Немного об объективах
Что такое «асферическая поверхность линзы»?
В целях достижения высокого качества изображения даже на полностью открытых диафрагмах, дизайнеры объективов используют новые формы поверхностей для отдельных линз. Такие формы поверхностей линз помогают устранить оптические аберрации и геометрические искажения, сохраняя при этом малые вес и размер объектива. Одна из таких форм асферической поверхности линз была использована в объективах ARRI/Zeiss Master Prime, Ultra Prime 8R, Ultra16 и Lightweight Zoom LWZ-1.
Современные технологии
Большинство линз имеют сферическую поверхность и равномерную кривизну, как если бы поверхность линзы была бы частью сферы. Асферические линзы – напротив, имеют разный угол наклона поверхности по центру и по краям. Современные технологии для создания такого рода поверхностей изначально были разработаны для объективов, используемых при производстве компьютерных чипов. Это связано с ультравысокой точностью производства в комплексе со сложным и дорогим процессом голографических измерений для проверки точности поверхности.
Голографическое измерение
Асферическая поверхность линзы обеспечивает превосходную коррекцию сферических аберраций (невозможность сфокусировать все лучи точечного источника света в точку на пленке, напрямую влияющая на разрешение), хроматические аберрации (цветная «бахрома» или грань) и геометрические искажения (способность сохранять прямые линии прямыми). Используя асферические поверхности линз, изготовитель может создать объектив, который будет легче, и по своим оптическим свойствам лучше, чем объектив, в конструкции которого используются только сферические линзы. Асферический линзовый элемент экстремальной кривизны известен как «радикальная асферическая линза».
Дизайн сферического объектива против асферического.
Иллюстрация выше показывает основные принципы коррекции сферических аберраций. Сферические линзовые элементы страдают тем, что не могут сфокусировать все лучи точечного источника света в точку на пленке. По этому, для компенсации данных дефектов требуются дополнительные линзовые элементы, делающие конструкцию тяжелее и внося другие нежелательные потери разрешения. Чем дальше луч от оптического центра, тем более выраженной становится аберрация, устранение которой становится важнейшим вопросом для светосильных объективов с большим диаметром линзовых элементов.
Что такое «радикальная сферическая поверхность линзы»?
В целях достижения высокого качества изображения даже на полностью открытых диафрагмах, дизайнеры объективов используют новые формы поверхностей для отдельных линз. Такие формы поверхностей линз помогают устранить оптические аберрации и геометрические искажения, сохраняя при этом малые вес и размер объектива. Одна из таких поверхностей это радикальная сферическая поверхность. Она имеет очень сильный изгиб, иногда похожий на полусферу. Такая поверхность называется сферической, т.к. сохраняет равномерную кривизну.
Улучшенные прецизионные технологии производства и измерений сделали возможным создание такого рода поверхностей. И всё же, радикальные сферические поверхности это передовые технологии – их трудно шлифовать, надо уметь хитро полировать, и прецизионно наносить на них антибликовые покрытия. Однако, освоение новых технологий вознаграждается несравненной оптической производительностью и значительным снижением веса линзового элемента. Радикальные сферические поверхности линз были использованны в объективах ARRI/Zeiss Master Prime, Ultra Prime 8R, Ultra16 и Lightweight Zoom LWZ-1.
Что такое T*XP?
Антибликовые покрытия доказали, что они являются одним из важнейших изобретений в современной оптике. Уменьшая естественную склонность поверхности “стекло-воздух” отражать часть падающего света, они гарантируют, что максимальное количество света достигает пленки вместо того, чтобы отражаться от поверхностей линз или, что еще хуже, переотражаться внутри линз. Благодаря современным антибликовым покрытиям, мы привыкли получать яркие изображения практически при любых ситуациях с освещением на съемочной площадке.
История
Впервые разработанные в лаборатории Карл Цейс (Carl Zeiss) в 1935 году, антибликовые покрытия получили широкое распространение после 1945 года. Эти первые покрытия были однослойными, и оптимизированы для передачи только одного цвета, что влекло за собой неравномерную передачу остального цветового спектра. Значительное улучшение произошло в 70-х годах, когда были представлены многослойные покрытия, снижавшие отражения на поверхностях “стекло-воздух” в широком спектральном диапазоне. Сложнейшим вариантом данной технологии является покрытие Zeiss T*, используемое в объективах ARRI/Zeiss с постоянным и переменным фокусными расстояниями.
Т* ХР
Изначально разработанное для ARRI/Zeiss Master Prime - объективов многослойное антибликовое покрытие Т* ХР (Extended Perfomance) гарантирует максимальную передачу в широком спектре длин волн. Покрытие Т* ХР было оптимизировано относительно спектральной чувствительности кинопленки и чувствительности человеческого глаза.
Проектирование формулы покрытия является первой стадией высочайшего искусства создания антибликовых покрытий. Вторая стадия, такое же хитрое искусство, нанести покрытие на поверхность линз объектива, сохраняя равномерную толщину по всей площади.
Компания Zeiss использует тщательно контролируемый, сложный процесс, который проходит в условиях высокого разряжения (в вакууме), где специальные оптические вещества испаряются одно за другим и переносятся на поверхность линзы с прецизионно контролируемой толщиной. Для Т* ХР – покрытия этот процесс был еще более усовершенствован, чтобы обеспечить идеально равномерное и симметричное нанесение. Это обеспечивает одинаковую производительность линзы по всей поверхности, как в центре так и по краям. Это особенно важно для линз с большой кривизной поверхности. По сравнению с обычными антибликовыми покрытиями, Т* ХР – покрытие до пяти раз повышает передачу света на краях.
Результатом является более высокая контрастность, более глубокий черный цвет и великолепное снижение ложных световых эффектов, таких как внутреннее переотражение света, блики, свечение и нарциссизм. В сочетании с правильной внутренней конструкцией объектива, Т* ХР – покрытие гарантирует, что объектив справится с нестандартными ситуациями с освещением, такими как солнечные закаты или свет автомобильных фар.
Объективами с Т* ХР – покрытием можно уловить нежные тона в самой глубокой тени и в полной мере использовать высокий динамический диапазон современных кинопленок.
Этот график показывает коэффициент отражения от поверхности линзы с обычным антибликовым покрытием на разных частотах светового спектра. Обратите внимание, как красная линия, которая представляет собой коэффициент отражения по краю на сильно изогнутых линзах, демонстрирует серьезное увеличение коэффициента отражения, начиная с 580 Нм.
Этот график показывает коэффициент отражения от поверхности линзы с Т* ХР - антибликовым покрытием на разных частотах светового спектра. Обратите внимание, как красная линия, которая представляет собой коэффициент отражения по краю на сильно изогнутых линзах, существенно ближе к желтой линии, которая представляет собой коэффициент отражения по центру объектива.
Что такое Rectilinear(прямолинейный) и Fisheye(рыбий глаз)
Rectilinear(прямолинейный) и fisheye(рыбий глаз) - это два типа оптических схем широкоугольных объективов, и результатом этих схем является очень разная картинка. Все современные широкоугольные объективы ARRI/Zeiss, включая Ultra Prime 8R, имеют прямолинейную конструкцию.
Естественные геометрические соотношения
Когда трехмерные проекции с объектива переносятся на двумерную поверхность кусочка пленки, не все геометрические свойства исходной сцены могут быть сохранены. По сути, это та же проблема, что и перенос формы континентов с трехмерного глобуса на двумерную плоскость карты. Выбор конструкции объектива, фокусного расстояния и расстояния до объекта определяют характер такой проекции, которую обычно называют перспективой, и которая является одним из важнейших инструментов для кинематографиста. При создании широкоугольных объективов, конструктор должен сделать выбор между прямолинейной конструкцией или конструкцией «рыбий глаз», учитывая разные последствия отображения перспективы. Наиболее очевидные различия можно увидеть по тому, как выглядят прямые линии и объекты на краю кадра.
Т.к. человеческий глаз определяет дистанцию до объекта путем оценки того, как и под каким углом сходятся линии уменьшающихся элементы в сцене, большинство объективов предназначены для дублирования этих "естественных" геометрические соотношений на пленке. Это называется прямолинейной перспективой, и чтобы её добиться, объектив будет растягивать изображение так, чтобы вертикальные, горизонтальные и диагональные линии, которые мы воспринимаем как прямые, будут также воспроизведены виде прямых линий на пленке.
Прямые или кривые линии
Однако, существуют пределы, насколько широкоугольным может быть прямолинейный объектив, которые зависят от ограниченного пространства перед камерой и различных «оптических» проблем, связанных с увеличением угла обзора. Горизонтальный угол зрения в 114гр. (для формата super35) объектива Ultra Prime 8R, уже находится на пределе, что делает данный объектив уникальным и необычным для кино, видео и статических съемок.
По причине того, что очень сложно сконструировать широкоугольный объектив с прямолинейной перспективой, большое количество экстремально широкоугольных объективов имеют конструкцию “Fisheye”(рыбий глаз). Объектив «рыбий глаз» может иметь более широкий угол по сравнению с прямолинейным широкоугольным объективом, но на пленке всё выглядит иначе по сравнению с тем, как мы видим окружающий нас мир, т.к. фокусное расстояние меняется внутри изображения. Более удаленные от центра кадра прямые линии будут отображаться кривыми, а объекты на краях сильно искажены «рыбьим глазом».
С другой стороны, прямолинейный широкоугольный объектив сохраняет прямые линии объекта прямыми на изображении. Чтобы этого достичь, применяется линейное растяжение изображения, которое увеличивается по мере того, как объект приближается к краям кадра. Этот эффект имеет тенденцию преувеличения перспективы, т.е. делает например комнату, больше чем она есть на самом деле, усиливая иллюзию глубины и высокой скорости движения при перемещении камеры. Однако круглый объект, такой как мяч или голова человека, расположенный на краю кадра, будет отображаться несколько вытянутым, и иметь овальную форму. В итоге ни прямолинейный, ни «рыбий глаз» широкоугольные объективы не обеспечивают изображение таким же, как мы видим его в реальной жизни. Они предоставляют нам два разных пути манипуляции перспективой, создавая иллюзию пространства и расстояния.
Что такое диоптер?
Диоптеры - это оптические элементы, которые могут быть закреплены на передней части объективов как с постоянным, так и с переменным фокусными расстояниями, предлагая простой и удобный способ увеличения фокусного расстояния. Иными словами, они сдвигают короткое и длинное фокусные расстояния в сторону увеличения. С одной стороны, объектив может сфокусироваться ближе своего минимального фокусного расстояния, а с другой стороны, фокус перемещается ближе от бесконечности. Значение фактора увеличения обозначается в коэффициентах. Наиболее часто используются диоптеры с коэффициентами +0.5, +1, и +2.
Использование диоптеров
Например, при съемке статичного объекта малых размеров при недостаточном минимальном фокусном расстоянии. Для получения наилучшего сочетания оптического качества и наибольшего увеличения используется длиннофокусный прайм (фикс) объектив с одним диоптером с малым коэффициентом увеличения. Также для этого не требуется менять освещение.
Использование диоптера на широкоугольном объективе позволяет немного уменьшить фокусное расстояние, при этом оставляя размытым задний фон, что создает эффект широкого угла с малой глубиной резкости. Или съемки кадра, когда фокус смещается от близкого объекта до объекта посередине и наоборот.
Преимущества диоптеров
Иметь набор диоптеров на площадке – обычное дело. Диоптеры используются вместо макро объективов, т.к. последние более дорогие и могут быть арендованы только на всё время съемок. Бывает так, что нужно отснять крупный план, а макро объективы сданы в аренду, и именно тогда диоптер может спасти ситуацию. Один кинематографист сказал: «Ремесленник никогда не знает, когда ему может понадобиться молоток, но он всегда держит один поблизости. Также и с диоптерами».
Некоторым кинематографистам нравятся диоптеры, т.к. с их помощью можно добиться картинки лучше чем от традиционного макро объектива, в зависимости от цветового баланса и фокусного расстояния. Также использование макро объективов требует дополнительного освещения, по сравнению с традиционными прайм объективами, что приводит к смене освещения для таких съемок, увеличивает их стоимость и меняет полученное изображение. Диоптеры не нуждаются в коррекции экспозиции так, объектив с диафрагмой Т1.3, останется с той же Т1.3 при использовании диоптеров.
Использование диоптеров это как использование любого другого киносъемочного оборудования для различных стилей съемки. Одни кинематографисты предпочитают использовать их с теле-объективами, что позволяет им получить большее увеличение и обеспечить большее пространство между объектом съемки и объективом. Другие же используют диоптеры в съемках, когда популярны сцены с широким углом обзора и малыми дистанциями, в этом случае они используют диоптеры с широкоугольными объективами.
Существуют диоптеры двух основных типов. Обычные - состоящие из одного оптического элемента, и ахроматические – состоящие из двух и более стеклянных элементов. Оптическое качество обычных диоптеров как правило, достаточно низкое, в основном из-за хроматических аберраций, более известных как «цветная бахрома». Также могут присутствовать сферические и геометрические искажения, размытие, низкий контраст и малое разрешение по краям. Диоптеры, состоящие из нескольких элементов гораздо выше по качеству.
Что такое ахроматическая линзовая сборка?
Ахроматическая сборка – это группа линз, разработанная для устранения нежелательных оптических дефектов. Ахроматические сборки присутствуют в большинстве современных кино - объективах. Они также используются в мастер диоптерах (Master Diopters) ARRI/Zeiss (+1 и +2).
Ахроматическая линзовая сборка
Ахроматическая линзовая сборка обеспечивает сведение лучей всех цветов в одну точку. Ахроматические сборки особенно хороши для компенсации хроматической аберрации, которая выглядит как цветная кайма и особенно выражена на границах высококонтрастных объектов. Также ахроматическая линзовая сборка понижает сферические аберрации, отображающиеся как размытое пятнышко вместо контрастной точки.
В ахроматической сборке одна из линз компенсирует дисперсию, источником которой служит другая линза. Для этих целей одна из линз изготавливается из низко дисперсного стекла, тогда как другая производится из кремниевого стекла с высокой дисперсией. Низко дисперсная линза (crown glass) обеспечивает необходимые оптические свойства (например, увеличение изображения), и тем не мене является источником некоторой дисперсии, и цель кремниевой линзы – сбалансировать эту дисперсию, не оказывая на нее собственного влияния.
Оптическая дисперсия одиночной линзы
Одиночная линза преломляет разные цвета под разным углом
При прохождении луча света сквозь линзу, цветные составляющие света преломляются под разными углами, т.к. имеют разные длины волн (чаще называемые дисперсией), вследствие чего, линза будет фокусировать разные цвета в разных точках плоскости. Результатом такой фокусировки являются хроматические аберрации – нежелательный эффект в виде цветной окантовки, понижающей разрешение линзы, а также оказывающей влияние при производстве спец эффектов и использовании синих и зеленых фонов.
Что такое коэффициент увеличения?
Коэффициент увеличения – это отношение размера объекта на пленке к размеру объекта в реальной жизни. Коэффициент увеличения выражен двумя числами: размером изображения на пленке и размером изображения в реальной жизни, где размер изображения на пленке всегда первый в списке. Большинство стандартных объективов имеют коэффициент увеличения в диапазоне 1:8 до 1:10. Если вам необходимо большее увеличение, нужно использовать макро объектив, диоптеры или удлинительные кольца.
Примеры
Камера Normal 35 Akademy имеет апертуру 16мм на 22мм.
Если вы хотите вместить в рамки цветок шириной в 22мм, то коэффициент увеличения будет 1:1. Если же вам надо вместить в рамки объект шириной в 88мм (например, сотовый телефон), то коэффициент увеличения будет 22мм/88мм, т.е. 1:4. Следовательно, изображение сотового телефона на пленке будет в 4 раза меньше, чем в реальной жизни.