Optyka Twojego aparatu
Fotografia jest nierozerwalnie związana ze światłem. Im lepiej rozumiemy jego zachowanie i sposób, w jaki oddziałuje z naszym sprzętem, tym większe mamy szanse na uzyskanie doskonałego zdjęcia.
Przyjrzyjmy się budowie aparatu i obiektywu oraz czynnikom, które wpływają na ich konstrukcję i działanie.
Ceny obiektywów różnią się od siebie znacząco. Ogólna zasada jest prosta: im więcej płacisz, tym lepsza jakość optyczna. Ale co tak naprawdę kryje się za tą różnicą?
Zazwyczaj myślimy przede wszystkim o jasności obiektywu. Jasne obiektywy umożliwiają uzyskanie płytszej głębi ostrości i krótszych czasów naświetlania — stąd ich popularna nazwa „szybkie". Można przyjąć, że im szersza przysłona, tym lepszy i droższy obiektyw, choć to nie jest żelazna reguła. Popularny „Nifty Fifty", czyli obiektyw 50 mm f/1,8, jest stosunkowo tani, zaskakująco ostry i daje atrakcyjne rezultaty — mimo że nie jest pozbawiony wad.
Wysoka jakość odwzorowania wymaga absolutnej precyzji wykonania, dzięki której uzyskujemy ostre obrazy z wiernym oddaniem kolorów, dobrym kontrastem i brakiem artefaktów. Warto jednak pamiętać, że żaden obiektyw nie jest idealny.
Nawet jeśli nie możesz sobie pozwolić na szkło najwyższej klasy, nowoczesne oprogramowanie do obróbki zdjęć potrafi wyciągnąć ze słabszych obiektywów znacznie więcej niż kiedykolwiek wcześniej.
Obiektyw to złożony układ wielu pojedynczych elementów szklanych, które zbierają światło i skupiają je na matrycy lub filmie. Każde przejście przez kolejny element wiąże się z częściową utratą lub zniekształceniem światła. Dlatego projektowanie obiektywów to nieustanne szukanie kompromisów — każde rozwiązanie jednego problemu często rodzi kolejny, najczęściej niepożądany, efekt uboczny.
Najnowsze technologie i udoskonalone projekty pomagają minimalizować te niedoskonałości. Mimo to światło napotyka na swojej drodze do matrycy wiele przeszkód.
Refrakcja
Przechodząc przez obiektyw, światło ulega ugięciu na każdym elemencie optycznym. To zjawisko nazywamy refrakcją i właśnie dzięki niemu możliwe jest precyzyjne odwzorowanie obrazu na matrycy lub filmie. Każde urządzenie optyczne opiera swoje działanie na tym zjawisku.
Refrakcja zachodzi wtedy, gdy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego. Każdy z nas to zaobserwował — łyżka zanurzona w szklance wody wydaje się być wygięta. Dzieje się tak dlatego, że światło porusza się z różną prędkością w różnych ośrodkach.
W próżni światło przemieszcza się z prędkością 299 792 458 m/s. W powietrzu jest wolniejsze zaledwie o 89 911 m/s.
Woda spowalnia światło znacznie bardziej — aż do około 225 000 000 m/s, co stanowi różnicę 74 702 547 m/s. W szkle o niskim współczynniku załamania prędkość wynosi około 200 000 000 m/s, natomiast w szkle wysokoindeksowym — jedynie 158 000 000 m/s. To aż o 52,7% wolniej niż w próżni.
Aberracja chromatyczna
Jednym z kluczowych wyzwań projektantów obiektywów jest rozszczepianie się światła podczas jego ugięcia. To, co postrzegamy jako białe światło, w rzeczywistości jest mieszaniną różnych długości fal widzialnych. Przechodząc z powietrza do szkła, światło ugina się i rozszczepia na barwy składowe: czerwoną, pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską, indygo i fioletową. To zjawisko obserwujemy choćby w kroplach deszczu tworzących tęczę.
Słabej jakości obiektyw może niechcący rozszczepić światło w podobny sposób, powodując pojawienie się kolorowych obwódek wokół krawędzi o wysokim kontraście. Ten artefakt nosi nazwę aberracji chromatycznej.
Aby temu zapobiec, producenci sięgają po szkło wysokiej jakości o dużym współczynniku załamania i niskiej dyspersji. Szkło HR mocniej ugina światło niż szkło niskoideksowe, a niskodyspersyjne dodatki zapobiegają rozszczepianiu się wiązki na barwy składowe. Oznaczenia takie jak ED (Nikon, Fujifilm, OM System), LD (Tamron, Pentax), UD (Canon) czy SLD (Sigma) odnoszą się właśnie do konkretnych rodzajów takich elementów optycznych — każdy z nich jest precyzyjnie formowany, szlifowany i polerowany.
Odbicie światła
Patrząc na szybę, dostrzegamy odbijające się w niej światło. Dla producentów obiektywów to poważny problem — im więcej światła się odbija, tym mniej dociera do matrycy aparatu. Dlatego stosują oni nanopowłoki nakładane na powierzchnie elementów. Te mikroskopijnie cienkie warstwy znacząco ograniczają odbicia, poprawiają transmisję światła, zwiększają kontrast oraz redukują flary i duchy optyczne wywoływane przez rozproszone światło wewnątrz obiektywu.
Korygowanie zniekształceń
Nawet z nanopowłokami każda granica powietrze–szkło pochłania część światła. Dlatego korzystne jest, gdy obiektyw ma jak najmniej elementów. Jednak poza aberracją chromatyczną, flarami i ghostingiem, projektanci muszą zmagać się z szeregiem innych zniekształceń — co zmusza ich do stosowania dodatkowych elementów optycznych.
Jednym z najskuteczniejszych narzędzi są elementy asferyczne. Ich precyzyjnie ukształtowane, nieidealne sferycznie powierzchnie niwelują aberracje, z którymi tradycyjne elementy sferyczne sobie nie radzą.
Ciekawe artykuły:
Aberracja sferyczna
Aberracja sferyczna objawia się rozmyciem przy krawędziach kadru, szczególnie przy otwartej przysłonie, oraz utratą kontrastu obrazu. Niedostateczna korekcja może dawać miękki, delikatny wygląd zdjęć — co bywa celowo wykorzystywane w obiektywach portretowych. Z kolei zbyt duża korekcja powoduje twardy, surowy charakter obrazu oraz może wywoływać dystorsję beczkową lub poduszkową.
Dystorsja beczkowa i poduszkowa
Obydwa typy zniekształceń wynikają z nierównomiernego powiększenia w obrębie kadru. Dystorsja beczkowa, typowa dla obiektywów szerokokątnych, sprawia, że proste linie wyginają się ku zewnętrzu w środkowej części obrazu.
Z kolei dystorsja poduszkowa, częściej spotykana w teleobiektywach, powoduje wygięcie prostych linii do wewnątrz.
Koma
Koma to aberracja optyczna, w której źródła światła przy krawędziach kadru przyjmują rozmazany kształt z kierunkowym „ogonem" — przypominającym miniaturowe komety lub skrzydła ptaka. Przyczyną jest asymetria w sposobie, w jaki obiektyw załamuje światło z obrzeży, prowadząca do zmiennego powiększenia między centrum a krawędziami soczewki.
Astygmatyzm
Astygmatyzm pojawia się wtedy, gdy obiektyw nie potrafi skupić światła z peryferyjnych obszarów sceny w jednym ostrym punkcie na matrycy. Zamiast tego światło ogniskuje się w dwóch różnych kierunkach, przez co punktowe źródła światła przy krawędziach kadru wydają się rozciągnięte lub rozmazane.
Krzywizna pola
Gdy obiektyw ogniskuje obraz na zakrzywionej, a nie płaskiej płaszczyźnie, mówimy o krzywiźnie pola. Ponieważ matryca aparatu jest płaska, rogii kadru stają się miękkie — po prostu dlatego, że obszar najlepszej ostrości nie jest płaski. Przy tym defekcie możesz wybrać, czy chcesz mieć ostre centrum czy ostre narożniki — uzyskanie ich jednocześnie jest niemożliwe.
Winietowanie
Winietowanie objawia się ściemnieniem rogów kadru. Problem ten najczęściej dotyczy obiektywów szerokokątnych.
Obiektywy zmiennoogniskowe (zoom)
Choć mniejsza liczba elementów optycznych jest korzystna, skomplikowane konstrukcje zoomów wymagają więcej szkła. Na szczęście nowoczesne technologie i udoskonalone projekty pozwalają zoptymalizować układ elementów i zminimalizować liczbę niepotrzebnych powierzchni.
Elementy optyczne muszą być precyzyjnie ustawione mechanicznie wewnątrz tubusu, który z kolei zaprojektowany jest tak, by odbijać jak najmniej światła. Wnętrze tubusu pokryte jest matową, czarną powłoką z ryflowaniem lub mikroteksturowaną powierzchnią, która pochłania światło zamiast je odbijać.
Cechy obiektywów wyższej jakości
Choć nie wpływają bezpośrednio na transmisję światła, uszczelnienie przed warunkami atmosferycznymi oraz powłoka fluorowa na przednim elemencie chronią obiektyw przed zabrudzeniem i w dłuższej perspektywie pomagają zachować jego właściwości optyczne.
Wysokiej klasy zoomy, oprócz większej jasności, dzięki inteligentnemu inżynieryjnemu rozwiązaniu utrzymują stałą liczbę przysłony w całym zakresie ogniskowych.
Lepsze obiektywy oferują również dodatkowe funkcje, takie jak programowalne przyciski funkcyjne, presety ostrości, wbudowane telekonwertery czy stabilizacja obrazu. Mogą być też wykonane w całości z metalu — często z lekkiego, ale wytrzymałego stopu technicznego.
Przysłona
Wewnątrz obiektywu znajdują się listki przysłony, które otwierają się i zamykają, regulując ilość wpuszczanego światła. Ich liczba i kształt mają znaczący wpływ nie tylko na ekspozycję i głębię ostrości, ale też na wygląd fotografii w inny, często niedoceniany sposób.
Starsze obiektywy miały zazwyczaj zaledwie kilka prostych listków. Współczesne, wysokiej klasy konstrukcje wyposażone są w więcej listków o zaokrąglonych krawędziach. Kształt i liczba listków decydują o charakterze bokeh — czyli wyglądzie rozmytych punktów świetlnych poza obszarem ostrości. Obiektyw sześciolistkowy tworzy sześciokątne „bąble" bokeh, natomiast obiektyw z wieloma zaokrąglonymi listkami generuje okrągłe, płynnie rozmyte kółka. Liczba listków wpływa też na wygląd efektu gwiazdy — na przykład wokół wschodzącego słońca.
Choć obecnie panuje tendencja do faworyzowania obiektywów z wieloma zaokrąglonymi listkami, kwestia ta pozostaje subiektywna — wielu fotografów ceni sobie unikalny charakter bokeh dawnych obiektywów z sześcioma listkami.
Dlaczego warto zainwestować w lepszy obiektyw?
Każda sytuacja fotograficzna wiąże się z inną ilością i jakością światła — bezpośredniego lub odbitego, padającego z różnych kierunków. Aparat i obiektyw muszą sobie radzić w rozmaitych warunkach. Parafrazując słynny cytat: wszystkie aparaty są wszechstronne, ale niektóre są wszechstronne bardziej niż inne.
Nowy aparat to zawsze przyjemność. Funkcje dostępne dziś jedynie w topowych modelach — choćby możliwość pracy przy wyższych wartościach ISO — z czasem trafiają do średniej półki. Jednak to obiektyw robi największą różnicę w jakości zdjęcia. Inwestycja w jasny, ostry obiektyw z minimalną ilością zniekształceń i artefaktów oraz doskonałym mikrokontrastem (czyli subtelnymi przejściami tonalnymi na granicach jasnych i ciemnych obszarów, które nadają teksturom trójwymiarowy, życiowy charakter) przynosi najlepsze efekty.
W kolejnym artykule z tej serii przyjrzymy się kolorowi, intensywności (luminancji) oraz kierunkowi światła.
