Obiektyw fotograficzny

Obiektyw fotograficzny – układ optyczny (ewentualnie pojedyncza soczewka), który w aparacie fotograficznym tworzy na matówce, błonie fotograficznej albo światłoczułej matrycy CCD lub CMOS obraz widzianych obiektów.

Za wynalazcę soczewkowego obiektywu fotograficznego uważa się Girolama Cardana, który w 1550 r. zastąpił otwór w camera obscura pojedynczą soczewką skupiającą, ale za pierwszy obiektyw fotograficzny uważany jest otwór camery obscura powstały około roku 900.

Podstawowe cechy i parametry

Ogniskowanie i mocowanie 
Podstawową rolą obiektywu jest ogniskowanie promieni światła w płaszczyźnie matrycy lub błony światłoczułej (tak by otrzymać ostry obraz). By było to możliwe, konieczne jest ustawienie obiektywu w odpowiedniej odległości od tej płaszczyzny oraz od obiektu. W zależności od typu aparatu i obiektywu może to być wykonywanie ręcznie, lub automatycznie – w obiektywach wyposażonych w autofocus.

W aparatach z wymiennymi obiektywami stosowanych jest kilka systemów ich mocowania. Niekiedy jest możliwe połączenie obiektywu jednego systemu z aparatem innego za pomocą specjalnego adaptera, zwykle jednak powoduje to ograniczenie funkcjonalności takiego zestawu. Niektóre systemy mocowania były niegdyś popularne i stosowane przez wiele firm – gwinty M39 i M42 oraz bagnet K.

Ogniskowa 

Ogniskowa to odległość pomiędzy punktem głównym obiektywu (często płaszczyzną przysłony lub środkiem soczewki) a punktem, w którym skupione zostaną promienie świetlne, które przed przejściem przez obiektyw biegły równolegle. Od ogniskowej zależy kąt widzenia obiektywu (potocznie określa się też często, że od ogniskowej zależy powiększenie obiektywu).
 Obiektywy zmiennoogniskowe to obiektywy, w których można w pewnym zakresie zmieniać ogniskową. Charakteryzują się dużą uniwersalnością, ale okupioną sporym ciężarem i gabarytami.
 Obiektywy stałoogniskowe są mniej uniwersalne, mniejsze i lżejsze. Często mają też lepszą jakość optyczną. Ze względu na wielkość ogniskowej (i co za tym idzie kąt widzenia) możemy je podzielić następująco:
 Obiektywy standardowe, w których długość ogniskowej jest zbliżona do przekątnej matrycy lub błony rejestrującej obraz. Kąt widzenia takiego obiektywu jest zbliżony do kąta widzenia ludzkiego oka.
 Obiektywy szerokokątne, w których długość ogniskowej jest znacząco mniejsza od przekątnej matrycy lub błony, a kąt widzenia jest większy od kąta widzenia ludzkiego oka.
 Obiektywy wąskokątne (często nieprawidłowo nazywane teleobiektywami), w których długość ogniskowej jest znacząco większa od przekątnej matrycy lub błony, a kąt widzenia jest mniejszy od kąta widzenia ludzkiego oka. Obiektywy wąskokątne o umiarkowanej długości ogniskowej określa się niekiedy portretowymi.

Jasność 

Jasność obiektywu to miara ilości światła przepuszczanego przez obiektyw do wnętrza aparatu. Miarą jasności obiektywu jest liczba przysłony obiektywu.

Inne parametry 
 Parametry optyczne:
 zdolność rozdzielcza,
 minimalna odległość przedmiotowa,
 pole obrazowe obiektywu – podawane dla obiektywów aparatów wielkoformatowych, które mogą być stosowane dla różnych formatów zdjęcia,
 przysłona krytyczna,
 zakres przysłon,
 winietowanie – polegające na niedoświetleniu rogów kadru.

 Parametry nie wpływające na jakość obrazu, ale mające znaczenie dla ergonomii jego użytkowania:
 masa i wymiary,
 średnica gwintu filtra.

Właściwości obiektywu rzadko opisywane liczbami 

 Bokeh – rodzaj rozmycia obiektów znajdujących się poza głębią ostrości obiektywu. Jest niemożliwy do ujęcia w parametry liczbowe, a może mieć duże znaczenie dla ostatecznego wyglądu zdjęcia.
 Flary – pojawiające się na obrazie gdy obiektyw skierowany jest na źródło światła (na przykład lampy) rozbłyski i rozświetlenia. Pojawiają się na obrazie w różnych miejscach, często mają lekkie zabarwienie.

Wady optyczne 

Obiektyw nie jest idealny, posiada wady optyczne (aberracje), które psują jego parametry. Najważniejsze z nich to:
 Aberracja chromatyczna – polegająca na tym, że promienie światła o różnej barwie (długości fali) skupiają się w różnych punktach. Obiektywy, które mają skorygowaną aberrację chromatyczną noszą nazwę achromatów i apochromatów.
 Astygmatyzm – polegający na tym, że promienie wychodzące z tego samego punktu, a przebiegające w dwóch prostopadłych płaszczyznach są ogniskowane w różnych punktach. Obiektywy ze skorygowanym astygmatyzmem noszą nazwę anastygmatów.
 Aberracja sferyczna – wynika z faktu, że sferyczne soczewki nie są idealnymi przyrządami skupiającymi promienie. Może być skorygowana przez użycie soczewki asferycznej lub odpowiedni dobór promieni krzywizny i gatunku szkła zespołu soczewek.
 Koma – Polega na tym, że wiązka promieni świetlnych wychodząca z punktu położonego poza osią optyczną tworzy obraz w kształcie przecinka. Obiektywy pozbawione komy nazywa się aplanatami.
 Dystorsja – wynika ze zmienności powiększenia dla punktów leżących w różnej odległości od osi optycznej. Symetryczne układy soczewek są wolne od dystorsji, a obiektywy ze skorygowaną dystorsją nazywa się ortoskopowymi.

Jeden obiektyw często posiada skorygowane wiele wad, może być na przykład achromatycznym i ortoskopowym anastygmatem. Nazwy skorygowanych układów optycznych są często identyczne z nazwami własnymi (handlowymi) pierwszych obiektywów, które posiadały taką korekcję.

Specjalne rodzaje obiektywów fotograficznych

Teleobiektyw 

Teleobiektyw ze względu na specjalną konstrukcję ma odległość ogniskową większą niż długość jego obudowy. Potocznie mianem teleobiektywu określa się każdy obiektyw wąskokątny.

Obiektyw makro 

Obiektywy makrofotograficzne służą do wykonywania zdjęć, na których obiekt zostaje odwzorowany w naturalnych rozmiarach lub jest nieznacznie powiększony (kilka-kilkanaście razy).

Obiektyw lustrzany 

Obiektyw lustrzany to rodzaj teleobiektywu, w którym oprócz soczewek wykorzystano także lustra. Uzyskuje się dzięki temu zasadnicze zmniejszenie długości i masy.

Rybie oko 

Rybie oko to obiektyw o bardzo krótkiej ogniskowej z nieskorygowaną dystorsją beczkową. Tworzy obrazy o bardzo charakterystycznych zniekształceniach perspektywy.

Obiektyw reprodukcyjny 
Obiektywy reprodukcyjne służą do wykonywania reprodukcji poligraficznych. Stawia się im bardzo wysokie wymagania. Zwłaszcza istotna jest korekcja aberracji chromatycznej i krzywizny pola.

Obiektyw fotogrametryczny 
Obiektywy te służą do lotniczych zdjęć topograficznych. Stawia się im bardzo duże wymagania odnośnie do precyzji odwzorowania wymiarów.

Producenci 
W Polsce pierwszą produkcję obiektywów fotograficznych prowadziły następujące zakłady:
 Fabryka Przyrządów Optycznych „FOS” w Warszawie – przed I wojną światową
 Polskie Zakłady Optyczne (PZO) – po 1921
 Warszawskie Zakłady Fotooptyczne – w końcu lat 60. wcielone do PZO.
Obecnie w Polsce nie produkuje się obiektywów fotograficznych.

Łączna liczba firm, które produkują lub produkowały obiektywy fotograficzne znacznie przerasta sto.
 Do najbardziej znanych firm aktualnie produkujących obiektywy do własnych aparatów zaliczyć można:
 Canon,
 Nikon,
 Olympus,
 Panasonic wraz z Leicą,
 Pentax,
 Sony wraz z Minoltą.

 Najbardziej znane firmy produkujące wymienne obiektywy do aparatów różnych marek to:
 Tamron,
 Tokina,
 Sigma,
 Samyang,
 Zeiss.

Wyposażenie dodatkowe 
 Mieszek i pierścienie pośrednie to akcesoria używane w makrofotografii. Ich zadaniem jest zwiększenie odległości obiektywu od materiału światłoczułego, przez co zmniejsza się minimalna odległość fotografowania i rośnie skala odwzorowania,
 Soczewki nasadkowe i makrokonwertery mają również zastosowanie w makrofotografii. Zmniejszają ogniskową obiektywu przy zachowaniu odległości od materiału światłoczułego, przez co również rośnie skala odwzorowania,
 Adaptery,
 Filtry,
 Konwertery jak: telekonwerter, konwerter szerokokątny,
 Osłony przeciwsłoneczne.

Budowa obiektywów

Klasyczne obiektywy 
Współczesne obiektywy mają często bardzo złożoną budowę – liczba soczewek może przewyższać 20 (ułożonych w kilkunastu grupach). Stosuje się także szeroko soczewki asferyczne, które dzięki małym aberracjom często mogą zastąpić kilka soczewek sferycznych. W obiektywach wysokiej klasy powszechnie stosuje się nowe rodzaje szkła, o specjalnych właściwościach. Z tych powodów, oraz ze względu na używanie nazw klasycznych obiektywów do celów marketingowych, poniższe zestawienie ma charakter głównie historyczny.

 Obiektyw otworkowy – otworek może być uznany za najprostszy „okład optyczny” zdolny do wytworzenia rzeczywistego obrazu obiektów. Jasność takiego „obiektywu” jest niewielka (rzędu kilkuset), a obraz jest nieostry.
 Monokl, czyli menisk – to obiektyw składający się z jednej soczewki. Ze względu na kiepską jakość obrazy stosowany był tylko w najprostszych aparatach popularnych dużego i średniego formatu (na przykład w polskim Ami). Obecnie, przy użyciu soczewek asferycznych, możliwe osiągnięcie dużo lepszych rezultatów.
 Achromat – obiektyw z dwóch sklejonych soczewek, skupiającej i rozpraszającej, wykonanych z różnych gatunków szkła. Umożliwia częściową korekcję aberracji chromatycznej. Niegdyś achromaty były powszechnie używane do kamer wielkoformatowych i nazywane „obiektywami krajobrazowymi”.

 Obiektyw Petzvala – Został zbudowany w 1840 by przez Józsefa Petzvala. Składał się z dwóch zespołów po dwie soczewki, umieszczonych w dużej odległości, po obu stronach przysłony. Charakteryzował się bardzo dużą (jak na swoje czasy) jasnością (f/3,7) i kątem obrazu około 30°. Był bardzo popularny, zwłaszcza do końca XIX wieku. Jeszcze w latach 50 XX w. używano go często jako portretowego w wielkoformatowych kamerach studyjnych.
 Dublety – to obiektywy składające się z dwóch członów skupiających (często symetrycznych) umieszczonych po obu stronach przysłony.
 Peryskop – składa się z dwóch identycznych pojedynczych soczewek. Pozwalał wyeliminować dystorsję i komę, był stosowane w najprostszych aparatach i do konstrukcji pierwszych obiektywów szerokokątnych. Peryskopem był Bilar, stosowany w polskim popularnym aparacie fotograficznym Druh.
 Aplanat – zbudowany jest z dwu achromatów ustawionych symetrycznie.
 
Dagor – to pierwszy anastygmat, zbudowany w roku 1899. Składa się z dwóch członów zawierających po trzy soczewki. Miał bardzo dobre właściwości optyczne i jego konstrukcja była kopiowana przez innych producentów: Symmar Schneidera, Helioplan Meyera, Isogon Schneidera. Niektóre wersje tego obiektywu były zbudowane tak, że jego połówkę można było wykorzystać jako jednoelementowy obiektyw o dwukrotnie dłuższej ogniskowej.
 Tryplety – to obiektywy składające się z trzech grup soczewek – rozpraszającej pomiędzy dwiema skupiającymi. Wszystkie tryplety są anastygmatami, bardziej złożone z nich korygują również w znacznym stopniu inne aberracje.
 Tryplet Cooka to najprostsza wersja trypletu, składająca się z trzech pojedynczych soczewek. Była bardzo powszechnie stosowana w najprostszych popularnych aparatach, zarówno średniego formatu, jak i małoobrazkowych. Taką konstrukcję posiadały polskie obiektywy Emitar i Euktar stosowane w lustrzankach dwuobiektywowych Start oraz obiektyw T produkcji ZSRR stosowany w aparatach Smiena.
 Tryplety czterosoczewkowe – posiadają w jednej z grup dwie klejone soczewki. Zwykle jest to grupa tylna (Tessar Zeissa i bardzo liczne obiektywy pochodne), ale może też być przednia (Culminar Steinheila). Charakteryzowały się bardzo dobrą jakością obrazu przy umiarkowanej jasności i stosunkowo prostej konstrukcji. Do tej grupy należały zwykle niedrogie obiektywy standardowe do aparatów małoobrazkowych średniej klasy.
 
Tryplety wielosoczewkowe – bardziej złożone tryplety liczą od pięciu do siedmiu soczewek. Były budowane zarówno jako szeroko i wąskokątne, jak i standardowe. Wiele z nich osiąga bardzo wysoką jakość obrazu (i cenę). Charakteryzują się zwykle dużą jasnością (f/1,4 przy liczbie soczewek sięgającej siedmiu). Do bardziej znanych należą Hektor Leitza, Sonnar Zeissa, Heliar Voigtlandera, Primoplan Meyera, niektóre radzieckie Jupitery oraz liczne obiektywy japońskie.
 Obiektywy Gaussa – składają się z czterech członów, umieszczonych po dwa z obu stron przesłony. Większość wysokiej klasy obiektywów standardowych o dużej jasności (dochodzącej do f/1,2) do lustrzanek małoobrazkowych to obiektywy Gaussa. Można tu wymienić Biotar, Pancolar i Biometar Zeissa, Summilux, Summaron i Summicron Leitza, Nocton i Ultron Voigtlandera, radziecki Helios, oraz liczne obiektywy japońskie.

Powłoki przeciwodblaskowe 

Wszystkie współczesne obiektywy posiadają powłoki przeciwodblaskowe – pewną liczbę cienkich warstw odpowiednich substancji naniesionych na powierzchnie soczewek w celu zminimalizowania natężenia światła odbitego i zwiększenia natężenia światła przechodzącego. Zmniejszają znacząco możliwość powstawania flar.

Stabilizacja obrazu 

Stabilizator obrazu wbudowany w niektóre obiektywy to układ zapobiegający poruszeniu zdjęcia wynikającemu z drżenia aparatu przy długich czasach naświetlania. Pozwala na nawet 32-krotne przedłużenie czasu naświetlania przy fotografowaniu z ręki. Stabilizator wbudowany w obiektyw zwykle działa skuteczniej niż spotykany we wielu nowszych aparatach fotograficznych stabilizator korygujący położenie matrycy światłoczułej, szczególnie przy długich ogniskowych obiektywu. Jest on jednak znacznie droższy i z tego powodu jest wbudowywany w obiektywy wyższej klasy; często też na rynku znajdują się wersje zarówno z wbudowanym stabilizatorem, jak i bez niego.

Zobacz też 

 aparat fotograficzny

Przypisy

Bibliografia 
 Antoni Sojecki, Optyka, WSiP, Warszawa, 1977.
 Tadeusz Cyprian, Fotografia technika i technologia, WNT, Warszawa 1968.
 Stanisław Sommer, Witold Dederko, Vademecum fotografa, FAW, Warszawa 1956.

Linki zewnętrzne 
  
 Jak działa obiektyw?