezési törvény határozza meg. Tudom, hogy minden fizikai és matematikai ismeret nélkül is lehet egy egyszerű kattintással fényképezni, de én mégis azt javaslom, fordítsunk egy kis figyelmet a leképezési törvény megismerésére.
A leképezési törvény a fotográfia alaptörvénye. A leképezési törvény adja meg az összefüggést a tárgytávolság, képtávolság és a fókusztávolság között. A leképezési törvény mondja meg, hogy a fotózott tárgy képe hol rajzolódik ki élesen. A leképezési törvény szerint az éles képpontok egy síkban, az élességi síkban fekszenek. Ha tehát egy tárgyról éles képet szeretnénk kapni, akkor a tárgy síkjának az élességi síkba kell kerülnie. Mivel fényképezéskor a szenzor és a fotótémánk távolsága adott, ezért mi már csak az objektívet mozgathatjuk előre-hátra addig míg a leképezési törvény nem teljesül. Az objektív előre-hátra történő mozgatását, vagyis az élesre állítást klasszikus esetben kézzel manuálisan végezzük. Az élesre állítást az optika élesre állító gyűrűjének finom csigamenete teszi lehetővé. Az mai automata élesre állítás, az autófókusz is hasonlóképpen működik, csak ez esetben az objektív belső elemeinek mozgása kívülről sokszor már nem látható. Tehát amikor élesre állítunk, tudjuk vagy nem tudjuk, a leképezési törvényt alkalmazzuk. A leképezési törvény meghatározza a kép látószögét. A leképezési törvényből levezethető a mélységélesség összefüggése. A leképezési törvényből számolható a leképezési arány is, vagyis kiszámolhatjuk, hogy például egy távoli szarvas képe egy 500-as teleobjektívvel mekkora lesz a szenzoron. Vagy fordítva, kiszámolhatjuk, milyen közelre kell az 500-as objektívükkel megközelíteni egy harkályt, hogy kellő nagyságú legyen a képen.
16. ábra: a leképezési törvény
Ahol f a fókusztávolság vagy gyújtótávolság, t a tárgytávolság, k a képtávolság.
A T a téma mérete, vagyis a tárgyméret, a K a kirajzolt kép mérete, vagyis a képméret.
A leképezési törvényből következik, hogy a végtelen távoli tárgyat fotózva a tárgytávolság végtelen, tehát ennek reciproka az 1/t nulla, ezért ekkor a képtávolság éppen egyenlő a gyújtótávolsággal. Nagyon fontos tudnunk, hogy a lencse, illetve az objektív az élességi síkban fekvő pontokat képezi le az képsíkra. Az mindenki tudja, hogy a film vagy a szenzor egy adott síkban fekszik. De azt is tudnunk kell, hogy a téma azon részletei lesznek a képen élesek, amelyek egy síkban, az élességi síkban fekszenek. Az élességi sík pedig párhuzamos a filmsíkkal.
Mivel a fotográfia legfontosabb alapösszefüggéséről van szó, érdemes megismételni, hogy amikor a téma végtelen távolságban van, az objektív, illetve annak hátsó fősíkja fókusztávolságnyira van a filmtől, illetve a szenzortól.
Amikor a fotótémánk már nem a végtelen távolságban, hanem közelebb helyezkedik el, akkor az objektívet kissé távolabb kell vinnünk a filmsíktól ahhoz hogy a leképezési törvény teljesüljön, és éles képet kapjunk. Amikor objektív élesre állító gyűrűjét a végtelen pozíciónál közelebbi felvételi pontra állítjuk, az objektív csigamenete némi plusz kihuzatot ad a végtelen álláshoz képest. Az objektívek általában a gyújtótávolság tizedével mozgathatók előre-hátra. Ez az élesre állítási lehetőség legtöbb esetben elegendő.
17. Ábra: A fotózási tartományok elnevezése:
Az objektíveken feltüntetett méterskála a tárgytávolság és a képtávolság összegét, az élesre állítási távolságot mutatja a filmsíktól. Tehát az objektíven feltüntetett méterskála a filmsík és az élességi sík távolságát mutatja. A filmsík helyét a fényképezőgépeken többnyire bejelölik.
18. ábra: A filmsík helyének jelölése a fényképezőgépen:
A legkisebb élesre állítható távolság az objektív közelpontja. A legtávolabbi élesre állítható pont általában a végtelen, de egyes teleobjektívek kissé a ,,végtelen mögé” is élesre állíthatóak. Ez azért van így, hogy extrém hőmérsékleti viszonyok, vagy esetleg a látható tartományon kívül eső fény hullámhosszak használata esetében is lehetséges legyen az élesre állítás. Amikor az objektív élesre állító csigamenete a szokásos, a gyújtótávolság tizedének megfelelő kihuzatnövelést engedi meg, akkor a legkisebb lefényképezhető objektum szenzorméret tízszerese lehet. Ha például egy 50mm gyújtótávolságú alapobjektív élesre állító csigamenete 5mm kihuzatot enged meg, akkor az objektívet a közelpontra állítva a 36 milliméteres szenzor méretének tízszeresét, egy 36 cm méretű tárgyat fényképezhetünk le. Ha ennél kisebb dolgokat szeretnénk fényképezni, akkor tovább kell növelnünk a kihuzat mértékét. Ehhez közgyűrűket, vagy speciálisan közelfényképezésre tervezett makró objektívet használhatunk.
19. ábra: Élesre állítás és méterskála
A fenti ábrán láthatjuk, hogy a jobb oldali makró objektív lényegesen hosszabb kihuzatot tesz lehetővé, mint a baloldalon látható normál objektív. A közgyűrűk használata meglehetősen kényelmetlen, mert a gépváz és az objektív közé kell behelyezni a gyűrűket, vagyis az objektívet gyakran kell ki-be csatlakoztatni. A közgyűrűk használata a digitális gépeknél kellemetlenebb mint a filmes korszakban volt, mert az objektív cserélgetésekor előbb-utóbb porosodik az érzékelő. A makróobjektívek élesre állító csigamenete lényegesen hosszabb mint a gyújtótávolság tizedrésze, így a kisebb, apróbb tárgyak fotózása is lehetővé válik. A makróobjektívek a közeli és távoli tárgyak fotózását egyaránt lehetővé teszik. A makróobjektívek azonban nem csak attól makróobjektívek, hogy az élesre állító csigamenetük hosszabb, hanem a makróobjektíveket úgy tervezik, hogy makró állásban is kellően éles képet adjanak.
Az objektív fényereje.
Az objektív fényereje egy dimenzió nélküli viszonyszám, amely megmutatja, hogy az objektív milyen világos képet rajzol egy adott témáról. Az optika fényerejének megnevezésére ne vegyük át az angol speed szót, van már erre egy szép, régóta használt magyar kifejezés, a fényerő. A nagyobb fényerejű objektív több fényt gyűjt be az érzékelőre, ami sok szempontból előnyös. Szerencsés, ha fényszegény körülmények mellett nagyobb fényerejű objektívet használhatunk, máskor a nagyobb rekesznyílással szűkebb mélységélességű fotókat készíthetünk. A tükörreflexes gépeknél a nagyobb fényerő fontos előnye még a világosabb keresőkép. A világosabb keresőkép pedig azt is jelenti, hogy a keresőkép mélységélessége is kisebb, ezért egy nagyobb fényerejű objektívvel az élesre állítás és az élesség ellenőrzése könnyebb. Érdemes megjegyezni, hogy a pentaprizma korlátozó hatása miatt a keresőkép világossága f1.8 fényerő felett a már nem növekszik tovább. A tiszta, világos, jól látható, éles keresőkép pedig a legfontosabb feltétele a témakeresésnek, komponálásnak, az örömteli fotografálásnak.
A fényerő azt mutatja meg, hogy a téma világossága és az optika által rajzolt kép világossága, hogyan aránylik egymáshoz. A nagyobb fényerejű objektív nagyobb átmérőjű lencsetagokból épül fel, több fényt gyűjt be, nagyobb méretű, nehezebb és drágább. Fotós szempontból legfontosabb azt megértenünk, ha két objektív azonos fényerejű, akkor eltérő gyújtótávolság esetén is azonos világosságú, fénysűrűségű képet rajzol a filmre vagy a szenzorra. Ha tehát egy objektívvel mondjuk 4-es fényerő mellett készítünk egy felvételt, majd az objektívet kicseréljük egy bármilyen másik optikára, amelyen szintén 4-es fényerőt használunk, akkor két azonos világosságú, azonos fedettségű képet kapunk.
20. ábra: Az objektív fényereje.
Az objektív fényereje az objektív gyújtótávolságnak és az átmérőjének hányadosa:
N = f/d.
Az objektív fényereje annál nagyobb, minél nagyobb az objektív átmérője, és minél rövidebb a gyújtótávolsága. Vegyük észre, hogy a nagyobb fényerőhöz kisebb N rekesz számérték tartozik. A képletben szereplő átmérő az objektív belépőpupillájának átmérője, amely normál és teleobjektív esetében azonos a frontlencse átmérőjével. A nagylátószögű és a zoomobjektívek fényereje konstrukciós okokból kisebb, mint amelyet a frontlencse átmérőjéből feltételeznénk. Az objektív fényerejét nem kell méregetni, vagy számolgatni, az objektív fényerejét a gyártók megadják. A fényerő tehát egy viszonyszám. Ha az objektív ugyanolyan világos képet tudna rajzolni, mint amilyen világosságú az eredeti fotótémánk, akkor a fényereje 1:1.0 volna. Ilyen optika szinte nincs, illetve rendkívül ritka, nehéz és drága. Ahhoz hogy az optikának ilyen nagy fényereje legyen olyan nagy átmérőjű frontlencsére volna szükség, mint maga a gyújtótávolság.
A fényerő a legnagyobb rekesznyíláshoz tartozó rekeszérték. Az objektív fényáteresztő képességet a rekeszeléssel szűkíthetjük. Az objektívek rekeszértékeinek van egy szabványos sora. Ezt fontos megjegyezni, érdemes fejből is tudni. A legnagyobb rekesznyílás tehát az 1.0 de a gyakorlatban az inkább az 1.4-es rekesznyílás az elérhető legnagyobb fényerő. A legkisebb rekesz általában a 22-es rekeszérték. A rekeszszámokat általában kicsi vagy nagy f betűvel jelöljük, például az f8 a 8-as rekeszt jelenti.
Még egyszer, ne feledjük, hogy a legkisebb rekesznyíláshoz, vagyis a legszűkebb rekeszhez a legnagyobb N rekeszszám tartozik.
21. ábra: a rekesz bemutatása:
A szabványos rekeszértékek a következők:
1.0 – 1.4 – 2 – 2.8 – 4 – 5.6 – 8 – 11 – 16 – 22 – 32 – 45 – 64 – 90 – 128
Elsőre ez a számsor első pillantásra furcsának tűnhet, de felépítése mégis teljesen logikus. Vegyük észre, hogy minden második szám duplája a kettővel előtte levő értéknek. Minden szomszédos rekeszérték pedig 1.4 szerese az előtte állónak. Ez azért van így, mert minden szomszédos rekeszérték kétszer annyi fényt enged be, mit a kisebbik rekesznyílású szomszédja. A kétszer akkora fénybegyűjtő képességhez kétszer akkora felület, vagyis 1.4 szer nagyobb átmérő tartozik. Ezért a rekeszszámok 1.4 szeres lépcsővel követik egymást.
Később a gyakorlatban az optikákat köztes rekeszértékekre is beállíthatjuk, de a rekeszelés megértéshez fontos a szabványos rekeszértékek ismerete.
Az objektív számított fényereje csak akkor van meg, amikor végtelen távolra fényképezünk. Az élesre állításkor belépő kihuzat csökkenti az eredetileg végtelen állásra definiált fényerőt. A létrejövő tényleges, effektív fényerő a fókusztávolság plusz kihuzat értékből számolható. A fényerő csökkenése már a 20-30 centiméternél kisebb méretű tárgyak fotózásakor észrevehetővé válik. Általános szabály, hogy 1:2 leképezéskor (7.2cm tárgyméret) egy rekesznyi, 1:1 leképezéskor (36mm tárgyméret) két rekesznyi fényerő veszteség történik. Ez szabály minden objektívre igaz. A gyakorlatban a helyzet ennél bonyolultabb. A régi objektívek, amelyek nem ,,beszélgetnek” a gépvázzal, a kihuzat növelésekor nem jeleznek vissza semmi változást, de ettől még a fizika működik, és ha figyelünk, a fényerő csökkenés miatti expozíciós érték megváltozását észrevehetjük. A korszerű elektronikával felszerelt objektívek esetén, melyeknél már a fényképezőgépvázon állítjuk a rekeszértéket, a váz a rekesz nyitásával igyekszik korrigálni a kihuzat miatt létrejövő fényveszteséget. Vagyis például egy 2.8/100mm makróobjektív esetén, 1:1 leképezésnél ha f11-es rekeszt választunk, akkor a gépváz olyan parancsot ad az objektívnek, hogy ténylegesen f11-es effektív rekesz jöjjön létre. Ha viszont legnagyobb rekesznyílást, az f2.8-as rekeszt választjuk akkor a fényképezőgép nem tud mit tenni, hiszen ennél a leképezési aránynál f2.8-as fényerő már fizikailag nem létezik, kinyitja a rekeszt a a maximális nyílásra, és visszajelzi, hogy a tényleges rekeszérték a kérésünk ellenére is csak f5.6. A makróobjektíveknél még egy dolog tovább bonyolítja a helyzetet. Ezek az objektívek általában belső élesre állításúak, élesre állítás közben a lencsetagok egymáshoz képest is elmozdulnak. Ennek következtében különösen a fix gyújtótávolságú telemakró objektívek fókusztávolsága nem állandó, hanem kissé, de nem elhanyagolható mértékben megváltozik a leképezési arány függvényében. Tulajdonképpen a fixnek gondolt makroobjektívünk valójában egy zoom objektív.
A zoomobjektívek nagy részének zoomoláskor változik a fényereje, ami azt jelenti, hogy a fényerő a nagylátószögű állásban nagyobb, a tele állásban kisebb. Például a Nikkor 24-85/2.8-4 azt jelenti, hogy ez az objektív a 28-as állásban f2.8-as, a 85 milliméteres állásban pedig már csak f4-es fényerejű. A fényképezőgép ez esetben is a tényleges rekeszértéket jelzi vissza.
Sokszor felmerül a kérdés, mekkora egy objektív látószöge? Tudjuk már, hogy az objektív távoli témák esetén gyújtótávolságnyira van a szenzortól. Ha az objektív középpontját (hátsó fősíkjának középpontját) összekötjük a képsarkokkal akkor megszerkeszthetjük az objektív látószögét:
22. ábra: Az objektív látószöge
Az ábrából világosan látszik, a látószög a gyújtótávolságtól és a képmérettől függ. Ha a gyújtótávolság nagyobb, és emiatt természetesen az objektív távolabb van a filmtől, akkor a látószög is kisebb. Az objektív katalógusok a végtelen álláshoz és a képátlóra vonatkoztatva adják meg a látószöget. Nagyobb érzékelő méret esetén ugyanaz az optika nagyobb látószöget ad. Persze csak akkor ha az adott objektív a nagyobb formátumot egyáltalán kirajzolja. Az objektívek látószögét általában a 24x36mm érzékelő mérethez adják meg. A gyakorlatban a kisfilmes érzékelő méretére tervezett objektíveket a kisebb méretű APS-C érzékelőn is használhatjuk. Az más kérdés, hogy az elérhető minőség az érzékelő területével arányos, ezért én a 24x36 milliméteresnél kisebb szenzorméretek alkalmazását nem javaslom.
23. ábra: Látószög kiszámítása 24x36mm érzékelő méret esetén:
A hosszabbik oldalhoz tartozó látószög kiszámítása meglehetősen egyszerű. A látószög fele = arc tg 18/f
A látószög tehát: 2∙arctg 18/f
Ahol a 18 a hosszabbik, a 36 milliméteres oldal fele, az f pedig a gyújtótávolság milliméterben megadva.
Például egy 100mm-es objektív látószöge: 2 x arc tg 18/100 vagyis 2 x arctg0.18 tehát egy 100mm-es objektív látószöge 20.4 fok. Az így kiszámolt látószög a horizontális látószög, a hosszabbik kép oldalára vonatkozik. Ez nem egyezik a gyártó által megadott értékkel, amely a képátlóra vonatkozik. Hasonló módon a látószöget bármilyen gyújtótávolságra, vagy akár más képmérethez is ki tudjuk számolni.
Nyilvánvaló hogy a látószög más horizontális és más vertikális vagy átlós irányban. A gyártók általában a képátlóval számolnak, ami ami a kirajzolt képkör szempontjából logikus, de az átlós látószög használata mégsem nem elég gyakorlatias. A gyakorlatban célszerűbb inkább a horizontális látószöggel kalkulálni. A kisfilmes 14mm-es objektívről például tudhatjuk, hogy vízszintes irányban kilencven fokot rajzol, tehát ha beállunk a sarokba, akkor be tudjuk fogni az egész szobát.
Az emberi szem látószögéhez hasonló látószöget a normál objektívvel kapunk. A normál objektív gyújtótávolsága általában a képátló méretével azonos, vagy annál egy picivel hosszabb. Például a kisfilmes képátló 43mm, a kisfilmes normál objektív pedig az 50mm. A normál objektív használata fontos azért is, mert többnyire természetes hatású képet ad. A normál objektíveket általában gazdaságosan, nagy darabszámban gyártják, fényerejük nagy, f1.2-1.4-1.8 és rajzolatuk is jó minőségű. Mindenkinek javaslom egy ilyen alapobjektív beszerzését, egyrészt a nagy fényereje és elérhető ára miatt, másrészt azért, mert minőségét tekintve egy jó viszonyítási alap ahhoz hogy később például egy zoomobjektív vagy teleobjektív teljesítményét meg tudjuk ítélni. Akadhat az életünkben olyan periódus, amikor ezt a normál látószöget unalmasnak, kevésbé fontosnak tartjuk, de egy idő után be kell látnunk, hogy sok jó kép készíthető a kellemes perspektívájú alapobjektívvel.
24. ábra: APS-C szenzorméretű fényképezőgépek látószöge:
Nem kívántam az APS-C szenzorméretű gépekkel külön foglalkozni, de mivel ilyen szenzorméretű gépeket nagyon sokan használnak, most mégis egy rövid kitérőt teszek. Az objektív az APS-C érzékelő esetén is pontosan ugyanúgy viselkedik, mintha 24x36mm méretű szenzor volna mögötte. Tehát, azáltal nem változik meg az optika fókusztávolsága, hogy az objektívet egy APS-C szenzorméretű fényképezőgépre csatlakoztatjuk, hiszen a gyújtótávolság az optika felépítéséből adódó fizikai adat. Az APS-C formátum olyan, mintha a 24x36mm formátumból kivágnánk egy kisebb 16x24 mm formátumot. Mivel az érzékelő szenzor kisebb, ezért a látószög is kisebb lesz. Így egy adott objektív látószöge az APS-C szenzorméretű gépek használata esetében kisebb lesz, mint a kisfilmes szenzorméretű gépekkel. Hasonló okból csökken a látószög akkor is, ha utólag megvágjuk a képet. Tehát a lényeg, hogy egy adott objektív ugyanúgy rajzol minden képformátumon, a látószög csak az érzékelő mérete miatt változik meg.
Jó, jó, de akkor mit jelent az ,,ekvivalens” fókusztávolság?
Szemünk látószögéhez hasonló látószöget kisfilmen a normál 50mm-es objektívek adnak. Az APS-C méreten a képátló másfélszer kisebb, ezért ott a normál látószöget adó objektív is másfélszer rövidebb. Az APS-C méreten az alapobjektív 35mm-es. A kisfilmhez hasonló látószöget tehát a kisfilmes esetnél másfélszer rövidebb fókusztávolságú objektívvel kapunk. Ez a másfélszeres szorzó adja az ekvivalens gyújtótávolságot. Mivel a fotós beszélgetések során általában a kisfilmes szenzorméretre gondolunk, ezért ha az APS-C gépek tulajdonosai valami látószöggel kapcsolatos dologról olvasnak, arra kell gondolniuk, hogy ők hasonló eredményt másfélszer rövidebb gyújtótávolsággal kaphatnak. Például a kisfilmes gépeken a szokásos portréobjektív 75mm, míg az APS-C kamerák portréobjektívje 50mm.