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)^[1][2]. Для ортоскопического объектива при фиксированных размерах кадрового окна угловое поле обратно пропорционально фокусному расстоянию^[3].

По́ле зре́ния объекти́ва — часть пространства предметов, отображаемая объективом или другой оптической системой^[4]. В приближённом виде представляет собой конический или четырёхгранный телесный угол с вершиной в центре входного зрачка объектива. Поле зрения зависит от конструкции объектива и может ограничиваться полевыми диафрагмами, например, кадровым окном или блендой. В практической фотографии и кинематографе чаще используется понятие угловое поле объектива.

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^[5]. Таким образом используется наиболее качественная часть поля изображения, ухудшающегося от центра к краям вследствие аберраций и виньетирования^[6]. Величина угла поля зрения определяется конструкцией оптической системы^[4].

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^[5].

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^[5]. 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 ${\displaystyle 2\omega }$ между оптической осью и линией, соединяющей выходной зрачок с крайней отображаемой точкой^[1]. В иностранных источниках чаще используется полный угол ${\displaystyle \alpha }$ между линиями, соединяющими противоположные крайние точки. Для ортоскопического объектива, сфокусированного на «бесконечность», угловое поле вычисляется по следующей формуле^[7][6]:

${\displaystyle \operatorname {tg} \omega ={\frac {d}{2f'}}}$

где: ${\displaystyle \omega }$ — половина углового поля в заданном направлении; ${\displaystyle d}$ — соответствующий направлению размер кадрового окна; ${\displaystyle f'}$ — 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^[8]. Уменьшение углового поля приобретает заметные величины только в случае макросъёмки, когда выдвижение объектива сопоставимо с его фокусным расстоянием.

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 ${\displaystyle \alpha '}$, тогда как в российских и советских принято использовать удвоенный угол ${\displaystyle 2\omega '}$ между оптической осью и краем кадрового окна. Точно так же углу поля зрения, расположенному в пространстве предметов, соответствует угол поля изображения^[2].

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^[9]. 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^[10].

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

• Кроп-фактор

• 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.