Угловое поле объектива

Углово́е по́ле объекти́ва в простра́нстве предме́тов — плоский угол между двумя лучами, проходящими через центр входного зрачка объектива к наиболее удалённым от оптической оси точкам объекта в пространстве предметов, отображающимся на противоположных краях кадрового окна (полевой диафрагмы). Для ортоскопического объектива при фиксированных размерах кадрового окна угловое поле обратно пропорционально фокусному расстоянию.

Угловое поле может быть измерено по горизонтали, вертикали и диагонали кадра

Максимальное угловое поле всегда меньше, чем у́гол по́ля зре́ния, который равен плоскому углу между линиями, соединяющими центр входного зрачка объектива с наиболее удалёнными от оптической оси точками, отображаемыми с приемлемой резкостью и допустимым виньетированием. Таким образом используется наиболее качественная часть поля изображения, ухудшающегося от центра к краям вследствие аберраций и виньетирования. Величина угла поля зрения определяется конструкцией оптической системы.

Значение углового поля

В практической фотографии величина углового поля объектива определяет масштаб, в котором отображаются предметы. Чем меньше угловое поле, тем крупнее отображается объект съёмки. Небольшие угловые поля характерны для длиннофокусных и телеобъективов. В то же время, крупные объекты, например здания, могут быть сняты целиком с близкого расстояния только широкоугольным объективом с достаточно большим угловым полем. Нормальные объективы, которыми штатно оснащается большинство фотоаппаратов, обладают угловым полем в пределах 45—60° по диагонали кадра.

Для большинства объективов, которые принято называть ортоскопическими благодаря их незначительной дисторсии, угловое поле однозначно выражается соотношением фокусного расстояния и размеров кадрового окна. Для дисторсирующих объективов (например, типа «рыбий глаз») вычисление углового поля значительно сложнее из-за необходимости учёта искажений. Угол, определяющий поле зрения, может лежать как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной или в плоскости диагонали кадрового окна. В фотографии чаще всего вычисляется диагональное угловое поле, как самое большое из всех, и определяющее минимальный необходимый угол поля зрения объектива. В кинематографе и на телевидении пропорции кадрового окна считаются более важными, и поэтому принимаются в расчёт горизонтальное и вертикальное угловые поля.

В российской и советской литературе угловое поле выражается удвоенным углом [math]\displaystyle{ 2\omega }[/math] между оптической осью и линией, соединяющей выходной зрачок с крайней отображаемой точкой. В иностранных источниках чаще используется полный угол [math]\displaystyle{ \alpha }[/math] между линиями, соединяющими противоположные крайние точки. Для ортоскопического объектива, сфокусированного на «бесконечность», угловое поле вычисляется по следующей формуле:

[math]\displaystyle{ \operatorname{tg} \omega = \frac {d} {2f'} }[/math]

где: [math]\displaystyle{ \omega }[/math] — половина углового поля в заданном направлении; [math]\displaystyle{ d }[/math] — соответствующий направлению размер кадрового окна; [math]\displaystyle{ f' }[/math] — заднее главное фокусное расстояние объектива. Например, для диагонали малоформатного кадра, составляющей 43,27 мм, угловое поле нормального объектива с фокусным расстоянием 50 мм составляет 46° 50'. Каждому объективу с постоянным фокусным расстоянием соответствует фиксированное угловое поле. Этот же параметр у зум-объективов изменяется одновременно с фокусным расстоянием.

При фокусировке на конечные дистанции угловое поле уменьшается в результате выдвижения объектива. Однако, в большинстве случаев этим уменьшением можно пренебречь, поскольку его величина незначительна. Уменьшение углового поля приобретает заметные величины только в случае макросъёмки, когда выдвижение объектива сопоставимо с его фокусным расстоянием.

Угловое поле в пространстве изображений

Угловому полю в пространстве предметов соответствует угловое поле в пространстве изображений. Последним считается угол между линиями, соединяющими центр выходного зрачка с крайними точками кадрового окна. В иностранных источниках фигурирует полный угол [math]\displaystyle{ \alpha' }[/math], тогда как в российских и советских принято использовать удвоенный угол [math]\displaystyle{ 2\omega' }[/math] между оптической осью и краем кадрового окна. Точно так же углу поля зрения, расположенному в пространстве предметов, соответствует угол поля изображения.

Соотношение угловых полей в пространствах предметов и изображений зависит от коэффициентов преломления среды в каждом из пространств, а также от линейного увеличения во входном и выходном зрачках. В случае однородной среды в обоих пространствах и при симметричной конструкции объектива, угловые поля совпадают. В объективах специальных конструкций угловое поле в пространстве предметов может превосходить этот же параметр в пространстве изображений, или быть меньше него.

Наиболее известным примером разных угловых полей считаются телеобъективы и широкоугольники ретрофокусного типа, предназначенные для однообъективных зеркальных фотоаппаратов и кинокамер с зеркальным обтюратором. Все телеобъективы обладают угловым полем в пространстве предметов, значительно меньшим, чем в пространстве изображений. Для широкоугольных объективов характерно обратное соотношение. В первом случае конструкция объектива позволяет сохранить небольшие размеры его линз и оправы при большом масштабе изображения. Ретрофокусные широкоугольники дают возможность сохранить за объективом пространство для подвижного зеркала при достаточно широком угловом поле.

Угловые поля разных пространств также не совпадают в телецентрических объективах, один из зрачков которых находится в «бесконечности».

См. также

• Поле зрения объектива
• Кроп-фактор

Литература

• Д. С. Волосов. Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 64—68. — 543 с.

• Гордийчук О. Ф., Пелль В. Г. Раздел III. Киносъёмочные объективы // Справочник кинооператора / Н. Н. Жердецкая. — М.: «Искусство», 1979. — С. 143—173. — 440 с.

• Н. П. Заказнов, С. И. Кирюшин, В. И. Кузичев. Глава VI. Ограничение пучков в оптических системах // Теория оптических систем / Т. В. Абивова. — М.: «Машиностроение», 1992. — С. 92—103. — 448 с. — 2300 экз. — ISBN 5-217-01995-6.

• Е. А. Иофис. Техника фотографии. — М.: «Искусство», 1973. — 349 с.

• Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 234. — 447 с.

• В. А. Панов. Глава 2. Геометрическая оптика // Справочник конструктора оптико-механических приборов / В. В. Хваловский. — Л.: «Машиностроение», 1980. — С. 63—146. — 742 с. — 25 000 экз.

• Фомин А. В. § 5. Фотографические объективы // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 12—25. — 256 с. — 50 000 экз.