Светосила

2026-01-01T20:33:32Z

86.57.164.47:

'''Светоси́ла''' — величина, характеризующая светопропускание [[Оптическая система|оптической системы]], то есть [[соотношение]] [[Освещённость|освещённости]] [[Действительное изображение|действительного изображения]], даваемого ей в [[Фокальная плоскость|фокальной плоскости]], и исходной [[Яркость|яркости]] отображаемого объекта{{sfn|Краткий справочник фотолюбителя|1985|с=35|name="qeb"}}. Светосила пропорциональна [[Квадрат (алгебра)|квадрату]] [[Относительное отверстие|относительного отверстия]] оптической системы и определяет её световую эффективность{{sfn|Бутиков|1986|с=363}}{{sfn|Общий курс фотографии|1987|с=18}}.
[[Файл:Canon7 095 10k.jpg|thumb|350px|Сверхсветосильный объектив «Canon 50 мм f/0,95»]]
В практической [[Фотография|фотографии]] и [[кинематограф]]е используется упрощённое обиходное понятие светосилы [[объектив]]а, которой называют максимальное относительное отверстие, получаемое при полностью открытой [[Диафрагма объектива|диафрагме]], и при котором достижимо наибольшее светопропускание объектива{{sfn|Киносъёмочная техника|1988|с=81}}{{sfn|Гордийчук|1979|с=152|name="gord"}}. Квадратичная зависимость при этом не принимается во внимание, поскольку автоматически учитывается в экспонометрических расчётах. Таким образом, объектив с максимальным относительным отверстием f/2,0 светосильнее объектива f/4,5.

== Геометрическая светосила ==
Принято различать геометрическую и эффективную светосилу, которые пропорциональны квадратам геометрического и эффективного относительных отверстий{{sfn|Волосов|1978|с=75}}. Геометрическая светосила <math>Q_g</math> может быть вычислена с помощью выражения:
: <math>Q_g=\biggl(\frac{D}{f'}\biggr)^2</math>,
где <math>D</math> диаметр входного зрачка, а <math>f'</math> — [[заднее фокусное расстояние]].
 Светосила любой оптической системы имеет теоретический предел, определяемый волновыми свойствами света. Он вычисляется при помощи математической зависимости:

: <math>N_\text{min} = \frac{1}{2\;\mathrm{NA}_\text{max}} = \frac{1}{2\,n \sin\theta}</math>

где
* Nmin — минимально возможное [[диафрагменное число]];
* NAmax — максимально возможная числовая [[Апертура (оптика)|апертура]];
* {{var|n}} — [[коэффициент преломления]] среды, в которой находится объектив;
* {{var|θ}} — половина [[Телесный угол|телесного угла]] [[Световой пучок|светового пучка]], строящего [[действительное изображение]];

Учитывая, что коэффициент преломления воздуха близок к единице, максимально достижимое относительное отверстие любой оптической системы не может превышать f/0,5 или 2:1{{ref+|Утверждение справедливо в воздухе и других средах с близкими коэффициентами преломления|group="*"}}. Соответственно, максимально достижимая светосила, равная квадрату этой величины, не превышает значения 4:1.

== Эффективная светосила ==
Геометрическая светосила характеризует светопропускание объектива лишь отчасти, поскольку не учитывает прозрачность его [[линза|линз]]. При прохождении светового потока через объектив часть его [[Поглощение излучения|поглощается]] массой стекла, а часть [[Отражение (физика)|отражается]] и рассеивается поверхностью линз и оправы, поэтому световой поток доходит до светочувствительного элемента ослабленным. Светосила, учитывающая [[коэффициент пропускания]] объектива, называется '''эффективной светосилой''' (в некоторых источниках — физической светосилой{{sfn|Волосов|1978|с=76}}). Эффективная светосила всегда ниже геометрической{{sfn|Краткий справочник фотолюбителя|1985|с=35}}.

Эффективная светосила <math>Q_e</math>, как было сказано выше, определяет отношение освещённости <math>E</math> изображения к яркости <math>B</math> объекта съёмки<ref name="qeb" />:
: <math>Q_e={E \over B}=\tau \frac{D}{f'}</math>,
где <math>\tau</math> — коэффициент светопропускания системы.
В современной оптике для увеличения светопропускания используют [[Просветление оптики|просветление]], снижающее световые потери. У непросветлённых объективов при прохождении света сквозь линзы световой поток ослабляется на 1 % на каждый сантиметр толщины стекла и на 5 % за счёт отражения лучей на каждой поверхности раздела воздух-стекло. Среднее значение коэффициента светопропускания у непросветлённых объективов составляет 0,65, а у [[просветление оптики|просветлённых]] — 0,9. Световой поток, проходя через непросветлённый объектив, ослабляется в среднем примерно на 1/3. У просветлённых объективов световой поток ослабляется в среднем на 0,1, практически не влияя на [[Экспозиция (фото)|экспозицию]].

В сложных многолинзовых [[вариообъектив]]ах даже при наличии просветления потери возрастают, доводя разницу между геометрической и эффективной светосилой до величин, которые приходится учитывать. В киносъёмочной оптике, для которой разница между геометрической и эффективной светосилой может быть существенной, принято отдельное обозначение эффективных относительных отверстий в виде буквы «'''Т'''». Например Т1,3 свидетельствует об эффективном относительном отверстии объектива f/1,3 с соответствующей эффективной светосилой. В практическом кинематографе квадратичную зависимость светосилы от относительного отверстия опускают, называя эффективной светосилой максимальное эффективное относительное отверстие «Т».
На [[Оправа объектива|оправах фотообъективов]] указывается геометрическое максимальное относительное отверстие, характеризующее наибольшую геометрическую светосилу при том, что промежуточные значения диафрагмы маркируются в значениях эффективного относительного отверстия с учётом светопропускания стекла<ref name="gord" />. На оправах современной киносъёмочной оптики, напротив, указываются эффективные относительные отверстия с дополнительным обозначением буквой «Т».

== Практическое значение светосилы ==
Светосила косвенно влияет на качество астрономических приборов, имеющих объектив: [[телескоп]]ов и [[астрограф]]ов. Её значение неразрывно связано с максимальной [[Апертура (оптика)|апертурой]], от которой зависит минимальная [[Видимая звёздная величина|светимость]] небесных тел, доступных для регистрации визуальным или фотографическим способами. Для ведения успешных наблюдений создаются оптические приборы с наибольшей возможной светосилой, позволяющие обнаруживать звёзды и их скопления на больших расстояниях. Для других приборов наблюдения светосила объектива определяет минимальную освещённость, при которой ещё можно различать видимые сквозь оптическую систему объекты.

В фотографии и кинематографе максимальная светосила не менее важна. От неё зависит минимальная [[Выдержка (фото)|выдержка]], с которой возможна съёмка при конкретной [[Освещённость|освещённости]] сцены. Особенно важна светосила при видео- и киносъёмке, поскольку в этом случае максимальная выдержка не может быть длиннее, чем период съёмки одного [[кадрик]]а, в отличие от фотографии, где экспонирование может продолжаться несколько секунд и даже минут. Тем не менее, в фотографии светосила объектива ограничивает минимальную освещённость, при которой ещё возможна съёмка на моментальных выдержках без [[Штатив (тренога)|штатива]]. Англоязычное название светосильного объектива {{lang-en2|fast lens}} (буквально — «быстрый объектив») подчёркивает его пригодность для съёмки быстродвижущихся объектов на коротких выдержках.

При максимальном относительном отверстии качество получаемого изображения хуже, чем при средних значениях диафрагмы, несмотря на совершенство конструкции объектива{{sfn|Краткий справочник фотолюбителя|1985|с=34}}. [[Виньетирование]] достигает своих максимальных значений также при полной светосиле{{sfn|Общий курс фотографии|1987|с=20}}. Кроме того, [[Глубина резко изображаемого пространства|глубина резкости]] при этом очень мала и недостаточна для резкого отображения объектов, протяжённых в глубину кадра. Более всего это заметно при съёмке с небольших дистанций, поэтому светосила [[макрообъектив]]ов часто сравнительно мала. Тем не менее, использование сверхсветосильных объективов с открытой диафрагмой позволяет получать в фотографии и кинематографе художественные эффекты, недоступные оптике с невысокой светосилой. Большое максимальное относительное отверстие характерно для [[Портретный объектив|портретных объективов]], допускающих остаточную [[Сферическая аберрация|сферическую аберрацию]] и мягкий оптический рисунок{{sfn|Волосов|1978|с=316}}.

В проекционных объективах величина светосилы определяет световую эффективность всего [[проектор]]а и, в конечном итоге, [[яркость]] изображения на экране. Ненужность большой [[Глубина резко изображаемого пространства|глубины резкости]] и небольшое [[Угловое поле объектива|угловое поле]] позволяют изготавливать большинство объективов для проекции плоских объектов достаточно светосильными.

== Классификация оптики по светосиле ==
Объективы с различным значением максимальной геометрической светосилы принято делить на несколько групп. Кроме обычной оптики с невысокой светосилой объективы могут быть ''светосильными'' и ''сверхсветосильными''. В [[кинематограф]]е к первым относят оптику с максимальным относительным отверстием выше f/2,8, а вторая группа начинается со значения f/1,5{{sfn|Киносъёмочная техника|1988|с=82}}. В фотографии из-за более крупных размеров кадра сверхсветосильной считается оптика, начиная с f/2,0{{sfn|Общий курс фотографии|1987|с=19}}. Максимальное относительное отверстие лучших сверхсветосильных объективов приближаются к теоретическому пределу f/0,5 для съёмки в воздухе<ref group="*">Объектив Carl Zeiss Super Q Gigantar, созданный в маркетинговых целях, считается техническим курьёзом, поскольку непригоден для практической фотографии</ref>:
[[Файл:Canon 85mm comparison (front).jpg|thumb|250px|Два [[объектив]]а с одинаковым [[Фокусное расстояние|фокусным расстоянием]] 85 мм, но разной светосилой: слева f/1,8; справа f/1,2. У более светосильного объектива диаметр линз больше]]
* {{Comment|Выставочный|Объектив непригоден для практического применения}} объектив Zeiss Super Q Gigantar 40/0,33 для фотоаппарата [[Contarex]]: '''0,33'''<ref>{{cite web
|url = http://cameralabs.org/4046-carl-zeiss-super-q-gigantar-40mm-f-0-33-samyj-svetosilnyj-ob-ektiv-ili-ironiya-proizvoditelya
|title = Carl Zeiss Super Q Gigantar 40мм F/0.33: самый светосильный объектив или ирония производителя?
|publisher = «Cameralabs»
|access-date = 2015-11-14
|lang = ru
|archive-date = 2015-11-17
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151117014335/http://cameralabs.org/4046-carl-zeiss-super-q-gigantar-40mm-f-0-33-samyj-svetosilnyj-ob-ektiv-ili-ironiya-proizvoditelya
|url-status = live
}}</ref><ref>{{cite web
|url = http://petapixel.com/2013/08/06/carl-zeiss-super-q-gigantar-40mm-f0-33-the-fastest-lens-ever-made/
|title = Carl Zeiss Super-Q-Gigantar 40mm f/0.33: The Fastest Lens Ever Made?
|author = Michael Zhang
|date = 2013-08-06
|work = News
|publisher = «Petapixel»
|access-date = 2015-11-14
|lang = en
|archive-date = 2015-12-07
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151207011039/http://petapixel.com/2013/08/06/carl-zeiss-super-q-gigantar-40mm-f0-33-the-fastest-lens-ever-made/
|url-status = live
}}</ref>;
* Зеркально-линзовый объектив «ЧВ» 20/0,5, разработанный [[ГОИ]] в 1948 году: '''0,5'''{{sfn|Объективы, разработанные в ГОИ|1963|с=269}}<ref>{{cite web
|url = http://ussrphoto.com/Wiki/default.asp?ImageID=1976&ParentID=2&WikiCatID=28&ContentID=541
|title = World's fastest lens
|author = Luiz Paracampo
|date = 2007-12-25
|work =
|publisher = USSR Photo
|access-date = 2015-11-14
|lang = en
|archive-date = 2015-11-17
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151117020649/http://ussrphoto.com/Wiki/default.asp?ImageID=1976&ParentID=2&WikiCatID=28&ContentID=541
|url-status = live
}}</ref><ref>{{cite web
|url = http://kaddr.com/2015/01/desyatka-samyh-svetosilnyh-obektivov/
|title = Десятка самых светосильных объективов
|publisher = «Кадрр»
|access-date = 2015-11-14
|lang = en
|archive-date = 2015-11-17
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151117020244/http://kaddr.com/2015/01/desyatka-samyh-svetosilnyh-obektivov/
|url-status = live
}}</ref>;
* Военный объектив Signal Corps Engineering 33/0,6: '''0,6''';
* Объектив «Искра-3» 72/0,65, разработанный ГОИ: '''0,65''';
* Специальный объектив для космической программы [[НАСА]] [[Zeiss Planar 50/0,7]]: '''0,7''';
* Серийный объектив для фотосистемы [[Micro Four Thirds]] Handevision Ibelux: '''0,85'''<ref>{{cite web
|url = http://fototips.ru/technics/handevision-ibelux-40-085/
|title = Handevision Ibelux 40 мм f/0,85: новый рекордсмен
|author = Владимир Самарин
|date = 2013-12-28
|work =
|publisher = «Fototips»
|access-date = 2015-11-14
|lang = ru
|archive-date = 2015-11-17
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151117030531/http://fototips.ru/technics/handevision-ibelux-40-085/
|url-status = live
}}</ref>;
* Mitakon 50mm f/0.95 для байонета Sony E, Nikon Z-Mount, Micro Four Thirds, Canon RF и Canon EF<ref>{{Cite web|lang=en|url=https://zyoptics.net/store/|title=Products {{!}} Mitakon - ZY Optics|access-date=2020-08-31|archive-date=2020-08-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20200805192807/https://zyoptics.net/store/|url-status=live}}</ref>;
* [[Лейка (фотоаппарат)|Leica]] [[Noctilux]] для [[дальномерный фотоаппарат|дальномерного фотоаппарата]]: '''0,95''';
* [[Canon EF]] 50 мм для зеркальных фотоаппаратов [[Canon EOS]]: '''1,0'''<ref>{{cite web
|url = http://www.kenrockwell.com/canon/lenses/50mm-f1.htm
|title = Canon 50mm f/1.0 L
|author = Ken Rockwell
|date = 2013-10
|work = Reviews
|access-date = 2015-11-14
|lang = en
|archive-date = 2015-11-13
|archive-url = https://web.archive.org/web/20151113022843/http://www.kenrockwell.com/canon/lenses/50mm-f1.htm
|url-status = live
}}</ref>;
* Noct-[[Nikkor]] для зеркального фотоаппарата [[Nikon F2]]: '''1,2''';
* Штатные объективы 50 мм для зеркальных фотоаппаратов [[Canon]], [[Nikon]], [[Minolta]] и т. п.: '''1,4''';
* Объективы [[Zeiss Sonnar]] и их советский аналог [[Юпитер (объектив)|Юпитер-3]]<ref>{{cite web
|url = http://www.zenitcamera.com/archive/lenses/jupiter-3.html
|title = Юпитер-3
|lang = ru
|publisher = ZENIT Camera
|access-date = 2019-04-16
|archive-date = 2019-04-08
|archive-url = https://web.archive.org/web/20190408180203/http://www.zenitcamera.com/archive/lenses/jupiter-3.html
|url-status = live
}}</ref>: '''1,5''';

Для разных классов аппаратуры типичны следующие значения светосилы объектива{{sfn|Фотоаппараты|1984|с=43}}:
* Профессиональные [[Дискретный объектив|дискретные]] киносъёмочные объективы: '''T1,3—2,8''';
* Проекционные объективы для [[кинопроектор]]ов и [[диапроектор]]ов: '''1,0—2,8'''
* [[Вариообъектив]]ы для профессиональных [[Видеокамера|видеокамер]]: '''1,2—2,0''';
* [[Объектив с постоянным фокусным расстоянием|Объективы с постоянным фокусным расстоянием]] для [[зеркальный фотоаппарат|зеркальных фотоаппаратов]]: '''1,2—4,5''';
* Профессиональные [[зум-объектив]]ы для зеркальных фотоаппаратов: '''2,8—4,0''';
* Бюджетные зум-объективы для зеркальных фотоаппаратов: '''3,5—6,3''';
* Цифровая или плёночная [[компактная камера]]: '''3,5—8''';
* Плёночная [[бокс-камера]]: '''8—11''';

Высокая светосила легко достигается в [[Нормальный объектив|нормальных объективах]] при их небольших габаритах и сравнительно низкой себестоимости. При сохранении малых аберраций и высокого разрешения увеличение светосилы требует ограничения углового поля{{sfn|Теория оптических систем|1992|с=243}}. Поэтому светосила [[Широкоугольный объектив|широкоугольных объективов]] обычно ниже, а светосила [[Длиннофокусный объектив|длиннофокусных]] ограничена хроматической аберрацией, растущей пропорционально фокусному расстоянию и поддающейся устранению с большим трудом. Габариты светосильных широкоугольников и телеобъективов могут возрастать в несколько раз по сравнению с менее светосильными аналогами. В соответствии с принципом инвариантности оптических систем, произведение тангенса углового поля, квадратного корня фокусного расстояния и светосилы является константой для любых объективов-[[анастигмат]]ов при одинаковом уровне их оптического совершенства{{sfn|Волосов|1978|с=295}}.

Высокая светосила требуется от объективов, предназначенных для изобразительной [[Голография|голографии]]. Это объясняется необходимостью сочетания широкого (150—200 мм) входного зрачка с большим [[Угловое поле объектива|угловым полем]], которому соответствует короткое фокусное расстояние. Таким образом обеспечивается широкое поле зрения при сохранении [[Многоракурсность|многоракурсности]]{{sfn|Изобразительная голография и голографический кинематограф|1987|с=128}}. Так, светосила созданного в СССР голографического киносъёмочного объектива «ОКГ-2» при диаметре входного зрачка 200 мм и фокусном расстоянии 150 составляет f/0,75{{sfn|Изобразительная голография и голографический кинематограф|1987|с=129}}.

== См. также ==
[[Файл:Светосила.webm|thumb|Видеоурок: светосила]]
* [[Относительное отверстие]]
* [[Диафрагма объектива]]
* [[Просветление оптики]]
* [[Боке]]

== Примечания ==
{{примечания|group=*}}

== Источники ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга
| автор = Е. И. Бутиков
| часть = 7. Геометрическая оптика и роль дифракции в оптических приборах
| заглавие = Оптика
| ответственный = Н. И. Калитеевский
| место = М.
| издательство = «Высшая школа»
| год = 1986
| страниц = 512
| страницы = 329—391
| тираж = 23000
| ref = Бутиков
}}
* {{книга
| автор = [[Волосов, Давид Самуилович|Д. С. Волосов]]
| заглавие = Фотографическая оптика
| издание = 2-е изд
| место = М.,
| издательство = «Искусство»
| год = 1978
| страниц = 543
| страницы = 75, 76
| тираж = 10000
| ref = Волосов
}}
* {{публикация|книга
|автор = Гордийчук
|автор имя = И. Б.
|автор2 = Пелль
|автор2 имя = В. Г.
|заглавие = Справочник кинооператора
|ответственный = Н. Н. Жердецкая
|место = М.
|издательство = [[Искусство (издательство)|Искусство]]
|год = 1979
|страниц = 440
|тираж = 30000
|ref = Гордийчук
}}
* {{книга
|автор = Ершов К. Г.
|заглавие = Киносъёмочная техника
|ссылка = http://kinofototeh.ucoz.ru/load/0-0-0-137-20
|ответственный = С. М. Проворнов
|место = Л.
|издательство = «Машиностроение»
|год = 1988
|страниц = 272
|тираж = 10000
|ref = Киносъёмочная техника
|isbn = 5-217-00276-0
}}
* {{книга
| автор = Н. П. Заказнов, С. И. Кирюшин, В. И. Кузичев
| часть = Глава XV. Фотографический объектив
| заглавие = Теория оптических систем
| ссылка = https://archive.org/details/isbn_5217019956
| ответственный = Т. В. Абивова
| место = М.
| издательство = «Машиностроение»
| год = 1992
| страниц = 448
| страницы = [https://archive.org/details/isbn_5217019956/page/n239 240]—268
| isbn = 5-217-01995-6
| тираж = 2300
| ref = Теория оптических систем
}}
* {{книга
| автор = [[Иофис, Евсей Абрамович|Е. А. Иофис]]
| заглавие = Фотокинотехника
| ссылка = https://archive.org/details/libgen_00236207
| ответственный = И. Ю. Шебалин
| место = М.,
| издательство = «Советская энциклопедия»
| год = 1981
| страниц = 447
| страницы = [https://archive.org/details/libgen_00236207/page/n228 228]
| тираж = 100000
| ref = Фотокинотехника
}}
* {{книга
|автор = В. Г. Комар, О. Б. Серов
|часть =
|заглавие = Изобразительная голография и голографический кинематограф
|язык = ru
|ссылка = http://www.holoshop.ru/ebooks/Komar.djvu
|ответственный = О. Ф. Гребенников
|место = М.
|издательство = «Искусство»
|год = 1987
|страниц = 286
|тираж =
|ref = Изобразительная голография и голографический кинематограф
}}
* {{книга
| автор = Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин
| заглавие = Краткий справочник фотолюбителя
| ссылка = https://archive.org/details/libgen_00282940
| ответственный = Н. Н. Жердецкая
| место = М.
| издательство = «Искусство»
| год = 1985
| страниц = 367
| страницы = [https://archive.org/details/libgen_00282940/page/n179 179]—184
| тираж = 100000
| ref = Краткий справочник фотолюбителя
}}
* {{книга
|автор = Фомин А. В.
|часть = § 4. Фотографические объективы
|заглавие = Общий курс фотографии
|ссылка = http://media-shoot.ru/books/Fomin-spravochnik_fotografija.pdf
|ответственный = Т. П. Булдакова
|издание = 3-е
|место = М.,
|издательство = «Легпромбытиздат»
|год = 1987
|страницы = 124—130
|страниц = 256
|ref = Общий курс фотографии
|тираж = 50000
}}
* {{книга
| автор = М. Я. Шульман
| заглавие = Фотоаппараты
| ответственный = Т. Г. Филатова
| место = Л.,
| издательство = «Машиностроение»
| год = 1984
| страниц = 142
| тираж = 100000
| ref = Фотоаппараты
}}
* {{книга |заглавие=Фотографические и проекционные объективы, разработанные в ГОИ |ссылка=http://si.pp.ru/GOI_catalogue_1963.djvu |ответственный=Е. Б. Лишневская |место=Л. |издательство=[[ГОИ]] |год=1963 |страниц=447 |тираж=300 |ref=Объективы, разработанные в ГОИ}}

{{Фотография}}

[[Категория:Фототермины]]
[[Категория:Геометрическая оптика]]
[[Категория:Объективы]]

wiki12 - Вклад [ru]

Светосила