Objektiivin toiminta

Optinen kuva Camera obscura l. pimeä huone Optisen kuvan syntyminen on havaittu jo satoja vuosia sitten. Camera obscura oli piirtäjien apuväline. Daniel Barbaro esitteli ensimmäisen lasilinssillä varustetun camera obscuran vuonna 1568.

Perinteinen filmikamera Kohteesta heijastunut valo piirtää kuvan filmitasolle jossa se tallentuu filmille. 1. Valo kulkee kameran objektiivin läpi. 2. Himmentimen aukko säätelee objektiivin läpi pääsevän valon määrää.

Digitaalikamera Optinen periaate sama kuin filmikamerassa Filmin tilalla valoherkkä CCD-kenno

Objektiivi Objektiivi on yksinkertaisimmillaan linssi, joka kokoaa kohteen yhdestä pisteestä heijastuvat valonsäteet leikkaamaan yhdessä pisteessä objektiivin takana.

Pallopintaiset linssit aiheuttavat niiden reuna-alueilla valon taittumista eri kohtaan kuin linssin keskellä. Tätä ilmiötä korjaamaan on kehitetty asfääriset, eli pallopinnasta poikkeavat linssit.

Objektiivin polttoväli Objektiivin polttoväli ilmoitetaan millimetreissä. Yksinkertaisen linssin kohdalla polttoväli on objektiivin uloimman linssin etäisyys kuvapinnasta. 

Normaaliobjektiivi määritellään linssiksi, jonka polttoväli on syntyvän kuvan halkaisija -> vaihtelee filmin/CCD-kennon koosta riippuen. Esim. kinofilmikameran normaali-objektiivia (50 mm) vastaa digitaali-kamerassa CCD-kennon koosta riippuen n. 10 mm objektiivi. Yleensä polttoväli ilmoitetaan kinokoon mukaan.

Objektiivityypit Kalansilmäobjektiivit Alle 15 mm. Lyhimmillä polttoväleillä kuva on ympyrän muotoinen. Perspektiivi eli kuvakulma 150-180 astetta. Erikoislaajakulmaobjektiivit 15-20 mm. Vääristävät voimakkaasti perspektiiviä: suorat viivat kaartuvat, lähellä kameraa olevat objektit ovat suhteettoman suuria verrattuna kauempana oleviin. Perspektiivi on n. 110 astetta.

Laajakulmaobjektiivit 20-28 mm Laajakulmaobjektiivit 20-28 mm. Vääristävät perspektiiviä samalla tavoin kuin erikoislaajakulmaobjektiivit, mutta vähemmän. Perspektiivi on 80-110 astetta. Miedot laajakulmaobjektiivit 28-35 mm. Vääristymä hyvin lievä, ei kuitenkaan sovi yleensä muoto-kuvaukseen.

Normaaliobjektiivit 45-55 mm. Perspektiivi vastaa ihmisen näkökenttää Normaaliobjektiivit 45-55 mm. Perspektiivi vastaa ihmisen näkökenttää. Yleisobjektiivi. Pienet teleobjektiivit 70-150 mm. Etäisyydet eri tasojen välillä lyhenevät eli perspektiivi kutistuu. Muoto- ja esine-kuvaukseen. Perspektiivi 15-30 astetta.

Teleobjektiivit 180-400 mm. Perspektiivi kutistuu voimakkaasti Teleobjektiivit 180-400 mm. Perspektiivi kutistuu voimakkaasti. Tärähdysherkkä. Vaatii nopeita suljinaikoja (1/250 sekuntia tai vähemmän) ja/tai jalustaa. Luonto-, urheilu- ym. kuvauk-seen, jossa kohteen lähelle pääseminen aiheuttaa hankaluuksia. Perspektiivi 8-11 astetta.

Zoomobjektiivit 24-250 mm. Yhdessä objektiivissa useita polttovälejä Zoomobjektiivit 24-250 mm. Yhdessä objektiivissa useita polttovälejä. Haittana kiinteäpolttovälisiä objektiiveja huonompi valovoima ja piirtokyky. Kalliimmissa hinta-luokissa laatu paranee. Yleisobjektiiveja.

Erikoisobjektiivit Peiliteleobjektiivit 500-1000 mm. Koska linssien rakenne perustuu siihen, että valo kulkee peilien kautta objektiivin sisällä (polttoväli pitenee heijastusten kautta), linssin ulkoinen koko ei kasva suhteessa polttovälin kasvuun. Hyvin voimakas perspektiivin kutistuminen. Jalusta. Luonto-, urheilu ym. kuvaus.

Makro-objektiivit Lähikuvausobjektiiveja. Joissakin tavallisissa (esim Makro-objektiivit Lähikuvausobjektiiveja. Joissakin tavallisissa (esim. zoomeissa) linsseissä on makro-ominaisuudet mukana. Jopa 1:1 kuvaus mahdollista ilman lisävälineitä. Perspektiivin korjausobjektiivit 24-35 mm. Mahdollistaa laajakulman suoria viivoja kaartavan vääristymän korjaamisen esim. arkkitehtuurikuvauksessa. Telekonvertterit ja laajakulmalisäkkeet Optinen laite, joka sijoitetaan linssin ja kameran väliin tai linssin eteen. Muuttaa linssin polttoväliä pitemmäksi, mutta samalla huonontaa sen ominaisuuksia. Myös laajakulmalisäkkeitä on olemassa (yleisiä varsinkin digikameroissa, joissa ei vaihdettavaa objektiivia).

Polttovälin vaikutus Mitä lyhyempi polttoväli, sitä suurempi syväterävyysalue. Mitä lyhyempi polttoväli, sitä helpompi on välttää kameran tärähtäminen kuvatessa.

...ja sama päinvastoin Mitä pitempi polttoväli, sitä pienempi syväterävyysalue. Mitä pitempi polttoväli, sitä helpommin kamera kuvatessa tärähtää.

Mitä pitempi polttoväli, sitä kapeampi kuvakulma. Mitä pitempi polttoväli, sitä suurempana kohde toistuu. Mitä pitempi polttoväli, sitä enemmän optiikka samalle negatiivikoolle kuvattaessa latistaa perspektiiviä.

Objektiivin valovoima Valovoimasta pystyy päättelemään kuinka paljon joku optiikka verrattuna toiseen vaatii valotehoa. Objektiivin valovoima on suurimman aukon halkaisijan suhde polttoväliin Esim. f:1,4 on erittäin valovoimainen, f:8 huono.

Himmennin Himmennin on laite, jolla voidaan pienentää ja suurentaa aukkoa, jonka läpi valo kameraoptiikassa kulkee. Himmennin sijaitsee yleensä objektiivin sisällä linssiryhmien välissä.

Himmennin Himmennintä käytetään yhdessä sulkimen kanssa säätämään kameran valotusta eli filmille pääsevän valon määrää. Valomäärän lisäksi himmennin vaikuttaa syntyvän kuvan syväterävyysalueeseen. Digitaalikameroissa himmennin ei ole välttämätön.

Mitä suurempaan lukuarvoon himmennin säädetään, sitä pienempi on sen tuottama aukko ja sitä vähemmän valoa pääsee optiikan läpi. Himmennintä säädettäessä jokainen pykälä joko puolittaa tai tuplaa objektiivin läpi pääsevän valon määrän: f:2.8->f:5.6 valon määrä puolittuu kaksi kertaa eli vähenee neljännekseen f:16->f:11 valon määrä kaksinkertaistuu

Kaikkien kameroiden himmentimissä esiintyy sama peruslukusarja: 1, 1 Kaikkien kameroiden himmentimissä esiintyy sama peruslukusarja: 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64 jne. Himmentimessä esiintyvät lukuarvot on saatu jakamalla objektiivin polttoväli kunkin säädön tuottaman aukon halkaisijalla -> esim. aukosta 5.6 pääsee aina yhtä paljon valoa läpi, oli objektiivi millainen tahansa.

Himmennin ja suljin Himmennintä ja suljinaikaa säätämällä saadaan haluttu valotus. Filminherkkyys määrittelee valotuksen tason. Digikameroissa herkkyys voidaan säätää kameran valikosta.

Jos himmennystä lisätään eli aukkoa pienennetään, täytyy valotusaikaa pidentää. Vastaavasti jos valotusaika jossakin kuvaustilanteessa näyttää tulevan liian pitkäksi, on himmennystä vähennettävä eli aukkoa avattava.

Himmentimen aukon ja suljinajan säätöasteikot ovat kääntäen verrannolliset. Esimerkiksi f:5.6 ja 1/125 vastaa valotukseltaan arvoja f:8 ja 1/250. Objektiivin piirtokyky on huonoimmillaan aukkoasteikon ääripäissä.

Käytettävä suljinaika vaikuttaa käsivarakuvauksessa siihen kuinka herkästi kamera laukaistessa tärähtää. Nyrkkisääntönä voi pitää, että 1 jaettuna objektiivin polttovälillä on pisin aika, jota käsivarakuvauksessa voi käyttää ilman tärähdysvaaraa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kinofilmikameran 50mm normaalioptiikalla tuo aika on n. 1/50 eli ~1/60.

Syväterävyys Kuvan syväterävyys kasvaa himmennettäessä.

Himmentämisen lisäksi syväterävyysalueeseen vaikuttaa kuvaussuhde. Mitä pitempi objektiivin polttoväli, sitä lyhyempi syväterävyysalue Mitä lyhyempi polttoväli, sitä pitempi syväterävyysalue.

Mitä kauemmas optiikka tarkennetaan, sitä suurempi syväterävyysalue. Mitä lähemmäs tarkennetaan, sitä lyhyempi syväterävyysalue -> makrokuvauksessa käytettävä pientä aukkoa, jotta koko kohde piirtyy terävänä.

Optisen kuvan-muodostuksen fysikaalisten lainalaisuuksien vuoksi yksi kolmasosa syväterävyysalueesta sijoittuu tarkennustason etupuolelle ja kaksi kolmasosaa sen taakse.

Tarkennus Objektiivi tarkennetaan linssiryhmiä liikuttamalla. Automaattitarkenteisissa kameroissa linssejä liikutetaan moottorilla, joka sijaitsee joko objektiivissa tai kameran rungossa. Automaattitarkennus ei toimi kaikissa olosuhteissa, esimerkiksi jos valaistus ei ole riittävä.

Kuvavääristymät Digitaalikameroissa keskitytään usein helposti markkinoitaviin erikoisominaisuuksiin, eikä objektiivin laatuun kiinnitetä tarpeeksi huomiota. Heikkolaatuinen objektiivi saattaa aiheuttaa kuvaan vääristymiä, joita ei voi jälkikäteen korjata.

Tyyny- ja tynnyrivääristymät - esiintyy etenkin halvemmissa zoomobjektiiveissa

Halpojen objektiivien ongelmana on usein epätasainen valojakauma. Tuloksena voi olla kuvan nurkkien tummeneminen, joka näkyy etenkin kuvattaessa tasavärisiä kohteita, kuten rakennusten julkisivuja tai paperidokumentteja.

Useimmissa digitaalikameroissa ei ole kunnollista vastavalosuojaa Useimmissa digitaalikameroissa ei ole kunnollista vastavalosuojaa. Objektiivin ympäristö voi jopa olla valoa heijastava. Etuviistosta tuleva valo pääsee tällöin pilaamaan kuvan kontrastin ja aiheuttamaan valotusvirheitä tai heijastuksia kuvaan. Heijastumien vähentämiseksi ja kontrastin parantamiseksi on linssipinnat usein monikalvopäällystetty.