Un obiettivo fotografico (noto anche come obiettivo fotografico o obiettivo fotografico) è un obiettivo ottico o un insieme di obiettivi utilizzati in combinazione con un corpo macchina e un meccanismo per realizzare immagini di oggetti su pellicola fotografica o su altri supporti in grado di memorizzare un'immagine chimicamente o elettronicamente.

Non vi è alcuna differenza sostanziale in linea di principio tra un obiettivo utilizzato per una fotocamera, una videocamera, un telescopio, un microscopio o altri apparecchi, ma il design e la costruzione dettagliati sono diversi. Un obiettivo potrebbe essere fissato in modo permanente a una fotocamera o potrebbe essere intercambiabile con obiettivi di diverse lunghezze focali, aperture e altre proprietà.

Mentre in linea di principio sarà sufficiente una semplice lente convessa, in pratica è necessaria una lente composta composta da un numero di elementi di lenti ottiche per correggere (il più possibile) le numerose aberrazioni ottiche che si presentano. Alcune aberrazioni saranno presenti in qualsiasi sistema di lenti. Il progettista dell'obiettivo ha il compito di bilanciarli e produrre un design adatto all'uso fotografico e possibilmente alla produzione in serie.

Le lenti rettilinee tipiche possono essere pensate come lenti "a foro stenopeico" migliorate ". Come mostrato, una "lente" a foro stenopeico è semplicemente una piccola apertura che blocca la maggior parte dei raggi di luce, selezionando idealmente un raggio sull'oggetto per ciascun punto sul sensore di immagine. Le lenti a foro stenopeico presentano alcune gravi limitazioni:

Una fotocamera a foro stenopeico con una grande apertura è sfocata perché ogni pixel è essenzialmente l'ombra del fermo dell'apertura, quindi la sua dimensione non è inferiore alla dimensione dell'apertura (terza immagine). Qui un pixel è l'area del rivelatore esposta alla luce da un punto sull'oggetto.

Ridurre il foro stenopeico migliora la risoluzione (fino a un limite), ma riduce la quantità di luce catturata.

Ad un certo punto, la riduzione del foro non migliora la risoluzione a causa del limite di diffrazione. Oltre questo limite, la riduzione del foro rende l'immagine più sfocata e più scura.

Le lenti pratiche possono essere pensate come una risposta alla domanda: "come può una lente a foro stenopeico essere modificata per ammettere più luce e dare una dimensione più piccola del punto?". Un primo passo è quello di mettere una semplice lente convessa sul foro stenopeico con una lunghezza focale uguale alla distanza dal piano del film (supponendo che la fotocamera scatti foto di oggetti distanti). Ciò consente di aprire significativamente il foro stenopeico (quarta immagine) perché una lente convessa sottile piega i raggi di luce in proporzione alla loro distanza dall'asse dell'obiettivo, con i raggi che colpiscono il centro dell'obiettivo che passa attraverso. La geometria è quasi la stessa di una semplice lente a foro stenopeico, ma anziché essere illuminata da singoli raggi di luce, ogni punto dell'immagine è illuminato da una "matita" focalizzata di raggi di luce.

Un obiettivo fotografico può essere realizzato da un numero di elementi: da uno, come nella lente del menisco del Box Brownie, a oltre 20 negli zoom più complessi. Questi elementi possono essi stessi comprendere un gruppo di lenti cementate insieme.

L'elemento frontale è fondamentale per le prestazioni dell'intero assieme. In tutte le lenti moderne la superficie è rivestita per ridurre abrasione, bagliore e riflettanza della superficie e per regolare il bilanciamento del colore. Per ridurre al minimo l'aberrazione, la curvatura viene solitamente impostata in modo tale che l'angolo di incidenza e l'angolo di rifrazione siano uguali. In un obiettivo primario questo è facile, ma in uno zoom c'è sempre un compromesso.

Di solito l'obiettivo viene focalizzato regolando la distanza dal gruppo obiettivo al piano dell'immagine o spostando elementi del gruppo obiettivo. Per migliorare le prestazioni, alcuni obiettivi hanno un sistema a camma che regola la distanza tra i gruppi mentre l'obiettivo è messo a fuoco. I produttori chiamano queste cose diverse: Nikon lo chiama CRC (correzione della distanza ravvicinata); Canon lo chiama un sistema mobile; e Hasselblad e Mamiya lo chiamano FLE (elemento lente galleggiante).

Il vetro è il materiale più comune utilizzato per costruire elementi di lenti, grazie alle sue buone proprietà ottiche e alla resistenza ai graffi. Vengono utilizzati anche altri materiali, come vetro al quarzo, fluorite, materie plastiche come l'acrilico (plexiglass) e persino germanio e vetro meteorico. La plastica consente la produzione di elementi di lenti fortemente asferiche che sono difficili o impossibili da produrre in vetro e che semplificano o migliorano la produzione e le prestazioni delle lenti. La plastica non viene utilizzata per gli elementi più esterni di tutti, ma le lenti più economiche in quanto si graffiano facilmente. Gli obiettivi in ​​plastica stampata sono stati utilizzati per le fotocamere usa e getta più economiche per molti anni e hanno acquisito una cattiva reputazione: i produttori di ottiche di qualità tendono a utilizzare eufemismi come la "resina ottica". Tuttavia, molti obiettivi moderni, ad alte prestazioni (e costosi) di produttori famosi includono elementi asferici stampati o ibridi, quindi non è vero che tutti gli obiettivi con elementi in plastica siano di bassa qualità fotografica.

Il diagramma di prova della risoluzione USAF del 1951 è un modo per misurare il potere risolutivo di un obiettivo. La qualità del materiale, i rivestimenti e la struttura influiscono sulla risoluzione. La risoluzione dell'obiettivo è in definitiva limitata dalla diffrazione e pochissimi obiettivi fotografici si avvicinano a questa risoluzione. Quelli che lo fanno sono chiamati "diffrazione limitata" e di solito sono estremamente costosi.

Oggi, la maggior parte degli obiettivi è multistrato per ridurre al minimo il riflesso dell'obiettivo e altri effetti indesiderati. Alcune lenti hanno un rivestimento UV per tenere fuori la luce ultravioletta che potrebbe contaminare il colore. Anche i cementi ottici più moderni per l'incollaggio di elementi in vetro bloccano la luce UV, annullando la necessità di un filtro UV. I fotografi UV devono fare di tutto per trovare obiettivi privi di cemento o rivestimenti.

Un obiettivo avrà spesso un meccanismo di regolazione dell'apertura, di solito un diaframma a iride, per regolare la quantità di luce che passa. Nei primi modelli di fotocamera veniva utilizzata una piastra rotante o un cursore con fori di dimensioni diverse. Queste fermate Waterhouse possono ancora essere trovate su lenti moderne e specializzate. Un otturatore, per regolare il tempo durante il quale può passare la luce, può essere incorporato all'interno del gruppo obiettivo (per immagini di migliore qualità), all'interno della fotocamera o anche, raramente, davanti all'obiettivo. Alcune fotocamere con otturatori di foglie nell'obiettivo omettono l'apertura e l'otturatore fa il doppio dovere.

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