Что такое фокусное и эквивалентное фокусное расстояние

Что такое фокусное расстояние объектива и эквивалентное фокусное расстояние?

Фокусное расстояние объектива, состоящего из одной тонкой линзы, — это дистанция от линзы до экрана, на котором параллельный пучок света, проходящий через линзу, соберется в точку (или изображение бесконечно удаленного объекта будет резким).

Фокусное расстояние — физическая характеристика оптической системы. Для центрированной оптической системы, состоящей из сферических поверхностей, описывает способность собирать лучи в одну точку при условии, что эти лучи идут из бесконечности параллельным пучком параллельно оптической оси.

Для системы линз, как и для простой линзы конечной толщины, фокусное расстояние зависит от радиусов кривизны поверхностей, показателей преломления стёкол и толщин. Определяется, как расстояние от передней главной точки до переднего фокуса (для переднего фокусного расстояния), и как расстояние от задней главной точки до заднего фокуса (для заднего фокусного расстояния). При этом, под главными точками подразумеваются точки пересечения передней (задней) главной плоскости с оптической осью. Величина заднего фокусного расстояния является основным параметром, которым принято характеризовать любую оптическую систему.

Фокусное расстояние многолинзового объектива совпадает с фокусным расстоянием однолинзового, создающего изображение одинакового с ним масштаба. Это определение не распространяется на объективы с наружными дисперсионными и внутренними коллективными элементами, называемыми на жаргоне «рыбий глаз».

Для практических целей гораздо важнее помнить, что от отношения фокусного расстояния к размеру матрицы зависит угол поля зрения камеры.

  • Если ФР примерно равно диагонали матрицы, то такое ФР называется «нормальным» и считается, что в этом случае угол зрения (45 градусов) соответствует возможностям человеческого глаза.
  • Если ФР больше диагонали матрицы, то такие объективы называют «длиннофокусными» или «телеобъективами» — они обеспечивают более сильное приближение по сравнению с «нормальными», но при этом уменьшается угол зрения.
  • Если ФР меньше диагонали матрицы, то такие объективы называют «короткофокусными» или «широкоугольными» — они обеспечивают расширение поля зрения по сравнению с «нормальными», но при этом уменьшаются размеры объектов в кадре.

Например, для матрицы 15х22 мм (APS-C) объектив с ФР 30 мм считается нормальным, для пленки 24х36 мм — широкоугольным, а для матрицы 5х7 мм (1/1.8") — длиннофокусным.

Поскольку использование отношения фокусного расстояния к диагонали матрицы не всегда удобно, для классификации систем «объектив-матрица» используется понятие эквивалентного фокусного расстояния (ЭФР). Условно принято, что ЭФР данной связки «объектив-матрица» — такое значение фокусного расстояния объектива, при котором на 35-мм пленке получается изображение с тем же углом зрения, что и при использовании данной связки. ЭФР=Kf*ФР.

Так, если у вас имеются две камеры с матрицами размером 24х36 мм и 15х22 мм, а также объектив с переменным фокусным расстоянием, то вставив его в «полнокадровую» камеру и установив ФР равным ЭФР для камеры с матрицей APS-C, вы сможете в видоискателе увидеть изображение, аналогичное видимому в видоискателе камеры с сенсором APS-C.

Приведем еще один пример использования ЭФР. Предположим, у нас есть ЦФК с объективом, имеющим ФР 7 мм, и с матрицей размера 1/1.8". Kf такой матрицы примерно равен 5. ЭФР=ФР*Kf=35 мм. Таким образом, пленочный 35-мм аппарат с объективом ФР=35 мм даст такой же угол зрения, что и ЦФК с матрицей 1/1.8 и ФР=7 мм.

Соответственно, исходя из значения ЭФР, мы можем классифицировать объективы таким образом:

  • ЭФР < 20 мм — сверхширокоугольные объективы;
  • 20 мм < ЭФР < 35 мм — широкоугольные объективы;
  • 45 мм < ЭФР < 55 мм — стандартные объективы;
  • 80 мм < ЭФР < 135 мм — портретные объективы (неофициально);
  • ЭФР > 130 мм — узкоугольные объективы (обычно используется просто термин «телеобъективы»).

Наглядно оценить поле зрения объективов с различными ЭФР и диагональными углами зрения вам поможет рисунок. Важно помнить, что термин «эквивалентное ФР» — условный и его можно использовать только для приведения к одному знаменателю углов зрения фотокамер с различными матрицами и объективами, а также для расчета безопасной выдержки при съемке с рук. Никакого технического смысла ЭФР не несет.