November 18th, 2014

gagarin

Про геометрическую оптику

Как выяснилось в этом опросе, более 90 процентов откликнувшихся читателей правильно представляют роль зума: при неизменном положении фотоаппарата относительно объектов съемки, пропорции объектов остаются неизменными, независимо от зума. Более того, кадр телеобъектива (приближающего зума) ИДЕНТИЧЕН (с точностью до возможной нерезкости и разного уровня "зернистости" - шума от матрицы) центральной части кадра "широкого" зума. Почему это так? Смотрите. Как вообще устроен фотообъектив? Это линза - или несколько составленных вместе линз. Свойство выпуклой линзы собирать вместе лучи основано на свойстве призмы отклонять луч (зеленая линия). Если луч (синяя линия) попадает на периферийный участок линзы, он отклоняется как от призмы - потому что этот кусочек линзы и есть призма.
1
Наконец, если луч попадает в центральную часть линзы, где ее лицевая и оборотная стороны практически параллельны (красная линия), он проходит сквозь линзу как сквозь оконное стекло - практически прямо, без отклонения.

ВНИМАНИЕ, в сложном, многолинзовом объективе все точно так же (в том, что касается красной линии), поскольку центры всех линз лежат на одной линии (а плоскости линз параллельны).

Теперь представим себе яркую точку, расположенную примерно перед (не обязательно точно на оси) объектива. Часть испускаемых ею лучей попадет на периферийные части линзы и отклонятся (в разной степени), часть пройдут через центр по прямой.
2
Но важно - эти отклонения будут, благодаря тщательно подобранной форме (и материалу) линзы, точнее линз объектива, таковы, что все эти точки встретятся в одной точке, причем расположенной в плоскости пленки (матрицы) фотоаппарата. Иначе вместо яркой точки мы получим размытое пятно.

ВНИМАНИЕ, ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО: так как все лучи все равно встретятся, для построения картинки мы можем оставить только красные линии, иными словами, картинка, увиденная через линзу, будет совпадать с картинкой, увиденной через дырочку, расположенную там же, где центр линзы. Иными словами, для того, чтобы узнать, как будет выглядеть картинка (геометрически, без учета яркости), мы можем просто провести лучи от всех внешних объектов через одну точку (центр объектива) и продолжить их до пересечения с пленкой (матрицей). Широкоугольный зум и телескопический будут отличаться при этом только тем, на каком расстоянии находится пленка от дырочки: при широкоугольном близко, и на нее попадают лучи от большой части передней полусферы фотоаппарата, а при телескопической - далеко, и большая часть лучей пройдет мимо, только лучи от небольшого фрагмента окружающего мира попадут на кадр (но зато этот фрагмент займет ВЕСЬ кадр, то есть будет визуально увеличен). А отсюда прямо следует, что на "увеличенном" кадре будет просто центральная часть "широкого" кадра.

Рассуждение с дырочкой (т.н. "камерой обскура") неверно только в одном случае - если лучи пересекают линзу под таким большим углом (не перпендикулярно стеклу, а как бы "скользя"), что даже в центральной части линзы путь лучей искажается (как, кстати,искажает и оконное стекло, если смотреть сквозь него "скользя"). Но такое бывает только в объективах "фиш-ай".