Линза рисует, камера записывает

Камера — это светонепроницаемая коробка с отверстием. Конструкция не менялась с 1839 года: менялся только приёмник, на который падает изображение — сначала посеребрённая пластина, потом плёнка, теперь матрица.

Понимание этого лечит половину болезней начинающего. Тушка отвечает за то, как записать. Изображение — со всей его геометрией, объёмом, характером и искажениями — создаётся до неё, в стекле.

Начнём с дырки

Изображение можно получить вообще без линзы. Проколи иголкой отверстие в стенке коробки — на противоположной стенке появится перевёрнутая картина того, что снаружи. Это камера-обскура, и она работает по одной причине: маленькое отверстие пропускает от каждой точки предмета только один узкий пучок, и эти пучки не перемешиваются.

У дырки есть два свойства, которые объясняют, зачем вообще нужны линзы:

• Она не требует фокусировки. Резко всё сразу, от сантиметра до горизонта.
• Она пропускает исчезающе мало света. Эквивалент диафрагмы у обскуры — что-то вроде f/200. Выдержка измеряется секундами даже на солнце.

Линза решает вторую проблему, но ценой первой. Она собирает широкий пучок света от каждой точки и снова сводит его в точку — но это получается только для предметов на одном определённом расстоянии. Отсюда рождается фокусировка, а вместе с ней и глубина резкости.

Что такое фокусное расстояние

Фокусное расстояние — расстояние от главной плоскости объектива до плоскости, где строится резкое изображение бесконечно далёкого предмета.

Для более близких предметов изображение строится дальше, и объектив приходится выдвигать. Связь описывается формулой тонкой линзы:

1/f = 1/a + 1/b

где f — фокусное расстояние, a — расстояние до предмета, b — расстояние от линзы до изображения.

Почему объектив — это не одна линза

Одиночная линза строит изображение отвратительно: разные участки её поверхности сводят лучи в разные точки, а разные цвета преломляются по-разному. Это и есть аберрации — систематические отклонения от идеала.

Реальный объектив — набор из шести-двадцати линз, собранных в группы, где аберрации одних элементов компенсируют аберрации других. Отсюда цена, вес и сложность: «45 мм f/1.8» — не описание одной стекляшки, а результат оптического расчёта.

Насколько полно эти аберрации погашены — и есть главное, что отличает дорогой объектив от дешёвого. Об этом — статья чем дорогой объектив отличается от дешёвого. А то, что осталось непогашенным, формирует рисунок объектива, и это не всегда недостаток: рисунок объектива.

Светосила и диафрагма

Внутри объектива есть регулируемое отверстие — диафрагма. Её размер задаёт, сколько света пройдёт.

Обозначается диафрагма относительным числом:

N = f / D

где f — фокусное расстояние, D — диаметр действующего отверстия. Именно поэтому запись имеет вид «f/2.8» — это буквально «фокусное, делённое на 2,8».

Из формулы следует то, что многих удивляет: одно и то же число диафрагмы даёт одну и ту же экспозицию на любом объективе и любом формате. f/2.8 на широкоугольнике и f/2.8 на телевике — одинаковая яркость изображения, хотя физические диаметры отверстий отличаются в разы. Так и задумано: относительное число нормирует всё к яркости.

Ряд стандартных значений — 1,4 / 2 / 2,8 / 4 / 5,6 / 8 / 11 / 16 / 22 — устроен как последовательность с шагом в корень из двух, потому что площадь отверстия при этом меняется вдвое. Один шаг по ряду — ровно один стоп.

Круг изображения

Объектив строит изображение не в прямоугольнике, а в круге. Матрица вырезает из этого круга свой прямоугольник.

Отсюда практические следствия:

• Объектив, рассчитанный на больший формат, работает на меньшем — просто вырезается центральная часть круга. Именно поэтому старые объективы от плёночных камер прекрасно живут на современных беззеркалках.
• Объектив, рассчитанный на меньший формат, на большем даст затемнённые углы или чёрную окантовку — круга не хватает.
• Центр круга почти всегда лучше краёв. Значит, объектив от большего формата на меньшей матрице работает своей лучшей зоной — это одна из причин, по которым старая оптика хорошо себя показывает.