Предыдущие части: Фокус, Гистограмма, Экспокоррекция, P-A-S-M, Три кита экспозиции, Экспозиция, Как начать разбираться
В предыдущей части мы обсудили, как работает фокусировка с помощью пинхола.
У пинхола есть большой недостаток: из всего пучка лучей, испущенных одной точкой объекта, в камеру попадает лишь один. Из-за этого света получается очень мало, и необходимо увеличивать экспозицию в сотни раз.
Чтобы решить эту проблему, на помощь пришли линзы. Любой фотографический объектив состоит из линз. Объективы могут содержать в районе 3-16 линз, но все эти сложные системы оптически эквивалентны одной-единственной линзе.
Вы наверняка и сами выжигали на дереве с помощью линз, и видели все эти схемы, где нарисованы сходящиеся пучки лучей, поэтому я сейчас, не вдаваясь ни в точную геометрию, ни в длинные объяснения, просто покажу абсолютно условную схему.
Здесь показаны только два конкретных пучка света, которые идут от верхней точки и нижней точки объекта. Физика линзы такова, что, принимая на себя расширяющийся пучок света под определённым углом, она с другой стороны выпускает этот же пучок, но уже сужающийся.
Стало быть, пучок возникает из точки, и затем превращается опять в точку... А ведь это именно то, что нужно!
В варианте с пинхолом, чтобы создать точку, все лишние лучи отбрасывались. В варианте с линзой все лишние лучи не отбрасываются, а собираются в одну точку. И значит, потерь света практически нет.
Хотя на схеме показаны всего две точки, между ними существует полная симметрия. Если вы представите все промежуточные точки между ними, то пучки света от них будут точно так же расходиться, а затем сходиться в соответствущих промежуточных местах. То есть на сенсоре мы получим изображение, созданное этими точками.
Но есть одно "но"
От любой точки с любого расстояния через пинхол проходит только один луч и формирует только одну точку. Значит, изображение всегда будет резкое.
Казалось бы, так же должно быть и с линзой. Но оказывается, что расстояние до объекта имеет значение. Посмотрим опять на схему:
Классика выжигания: параллельные лучи сходятся в пучок. Но если посмотреть на схему задом наперёд, то мы увидим, что расходящиеся из одной точки лучи становятся параллельными.
А что будет, если мы сделаем расходящиеся лучи более параллельными друг другу? Для этого придётся отодвинуть точку дальше от линзы:
И вот, раз с одной стороны лучи стали более параллельными, значит с другой стороны они должны стать более сходящимися.
Но чем больше параллельность лучей – тем дальше объект от линзы, в силу законов геометрии.
Короче говоря: если объект находится близко к линзе, то пучки лучей от него менее параллельны, и значит за линзой они становятся более параллельны, а значит точка их схождения (тот самый фокус) отодвигается дальше от линзы. Если же объект далеко от линзы, пучки лучей от него более параллельны, и за линзой они наоборот начинают сходиться сильнее, и значит точка фокуса придвигается ближе к линзе.
Так как нам нужно резкое изображение, нужно перемещать сенсор ближе или дальше от линзы, чтобы точка фокуса попадала точно на его поверхность. Но вместо этого объективы устроены так, что перемещается сама линза. Это и есть, собственно говоря, процесс фокусировки.
Гиперфокальное расстояние
Из всего вышенаписанного следует, что мы не можем сфокусироваться на всех объектах одновременно. Для объектов, расположенных на разных расстояниях, за линзой образуются разные точки фокуса, и мы можем выбрать только одну. Всё остальное будет расплываться, и тем сильнее, чем больше разница в расстоянии:
Часто это именно то, что мы хотим. Это помогает выделить снимаемый объект и привлечь внимание именно к нему. Но в других случаях нам требуется, чтобы вся картинка была резкой, где бы ни находились объекты.
К счастью, у этой проблемы есть хотя бы частичное решение. Объекты могут быть ближе или дальше. Но если все они вместе находятся достаточно далеко, лучи от них становятся достаточно параллельны, чтобы между ними не было заметной разницы. То есть все они будут сходиться на одном и том же расстоянии от линзы.
На самом деле эти расстояния у разных объектов по-прежнему будут разными. Но тут вспомним про кружок нерезкости из прошлого материала: у этих объектов будут разные кружки нерезкости, как и положено, но мы не заметим между ними разницы. Либо же этой разницей можно будет пренебречь.
Расстояние, начиная с которого все объекты будут (казаться) в фокусе, называется гиперфокальным. В реальности оно зависит от того, какой конкретно объектив и на какой конкретно камере используется, и насколько закрыта диафрагма.
Когды мы закрываем дифрагму, то делаем объектив более похожим на пинхол: отверстие уменьшается, света проходит меньше, но и пучок лучей становится меньше, а значит, уменьшается кружок нерезкости.
То есть сочетание трёх факторов – конкретная модель камеры/объектива, величина отверстия диафрагмы и расстояние до объектов – дают нам конкретное гиперфокальное расстояние для этих условий. Его можно рассчитать, и в сети есть калькуляторы для этого. Есть даже приложения на смартфон.
Но я этим никогда в жизни не морочился, честно говоря. В расчётах смысла не вижу, потому что это всё сводится к одному привычному решению, типа закрыть дифрагму на F8.
Продолжим тему фокусировок и расстояний в следующем выпуске, про глубину резкости.
Читайте дальше: Объективы и зум
