Objektiv

Denna artikel behandlar objektiv som ett optiskt begrepp. För det att vara objektiv, se Objektivitet.

Objektiv på bälgkamera från 1930-talet.

1:2,8/50 Macro - 1:4-5.6/70-300 - 1:4-5.6/10-20

Ett objektiv är ett integrerat system som innehåller ett eller flera linselement och som används för en kamera, ett mikroskop, ett teleskop eller en kikare. Här beskrivs objektiv som del av en kamera, men principerna är tillämpliga på de övriga instrumenten.

Till skillnad från engelska, är det i svenskt språkbruk olämpligt att kalla ett objektiv för lins, särskilt om det består av flera linselement.

Allmänt

Ett objektiv kan vara fast vid kamerahuset eller utbytbart (s.k. systemkamera). Vanligtvis finns en fokuseringsmekanism samt en mekanism för att välja bländarvärde som reglerar hur mycket ljus som ska släppas in. Beroende på kameratyp kan det också finnas en integrerad slutare.

De allra flesta objektiv idag är försedda med antireflexbehandling t ex av typ multicoating. Det är i princip ett mycket tunt metalloxidskikt som ångas på objektivets yta. Tjockleken skall vara en kvarts ljusvåglängd och ljusreflexen släcks ut genom interferens. Första lagret gör bäst verkan, men fabrikanterna har tävlat med varandra och lagt på upp till sju lager. Ett äldre objektiv med endast ett lager antireflexbehandling bör inte automatiskt dömas ut, andra egenskaper är viktigare.

Ett annat problem som den som har systemkamera råkar ut för är att objektiv har en viss filterverkan. De stora tillverkarna försöker hålla samma färggång i sina objektivserier men den som använder piratobjektiv brukar märka en viss skillnad. Objektivets färgningstendens justeras med olika glaskombinationer och antireflexskikt på linsytorna. Ett objektivs upplösning är optimerat för negativ/sensorformatet – det betyder att tillverkaren försöker att få så bra data som möjligt inom respektive format. En allmän regel är emellertid att bildens kvalitet ökar med negativ/sensorformatet. Objektivets slipning och polering är en viktig faktor men glasämnets kvalitet är utslagsgivande för ypperliga objektiv.

Glasämnet som skall användas för optiska ändamål bör svalna långsamt vid tillverkningsprocessen. Då kan mikroskopiska luftbubblor ta sig ut ur glasmassan när den är het och mjuk. Speciellt tysk kvalitetsoptik var fordom känd för en bra glassammansättning.

Skärpa / kontrast

Det som normalt uppfattas som skärpa i ett objektiv består i själva verket av en kombination av skärpa och kontrast, det vill säga skillnaden i ljusstyrka mellan det mörkaste och det ljusaste i motivet.

Den vetenskapliga metoden att mäta ett objektivs skärpa är i kontrastöverföringen, men fotohandeln tillhandahåller särskilda testkartor som fotografen kan använda sig av och därmed få en god uppfattning över hur bra objektivet är.

Ett objektivs upplösning mäts i linjer per millimeter och brukar ligga kring 80 som bäst. Normalobjektiv (50 mm för film- eller sensoryta på 24×36 mm) brukar ha den högsta upplösningen, medan främst långa teleobjektiv har lägre kontrast. Specialobjektiv kan dock ha ännu lite högre upplösning.

Linser i ett objektiv, som ligger ihop i en grupp utan mellanrum, sätts samman med ett kitt. Man brukade använda kanadabalsam, som har samma brytningsindex som objektivglas, men på grund av dess bristande motståndskraft mot temperaturförändringar används numera framför allt UV-bestrålade epoxilim för att sammanfoga linser till grupper.

Objektivets ljusstyrka

Den största bländaröppningen för ett objektiv kallas dess bländartal (F-tal). Ju lägre tal desto mer ljus släpps in genom objektivet – desto mer ljusstarkt är det. På objektiv för SLR-kameror finns det vanligtvis en automekanism som håller bländaren vidöppen under fokusering, men sluter till det inställda värdet då bilden tas. Denna mekanism är mycket användbar på ljusstarka objektiv, medan långa teleobjektiv som har låg ljusstyrka, är nästan lika praktiska när de är helt manuella.

Brännvidd

Den viktigaste egenskapen förutom bländartalet är brännvidden, som vanligtvis anges i millimeter (centimeter fram till omkring 1960), och som placerar objektivet i någon av följande kategorier:

• Normalobjektiv
• Vidvinkelobjektiv
• Teleobjektiv

• Zoomobjektiv

Beroende på om objektivet har en variabel eller fast brännvidd, kategoriseras det som antingen ett zoomobjektiv eller ett objektiv med fast brännvidd. Zoomobjektiv kan delas upp i:

• vidvinkelzoom
• normalzoom
• telezoom

Superzoom kallas ibland ett objektiv, om det spänner över flera zoner av ovanstående.

Zoomfaktor 1x

I specifikationerna för systemkameror (det vill säga kameror med utbytbart objektiv) anges ofta den optiska zoomfaktorn till 1 gång. Detta beror på att kameran (kamerahuset) i sig inte avgör zoomomfånget utan denna beror i stället på vilket objektiv som används. För objektiv med fast brännvidd är zoomfaktorn 1×.

Specialoptik

Förutom optik som specialtillverkas för särskilt ändamål, såsom Lennart Nilssons klassiska optik för fotografering av foster, finns vissa typer som kan köpas av envar.

Makro

Objektiv som har en närgräns sådan att den kan avbilda ett föremål i naturlig storlek (skala 1:1) på sensorn/filmrutan kallas makroobjektiv. Idag kallas ett objektiv ibland makro fast det inte kommer riktigt så långt i avbildningsskala, utan bara klart närmare än ett standardobjektiv.

Högre förstoring än skala 1:1 kallas ibland mikrofotografering.

Vanligen är brännvidden på ett makroobjektiv som ett normalobjektiv, eller helst längre. Man kan också använda förlängningslins (extender) som fästs mellan objektivet och kamerahuset eller närbildslins (försättslins) som skruvas i objektivets filtergänga. Båda förlänger objektivets brännvidd. Dessutom finns mellanringar – enkla rör utan linser, med eller utan elektrisk koppling för objektivets automatik – som monteras på samma sätt som en förlängningslins, men ökar inte brännvidden. Däremot minskar de objektivets närgräns med större avbildningsskala som följd. Då går det däremot inte att fokusera på oändligt längre.

Fördelen med längre brännvidd är att man kan fotografera på längre avstånd från objektet, t ex skygga insekter. Samtidigt försvinner bakgrunden snabbt i ett oskärpetöcken och själva motivet framhävs.

En klar nackdel är att den effektiva ljusmängden till fokalplanet minskar drastiskt, särskilt om mellanringar används. Detta motverkas med blixt. Vid större avbildningsskala är en ringblixt att föredra, eftersom objektivkombinationen ofta skymmer för blixtljuset. Med blixt rakt på motivet, blir ofta bakgrunden näst intill svart, och motivet renodlas helt.

Sjunker då inte den effektiva ljusmängden, när man ställer in ett näravstånd i andra objektiv? Jodå, men problemet elimineras helt vid olika typer av exponeringsautomatik. Vid äldre optik med manuella bländarlägen brukar man inte komma så nära inpå motivet med andra objektiv än makro, och bländaröppningen är då en kompromiss mellan ytterlägena i avstånd.

Perspektivkorrektion

S h i f t

(a) Om man håller kameran upprätt, får man inte med husets övre del.

(b) Lutar man kameran uppåt (eller nedåt), störtar vertikala linjer mot varandra.

(c) Om man förskjuter objektivet uppåt, tecknas vertikala linjer parallellt.

Dessa objektiv måste teckna en bild som är avsevärt större än sensor- eller filmformatet, dels för att undvika kraftig vinjettering och andra avbildningsfel, dels för av att bilden inte ska helt försvinna mot kanten. Vanligt är att man måste blända ner objektivet ett par steg, samt om möjligt undvika de yttersta lägena för förskjutning/vinkling – då ligger man nämligen nära det yttersta som objektivet kan teckna ut.

Självklart går både tilt- och shiftdelen av objektivet att rotera kring den optiska axeln, så man kan få den önskade effekten oavsett hur kameran är positionerad i förhållande till motivet.

Tilt&shift-objektiv från Nikon. Bilden visar tilt-läge.

Shift

Shift är att förskjuta objektivet i höjd- och/eller sidled utan att vinkla det i förhållande till kamerahuset.

Vanligt användningsområde är fotografering av arkitektur. Om man tar bild på en hög byggnad rakt framifrån, kan man ofta inte backa tillräckligt långt tillbaka, utan måste luta kameran uppåt för att få med hela motivet. Då faller perspektivet drastiskt och byggnaden synes smalna av kraftigt uppåt. Detta motverkas genom att man ställer kameran horisontellt och höjer objektivet parallellt uppåt. Det gör vertikala linjer raka även på bilden.

Motsvarande gäller naturligtvis om man vill ha med hela framsidan och inte står mitt framför huset.

Samma teknik används också när det är disigt, även om man kunde stått tillräckligt långt ifrån, för att motivet ska synas över huvud taget.

Tilt

Tilt kallas det när objektivet vinklas i förhållande till kamerahuset (fokalplanet). Detta förändrar hur skärpeplanet ligger över motivet (enligt Scheimpflugs princip).

Den omedelbara effekten är att man kan till exempel fotografera nära marken mitt på en fotbollsplan och få skärpa i gräset hela vägen till målet. Observera att skärpeplanet då ligger i stort sett längs marken, och eventuella spelare i förgrunden tappar i skärpa upp mot huvudet.

Tilt-and-Shift

Det finns även objektiv med möjlighet till både förskjutning och vinkling, samt vissa där det går att göra helt oberoende av varandra.

En storformats studiokamera av typ balkkamera behöver inga speciella objektiv för tilt-and-shift. På grund av konstruktionen av typ optisk bänk, kan man med alla objektiv vinkla och/eller förskjuta helt fritt, eftersom både bakstycket (filmkassetten) och objektivet åker på en släde med en bälg mellan varandra.

Fisheye

Fisheyeobjektiv är ofta vidvinklar med extremt kort brännvidd. Bildvinkeln är upp till 180° – och ännu mer – mot 90° för ett 21 mm-objektiv för 35 mm film.

Avbildningsfelet koma är i stort sett eliminerat (jämför andra vidvinklar). Motljusskydd är sällan relevant och filter svåra att anbringa – objektivets frontlins buktar ofta ut långt framför metallhöljet. Eventuella filter anbringas i stället i en särskild hållare bakom objektivet.

Med vissa fisheyeobjektiv tecknas inte sensor-/filmformatet fullt ut, utan bilden blir en cirkel mitt på en i övrigt helt svart ruta, medan andra tecknar formatet fullt ut, och den diagonala bildvinkeln är 180°.

Spegeltele

Spegeltele typ Schmidt-Cassegrain.

Ett Yashica 500 mm spegeltele.

För att förkorta den fysiska längden på ett extremt teleobjektiv konstruerade flera stora japanska tillverkare sådana objektiv på samma sätt som ett spegelteleskop. I dessa reflekteras det inkommande ljuset två gånger inne i objektivet via två speglar. Därmed kunde den fysiska längden bringas ner till hälften av brännvidden och till och med något mer. Detta sker dock på bekostnad av objektivets yttre diameter. Spegelobjektiv blir mycket lättare än motsvarande brännvidd konventionella objektiv. Dessutom är kromatisk aberration nästan eliminerad i dessa s.k. katadioptriska system.

I denna konstruktion är sekundärspegeln (den främre) fastsatt vid ljusets ingångsöppning och syns utifrån som en rund platta mitt i frontlinsen. Primärspegeln (den bakre) är fastsatt längre in i strålgången och är ringformad. Primärspegeln, där ljuset infaller först, är oftast konkav, medan sekundärspegeln oftast är konvex.

Dessa konstruktioner har numera fasat ut som kameraoptik på grund av problem såsom: krångel med avbländning, vid bokeh syns ringartade oskärpemönster (typ "stekta lökringar") i stället för ifyllda, m m.

Soft-fokus

Äldre billiga kameror hade automatisk "softfokus" – de tecknade helt enkelt inte skarpt. När optiken utvecklades alltmer, började porträttfotografer sakna den lite "förlåtande" och "romantiska" kvalitéen hos sådan optik. Bland annat försvann en hel del rynkor och födelsemärken i softfokus.

Dagens moderna softfokusobjektiv tecknar en fullt skarp bild och på den överlagrar man en bild som inte är helt i fokus. Ibland kan man välja grad av oskärpa i bilden. Andra sätt är att låta fotografen välja graden av kromatiskt aberration (se dito) i bilden, eller att i stället för bländare ha inläggsskivor med centralt större hål som bländare omgivet av mindre hål cirkulärt runt det – detta ger flera bilder överlagrade på varandra.

Dessutom finns speciella filterliknande försättslinser som ger en viss ljusspridning.

Om man inte vill lägga ut pengar för detta specialändamål, kan man helt enkelt smeta lite vaselin på ett UV/Haze/Skylight-filter.

Softfokusoptik är typiskt korta teleobjektiv för porträtt, cirka 85–135 mm (eller motsvarande) i brännvidd (ej zoom). Normalobjektiv (50 mm) förekommer också.

Objektivets brytningsfel

Kromatisk aberration hos en enkel lins där ljusets olika våglängder bryts olika.

En akromatisk dubblett, synliga ljusvåglängder har samma brännpunkt.

Tendenser till kromatisk aberration syns i kontastrika delar av motivet i form av missfärgade regnbågsränder

Sinuskurva. Så här häftiga svängar blir det inte vid vågformig distorsion.

De flesta optiska aberrationer ökar ju längre man kommer bort från den optiska axeln. Därmed får man sämre skärpa i bildens kanter och framför allt hörn.

Brytningsfel i objektiv är naturligtvis allt som avviker från en teoretisk perfekt avbildning, men är i huvudsak av följande typer:

• Sfärisk aberration
• Kromatisk aberration
• Distorsion
• Vinjettering
• Koma
• Överstrålning
• Diffraktion
• Astigmatism
• Avbildningsfel vid bokeh (fokal oskärpa)
• Reflexer i linselement

Sfärisk aberration

Sfärisk aberration innebär att ljus utanför objektivets (eller spegelns för spegeloptik) optiska axel bryts i en fokalpunkt framför filmplanet – ju längre bort från axeln, desto större fel. För att korrigera för detta kan en spegel göras parabolisk. Ett objektivs glas släpper igenom ljus och här kan den sfäriska aberrationen korrigeras på flera sätt, dels genom motverkande linselement i strålgången, dels genom asfäriska linselement, vilket är den exklusivaste och dyraste metoden.

Kromatisk aberration

Kromatisk aberration har inte enbart med färgfotografering att göra utan påverkar negativt kvaliteten likaväl på svartvit fotografering. Skälet är att tillverkningsmaterialet (glas/plaster) i linser har olika brytningsindex för olika färger.

Objektiv kallas akromatiska om de är färgkorrigerade i två grundfärger, exempelvis blått och grönt. Ställs det mycket höga krav på objektiv, finns apokromatiska som är korrigerade i tre grundfärger. I båda fallen har tillverkare försett objektivet med linsgrupper av olika glassorter. Man talar om kronglas- och flintglastyper.

Reprofotograferingsobjektiv är i regel apokromater som skall visa särskilt god planhållning, det är objektivets förmåga att hålla brännpunkten över hela film- respektive sensorplanet, även kallat skärpeplanet eller fokalplanet.

De flesta objektiv är sedan länge färgkorrigerade akromater.

Distorsion

När raka linjer tecknas av optiken som böjda kallas det för distorsion (alternativt distortion). Man skiljer på följande typer:

• Kuddformig distorsion är när en rak linje är i mitten böjd mot in mot den optiska axeln. En rät rektangel tecknas som en välfylld kudde; därav namnet.
• Tunnformig distorsion är när en rät linje är i mitten böjd bort från den optiska axeln. En rektangel tecknas som en tunna med lock och botten buktande utåt.
• Vågformig distorsion är ett kompromissförsök att minska synintrycket av distorsion genom en optikkonstruktion, där raka linjer omväxlande böjer än åt det ena och än åt det andra hållet som en ganska platt sinuskurva (se figur). Vid stor våglängd och låg amplitud blir effekten en nästan rak linje.

För ett extremt vidvinkelzoomobjektiv kan distorsionen växla vid zoomning; t ex tunnformig distorsion vid kortaste brännvidden stegvis övergående via distorsionsfri avbildning till kuddformig distorsion vid längsta brännvidden.

Självfallet påverkas även andra motivdetaljer än raka linjer av distorsion, men den syns mindre tydligt där.

Vinjettering

Mot kanterna av bildplanet (filmen eller sensorn) sprids ett ljusknippe av given storlek ut över en större area än om samma knippe faller nära den optiska axeln. På ett icke-korrigerat objektiv resulterar detta i att kanterna av bilden blir mörkare än mitten. Detta fenomen kallas för vinjettering.

Koma

Av samma skäl som vid vinjettering, tecknar okorrigerade eller extremt vidvinkliga objektiv ett runt föremål, som inte ligger mitt i bilden, mera som ett hönsägg med spetsen mot bildmitten, eller till och med kometartat. Självklart drabbar fenomenet även icke-runda objekt, men märks bäst på föremål man känner väl igen, typ ansikten.

Överstrålning

Även för ett utmärkt objektiv, faller normalt dess kontrastöverföring (skärpa) i hörnen. Detta märks främst på att gränsen mellan en mörk och en ljus area blir alltmer diffus – lite ljus liksom sprids över på det mörkare. Man säger att objektivet förlorar randskärpa utåt från den optiska axeln.

Denna randskärpa ska inte förväxlas med den typ av randkontrast, som åstadkoms vid framkallning av svartvita bilder på fotopapper. Då kan man låta pappret ligga still i framkallaren efter att initialt rört som vanligt. Framkallare förbrukas snabbare och i större omfattning av mörka partier. Vid randen mellan tydligt mörka och ljusa partier vandrar oförbrukad framkallare över från ljusa partier en liten bit in i mörka, medan förbrukad vandrar från mörkt till ljust. Detta skapar en mikroskopisk spalt av extra mörkt i randen av det mörka partiet och extra ljust i det ljusa partiet. De mycket smala spalterna uppfattas inte av ögat annat än att bilden verkar skarpare.

Överstrålning beror inte enbart av objektivet, utan även av det medium man avbildar på – film eller sensor.

Analog fotografi

Det här fenomenet är tydligt vid traditionell fotografi med film. Ljuset passerar först genom det ljuskänsliga gelatinskiktet och reflekteras försvagat från filmbasen (acetat, eller förr celluloid), med utfallsvinkel samma som infallsvinkeln, och belyser gelatinet en gång till fast förskjutet ut mot kanterna. Därefter kommer en svagare sekundär reflex från filmbasens baksida… Detta problem växer med avståndet till den optiska axeln bl a på grund av den flackare vinkeln – reflexerna kommer längre bort från idealpunkten.

Digital fotografi

Även digitalkamerans sensorer har liknande problem, men av annat skäl. Sensorn är uppbyggd av små linselement (ungefär: pixlar), vilka inte har nollstorlek. Ju längre ut från optiska axeln, desto snedare faller ljuset mot den mikroskopiska linsen som inte förmår att bryta den rakt inåt mot den ideala punkten, utan lite snett utåt från den optiska axeln. Med Leica M9 har man försökt motverka detta med att inte ha linserna likformigt och ekvidistant utspridda över sensorn, utan alltmer skjuvade mot optiska axeln, ju längre från axeln de ligger. Detta ger en lokal shift-effekt.

Diffraktion

Ett objektivs skärpa når nästan alltid sin högsta punkt mellan bländare 8–11, sedan faller skärpan igen beroende på s.k. kniveggsdiffraktion i bländaren. Diffraktion bildas naturligtvis alltid vid bländaröppningens kant, men med allt mindre bländaröppning ökar andelen diffrakterat ljus i den totala ljusmängden som passerar igenom.

Diffraktion är i princip det enda avbildningsfel som förekommer i en hålkamera.

Astigmatism

När optiken har olika fokusplan i vertikal och horisontell riktning, kallas detta för astigmatism. Det här är inget nämnvärt problem längre i dagens objektiv.

Bokeh

Bokeh med lätt antydan till rotation.

Bokeh i spegeltele (detalj).

Bokeh (bakgrundsslöjor) är inte ett brytningsfel i sig, utan ett begrepp för hur njutbara betraktaren uppfattar föremål som inte är i fokus i bilden. Bokeh uppträder främst med tele- eller makrooptik samt vid stor bländare i övrig optik – i alla dessa fall har objektivet kort skärpedjup.

I sådana sammanhang uppträder fenomen som kan betraktas som avbildningsfel:

• Ljuspunkter bortom fokus i bakgrunder framträder inte som runda, utan speglar formen på objektivets bländaröppning. Detta kan motverkas vid tillverkningen genom att göra bländaröppningen så rund som möjligt vid alla lägen. För ett spegeltele blir det oskärperingar i stället för cirklar.
• Oskarpa punkter i bakgrunden, särskilt vid stor bländaröppning, verkar rotera kring den optiska axeln. Runda punkter blir som ovala, fast krökta radiellt kring optiska axeln.

Reflexer i linselement

Starka ljuskällor, till exempel direkt solljus som infaller rakt in i objektivet, skapar reflexer inne bland objektivets linselement. Dessa störningar uppträder vanligen som varierande stora spökbilder av objektivets bländaröppning över motivet.

Likaså kan ljus som infaller snett mot en del av frontlinsen ge slöjbildning. Det visar sig som om en ytterst tunn gråvit slöja låg över en del av motivet.

Dessa båda fenomen motverkas med antireflexbehandling och motljusskydd.

Objektivets anpassning till enögda spegelreflexkameror

Spegelreflexkameran har en spegel som fälls undan (senast) när fotografen tar bilden. Denna spegelrörelse kräver ett visst utrymme. Objektivkonstruktörerna måste förse bakre delen på objektivet med en korrigerande linsgrupp som förkortar konstruktionen bakåt, så att spegeln inte slår i bakersta linsen. Normal- och vidvinkelobjektiv för spegelreflex konstrueras därför som omvända teleobjektiv, även kallade retrofokusobjektiv.

Liknande problematik finns även för mätsökarkameror med ljusmätning i strålgången, samt att vid extrem vidvinkel kan till och med en eventuell ridåslutare komma åt ett icke-retrofokusobjektiv.

Antal linser

Ju större ljusstyrka respektive ju kortare brännvidd ett objektiv har, desto fler linser innehåller objektivet. Orsaken är att ljuset i strålgången nästan faller parallellt med den optiska axeln vid långa brännvidder, och objektivet kan då klara sig med endast två linser (refraktor). I andra extremfallet, när man har ett supervidvinkelobjektiv som vinklar till och med bakåt i 220° bildvinkel, utsätts ljusstrålarna som ligger långt utanför den optiska axeln för kraftiga aberrationer. Det kan krävas många linser för att korrigera dessa fel; vidvinkelobjektiv kan ha upp till ett tjugotal linser. Således är linsbehovet i stort omvänt proportionellt mot brännvidden.

Klassiska objektiv

Några nämnvärda objektivkonstruktioner:

• Cooke Triplet
• Elmar
• Tessar
• Sonnar
• Planar
• Angénieux retrofokus

Källor

• LIFE Library of Photography:
  • The Camera
  • Light and Film
  • Color

Se även

• Bländare
• Slutare
• Makroobjektiv
• Fotografiska filter
• Optik
• Utbytbar optik