Element · jedna soczewkaGrupa · sklejonaPrzysłona · w środkuOstrzenie · co się rusza
Rozdział 16 / Konstrukcje

Anatomia obiektywu

Zanim porównamy układy, warto umieć je czytać: co to jest grupa, dlaczego elementy się skleja, gdzie siedzi przysłona i co właściwie rusza się przy ostrzeniu.

TL;DR
Słownik przekroju · trzy różne liczby

Element, grupa, powierzchnia

Dane obiektywu podaje się zwykle w formie „11 elementów w 8 grupach”. Wygląda to na jedną informację zapisaną dwa razy, a jest na dwie informacje o dwóch różnych rzeczach — i żadna z nich nie jest tą, która nas najbardziej obchodzi.

Element to jedna soczewka: jeden kawałek szkła o dwóch powierzchniach. Grupa to zestaw elementów, które są ze sobą sklejone albo poruszają się razem — z punktu widzenia mechaniki jeden byt. Jedenaście elementów w ośmiu grupach znaczy więc, że gdzieś w środku są trzy sklejenia.

Liczba, która naprawdę rządzi obrazem, jest trzecia i prawie nigdy nie bywa podawana: liczba granic między szkłem a powietrzem. To one odbijają cztery procent, o czym cały Rozdział 3, i to ich pary tworzą ghosty. Sklejenie dwóch elementów zabiera dwie takie granice i zamienia je na jedną granicę szkła ze szkłem, o odbiciu kilkadziesiąt razy słabszym — rachunek jest w Rozdziale 15.

Przekrój i jego trzy liczby7 elementów · 5 grup · 10 granic
matryca element przysłona grupa sklejona · dwa elementy, jedna granica wewnętrzna czerwone kreski · granice szkło–powietrze, każda odbija
Siedem elementów, ale tylko dziesięć granic z powietrzem — bo dwie z nich zniknęły w sklejeniu, a dwie ostatnie leżą poza rysunkiem.

Praktyczny wniosek jest taki, że z dwóch obiektywów o tej samej liczbie elementów lepszy kontrast ma ten o mniejszej liczbie grup. Mniej grup przy tej samej liczbie elementów znaczy więcej sklejeń, a każde sklejenie to dwie granice mniej. Dane producenta pozwalają to policzyć w pamięci: granice z powietrzem to dwa razy liczba grup.

Warto przy tym wiedzieć, dlaczego nie skleja się wszystkiego. Sklejenie wymaga, żeby stykające się powierzchnie miały identyczną krzywiznę — jedna wypukła, druga wklęsła o tym samym promieniu. Jest to poważne ograniczenie projektowe: konstruktor traci jeden stopień swobody na każde sklejenie, bo dwie krzywizny przestają być niezależne. Do tego dochodzą ograniczenia materiałowe z Rozdziału 15: zbliżona rozszerzalność cieplna i średnica, przy której kit jeszcze wytrzymuje naprężenia.

Stąd bierze się obserwacja, która na pierwszy rzut oka wygląda na paradoks: obiektywy jasne i duże mają zwykle mniej sklejeń niż tanie i małe. Nie dlatego, że są gorzej zaprojektowane — dlatego, że przy dużych średnicach sklejanie przestaje być wykonalne, a konstruktor woli mieć swobodę krzywizn niż dwie granice mniej. Cenę tego wyboru widać potem jako podatność na flarę przy świetle w kadrze.

Jest jeszcze jedna liczba, która bywa podawana i którą warto umieć zignorować: liczba listków przysłony. Jest ważna dla kształtu bokeh z Rozdziału 9 i dla gwiazdek, ale nie mówi absolutnie nic o jakości układu optycznego. Bywa jedyną liczbą podawaną w tanich zestawieniach właśnie dlatego, że nic nie kosztuje.

Przysłona · trzy skutki jednego położenia

Dlaczego przysłona stoi akurat tam

Na każdym przekroju widać, gdzie leży przysłona, i nie jest to miejsce przypadkowe ani wybrane dla wygody mechanika. Jej położenie rozstrzyga naraz o trzech rzeczach, z których każda była tematem osobnego rozdziału.

Jedno położenie, trzy konsekwencjemapa decyzji konstruktora
PRZED SZKŁEMW ŚRODKU, SYMETRYCZNIEZA SZKŁEM beczka źrenica wejściowa mała bo nic jej nie powiększa zero dystorsji i zero komy, i zero TCA ale odcinek tylny krótki poduszka źrenica wyjściowa blisko skośne padanie w rogach
Środkowa kolumna wygląda na wybór oczywisty — i byłaby nim, gdyby nie to, że wymusza krótki odcinek tylny.

Pierwsza konsekwencja to znak dystorsji, opisany w Rozdziale 13: przysłona z przodu daje beczkę, z tyłu poduszkę, a układ symetryczny znosi ją do zera. Druga to rozmiary obu źrenic z Rozdziału 7 — im więcej szkła stoi przed przysłoną, tym bardziej powiększona źrenica wejściowa, a więc tym większa przednia soczewka potrzebna do zadanej jasności.

Trzecia jest mechaniczna i to ona najczęściej wygrywa. Symetria wymaga, żeby za przysłoną zostało tyle samo szkła co przed nią — a to spycha ostatni element blisko matrycy. W lustrzance nie ma tam miejsca, bo musi się zmieścić lustro. Stąd cała rodzina konstrukcji łamiących symetrię celowo, o których w Rozdziale 18.

Ta trzecia konsekwencja tłumaczy jedną z większych zmian ostatniej dekady. Bezlusterkowiec nie ma lustra, więc jego odcinek bagnetowy jest o połowę krótszy — osiemnaście milimetrów zamiast czterdziestu czterech, jak podaje tabela w Dodatku C. Konstruktor odzyskał dzięki temu miejsce za przysłoną i możliwość budowania układów bliskich symetrii tam, gdzie przez pół wieku było to niemożliwe. Stąd bierze się skok jakości szerokich kątów, który nie ma nic wspólnego ani z nowymi szkłami, ani z lepszymi powłokami — wynika z geometrii mocowania.

Warto też zauważyć, że przysłona jest jedynym elementem obiektywu, który zmienia się w czasie ujęcia. Wszystkie soczewki stoją tam, gdzie je postawiono; przysłona ma pierścień i bywa nim kręcona. Dlatego wszystkie zjawiska zależne od jej wielkości — głębia, bokeh, winietowanie optyczne, gwiazdki, poświata — są jedynymi, które w gotowym materiale mogą się zmienić w obrębie jednego ujęcia, i to bez ruchu kamery.

Ostrzenie · co dokładnie się rusza

Trzy sposoby ustawiania ostrości

Z Rozdziału 4 wiemy, że ostrzenie polega na zmianie odległości między obiektywem a matrycą. Zrealizować to można na trzy sposoby, a wybór między nimi zostawia w obrazie ślady, których nie da się potem usunąć.

Wysuw całego układu to rozwiązanie najstarsze i optycznie najczystsze: cała optyka odjeżdża od matrycy, wszystkie odległości wewnętrzne zostają nietknięte, więc korekcja nie rusza się ani o włos. Cena jest mechaniczna — trzeba poruszyć całą masę szkła — i kadrowa, bo wysuw zmienia kąt widzenia.

Ostrzenie wewnętrzne przesuwa tylko jedną grupę w środku układu. Masa w ruchu jest mała, więc napęd może być szybki i cichy, a długość tubusa nie zmienia się wcale. Płaci się za to tym, że przesuwanie grupy zmienia korekcję — obiektyw ostrzony blisko jest optycznie innym obiektywem niż ten sam ostrzony na nieskończoność.

Ostrzenie tylną grupą jest wariantem powyższego, wybieranym tam, gdzie przednia soczewka jest zbyt ciężka, żeby nią ruszać. Zachowuje się podobnie, z tą różnicą, że mocniej rusza źrenicą wyjściową — a więc kątem padania na matrycę z Rozdziału 7.

Ostrzenie i oddechten sam dystans, dwa mechanizmy
nieskończoność
WYSUW CAŁEGO UKŁADU OSTRZENIE WEWNĘTRZNE wszystkie odległości wewnętrzne stałe korekcja nietknięta, kadr się zmienia rusza się jedna grupa, tubus stały korekcja się zmienia razem z ostrością Na nieskończoność wysuw wynosi zero.
Pięćdziesiątka ostrzona na nieskończoność: matryca leży dokładnie w ognisku.

Dla artysty CG najważniejsza jest jedna konsekwencja tego podziału: przy ostrzeniu przesuwa się źrenica wejściowa, czyli punkt, w którym stoi kamera. Dla stałki z wysuwem całego układu przesunięcie jest równe wysuwowi i daje się policzyć; dla konstrukcji z ostrzeniem wewnętrznym bywa nieoczywiste i trzeba je zmierzyć metodą z Dodatku AE. W ujęciu, w którym ostrość się zmienia, pivot wirtualnej kamery powinien iść za nią.

Czytanie · co widać na przekroju

Jak czytać rysunek producenta

Przekroje publikowane w materiałach producentów wyglądają na ozdobniki, a niosą komplet informacji potrzebny do przewidzenia charakteru obiektywu. Warto wiedzieć, czego w nich szukać.

Kolory oznaczają szkło specjalne. Elementy wyróżnione — zwykle na żółto, zielono albo niebiesko — to szkła ED, asfery albo fluoryt. Ich liczba i położenie mówią, na co konstruktor wydał budżet: asfera blisko przysłony pracuje głównie nad sferyczną, asfera z przodu nad dystorsją i winietowaniem.

Kształt pierwszego elementu zdradza typ. Duża, silnie wypukła przednia soczewka to konstrukcja jasna albo teleobiektyw. Duża, wklęsła od przodu — retrofokus, czyli szeroki kąt do korpusu z lustrem. Mała i płaska przy długim tubusie — najprawdopodobniej katadioptryk, o którym w Rozdziale 18.

Pierwszy elementtrzy kształty, trzy rodziny
DUŻA, WYPUKŁADUŻA, WKLĘSŁA OD PRZODUMAŁA, PŁASKA jasna stałka lub tele źrenica musi się zmieścić retrofokus · szeroki kąt rozpycha wiązkę, żeby zmieścić lustro katadioptryk · lustra stąd pączkowe bokeh
Trzy kształty, które da się rozpoznać gołym okiem na obiektywie leżącym na stole — bez żadnego rysunku producenta.

Rozpoznanie działa też w drugą stronę i bywa użyteczne przy ocenie materiału. Jeśli w ujęciu widać wyraźne pączkowe bokeh, obiektyw był katadioptrykiem, a to natychmiast mówi ci o nim jeszcze trzy rzeczy: był długi, miał stałą przysłonę bez możliwości przymknięcia i najprawdopodobniej niski kontrast. Jeden objaw, cztery informacje.

Asymetria wokół przysłony mówi o dystorsji. Jeśli po jednej stronie przysłony jest wyraźnie więcej szkła niż po drugiej, spodziewaj się dystorsji o znaku wynikającym z tego, po której stronie. Układ wizualnie symetryczny prawie na pewno ma dystorsję poniżej pół procenta — i to jest jedyna cecha, którą da się odczytać z rysunku niemal na pewno.

Ostatnia uwaga dotyczy tego, czego na przekroju nie widać, a co decyduje o połowie charakteru: powłok, czernienia krawędzi i wewnętrznych przesłon. Dwa obiektywy o identycznym rysunku mogą różnić się kontrastem o kilkadziesiąt procent, jeśli jeden ma matowane krawędzie soczewek, a drugi nie. Rysunek opisuje optykę; charakter powstaje w równym stopniu w tym, co między szkłem.

Z praktyki

Granice z powietrzem to dwa razy liczba grup. Ta jedna zamiana pozwala z danych producenta oszacować podatność na flarę bez żadnego testu. „15 elementów w 11 grupach” to dwadzieścia dwie granice; „11 elementów w 7 grupach” to czternaście. Drugi obiektyw będzie miał wyraźnie głębszą czerń przy świetle w kadrze, nawet jeśli ma gorsze powłoki.

Sprawdź, czy obiektyw oddycha, zanim zaczniesz tracking. Zrób ujęcie z przejściem ostrości na statywie, bez ruchu kamery. Jeśli kadr się zmienia, solver zinterpretuje to jako ruch kamery albo zmianę ogniskowej — i wynik będzie się zgadzał w jednej klatce, a rozjeżdżał w pozostałych. To pięć minut, które ratuje ujęcie.

Przy ujęciu z przejściem ostrości animuj pozycję kamery, nie tylko focus distance. Prawdziwy obiektyw przesuwa przy ostrzeniu źrenicę wejściową, czyli punkt widzenia. Renderer tego nie robi sam. Przy bliskim planie i długim przejściu różnica bywa widoczna na krawędziach obiektów przesłaniających.

Słowniczek
element
Pojedyncza soczewka, jeden kawałek szkła o dwóch powierzchniach.
grupa
Zestaw elementów sklejonych albo poruszających się razem. Liczba grup razy dwa daje liczbę granic ze szkła na powietrze.
ostrzenie wewnętrzne (IF)
Ustawianie ostrości przez przesuwanie jednej grupy wewnątrz układu. Tubus nie zmienia długości, ale korekcja zmienia się razem z odległością.
oddech obiektywu (breathing)
Zmiana kąta widzenia przy ostrzeniu. Skutek uboczny mechanizmu ostrzenia, nie wada.
odcinek tylny
Odległość od ostatniej powierzchni szkła do matrycy. To on decyduje, czy układ zmieści lustro — i czy może być symetryczny.