Диафрагма объектива
Ошибка скрипта: Модуля «hatnote» не существует.{{#if: | }} Шаблон:Main
Диафра́гма объекти́ва (от греч. διάφραγμα — перегородка) в оптических приборах — разновидность апертурной диафрагмы, позволяющая регулировать относительное отверстие объектива изменением диаметра проходящих через него пучков светаШаблон:Sfn. Такая регулировка используется для управления светопропусканием и глубиной резкости. Диафрагма объектива представляет собой непрозрачную перегородку с круглым отверстием переменного диаметра, центр которого совпадает с оптической осью<ref group="*">В некоторых случаях отверстие может быть не одно, и иметь форму, отличающуюся от круга</ref>. Регулировка диаметра отверстия может выполняться тремя основными способамиШаблон:Sfn:
Револьверная диафрагма представляет собой поворотный диск с набором отверстий разного диаметра и широко применялась в объективах крупноформатных камер конца XIX века. Позднее револьверная диафрагма встречалась в некоторых простейших фотоаппаратах, например «Школьник», а также в оптических приборах.
Вставная диафрагма представляет собой набор пластин с разными отверстиями, вставляющихся в прорезь оправы объектива между линзами<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Оба первых типа обеспечивают абсолютно круглое сечение световых пучков, но не допускают промежуточных значений относительного отверстия.
Ирисовая диафрагма получила наибольшее распространение в фото-, кино- и телевизионных объективах, поскольку позволяет бесступенчато регулировать относительное отверстие и имеет самую компактную конструкциюШаблон:Sfn.
Назначение диафрагмы
Основное предназначение диафрагмы объектива — регулировка его относительного отверстия и светосилы, необходимая для управления глубиной резкости, а также точного дозирования проходящего света и получения правильной экспозиции<ref name="gord" />. При регулировке диафрагмы её отверстие закрывается от краёв к центру, поскольку наиболее высокое качество изображения обеспечивается центральной частью световых пучков.
Различают геометрическое и эффективное относительные отверстия: геометрическое представляет собой отношения диаметра входного зрачка объектива к его фокусному расстоянию и выражается дробью с числителем, равным единице. В фотографии вместо единицы часто используют латинскую букву f, которая конкретизирует назначение дроби: например, относительное отверстие 1/5,6 обозначается f/5,6<ref group="*">Вместо дроби в обозначении может использоваться двоеточие, например 1:5,6</ref>. Эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического, поскольку учитывает потери на поглощение и рассеяние света в стеклеШаблон:Sfn. Эти потери снижаются при помощи просветления, но в сложных многолинзовых объективах могут быть существенны и должны учитываться, поэтому шкалы диафрагмы отражают значения эффективных относительных отверстийШаблон:Sfn. В современной киносъёмочной оптике для обозначения эффективных относительных отверстий используется буква T<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Книга</ref>. В то же время значение предельной светосилы фотообъектива, указанное на его оправе, отражает геометрическое относительное отверстие.
Градуировка современных шкал диафрагмы производится в диафрагменных числах таким образом, что каждому соседнему делению соответствует изменение светосилы в два разаШаблон:Ref+. Таким образом, при выборе соседнего значения шкалы, экспозиция всегда меняется на одну экспозиционную ступень. Так как светосила является квадратом относительного отверстия, последнее должно изменяться в <math>\sqrt{2}</math> раз<ref name="gord" />. Поэтому соседние диафрагменные числа отличаются в <math>\sqrt{2}</math> раз: f/0,7; f/1; f/1,4; f/2; f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11; f/16; f/22; f/32; f/45; f/64Шаблон:Sfn. Для наиболее детального отображения натуры требуется большая глубина резкости, возможная при диафрагме, закрытой до минимального значения. Именно поэтому творческий союз американских фотохудожников, относивших себя к направлению так называемой прямой фотографии, носил название f/64, соответствовавшее в то время крайнему значению диафрагмы объективов крупноформатных фотоаппаратов<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Конкретные значения диафрагменных чисел, используемых производителями для градуировки шкал, должны соответствовать международному стандарту ISO 517—73. В СССР такой ряд значений был стандартизирован в 1944 году в соответствии с ГОСТ 2600-44 для объективов общего назначения<ref name="gost" /><ref name="zenit">Шаблон:Cite web</ref>. Кроме основного ряда чисел, отличающихся на одну экспозиционную ступень, стандартный ряд содержит два вспомогательных, со значениями отличающимися на 1/2 и 1/3 ступени. В большинстве случаев шкалы диафрагм маркируются только значениями основного ряда, но иногда допускается использование промежуточных значений<ref name="zenit" />. В объективах, предназначенных для современных цифровых фотоаппаратов, шкалы диафрагмы отсутствуют, поскольку она управляется из камеры, а значения относительного отверстия отображаются на дисплее. При этом шаг шкалы обычно регулируется и может предусматривать любой из двух вспомогательных рядов.
Диафрагменные числа, обозначающие геометрическую светосилу некоторых объективов, могут браться из промежуточных рядов, поскольку отражают расчётный предел возможностей конкретной конструкции, например 1,2; 4,5; 6,3. В вариообъективах максимальное относительное отверстие может быть переменным в зависимости от фокусного расстояния. В этих случаях на оправе через тире или тильду указываются крайние значения диафрагменного числа, например 3,5~5,6. Ручная регулировка диафрагмы в современных фотообъективах возможна только ступенчато из-за особенностей управления зеркальных фотоаппаратов. Однако в автоматических режимах приоритета выдержки или программном ирисовая диафрагма регулируется бесступенчато, как в киносъёмочной и телевизионной оптике.
Устройство ирисовой диафрагмы
Ирисовая диафрагма (от лат. iris «радужная оболочка») состоит из нескольких (обычно от 2 до 20) поворотных лепестков (ламелей), приводимых в движение вращающимся кольцом на оправе объектива. Лепестки могут быть различной формы, но при полностью открытой диафрагме они формируют круглое отверстие, при частично закрытой — многоугольник, число сторон которого соответствует количеству ламелей. Этот многоугольник отображается в случае попадания в кадр несфокусированных точечных источников света, образующих «боке». Уменьшение количества лепестков ирисовой диафрагмы приводит к заметности углов между ними. Простейшие автоматические диафрагмы любительских кинокамер и видеокамер, состоящие из двух лепестков с треугольными вырезами, давали ромбовидное изображение точечных источников. Квадратное боке создаёт советский объектив «Зенитар МЕ-1», диафрагма которого состоит из двух Г-образных лепестков<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Наиболее совершенными считаются диафрагмы, состоящие из 8 и более лепестков, поскольку обеспечивают сечение пучков, близкое к окружности. Такие пучки создают наиболее совершенный оптический рисунок.
Установка значения относительного отверстия при использовании ирисовой диафрагмы производится поворотным кольцом, шкала которого размечена в соответствии с получаемыми диафрагменными числами. Шкала ирисовой диафрагмы с классическим устройством не может быть равномерной из-за нелинейной зависимости диаметра отверстия от угла поворота коронки. В начале 1960-х годов получили распространение механизмы, шкала которых равномерна за счёт сложной формы лепестков. Один из наиболее ярких примеров такой модернизации — советские объективы «Юпитер-8» и «Юпитер-8М». У второго, заменившего на конвейере более раннюю модель, шкала диафрагмы равномерна. Такая конструкция повышает удобство и позволяет механически сопрягать кольцо диафрагмы с экспонометром камеры, но при средних значениях относительного отверстия из-за криволинейности ламелей диафрагма теряет форму правильного круга. Управление с помощью поворотного кольца используется в большей части кино-, фото- и телевизионного оборудования за исключением однообъективных зеркальных фотоаппаратов и некоторых кинокамер с зеркальным обтюратором<ref name="arri" />. Визирование непосредственно через съёмочный объектив вынуждает использовать специальные механизмы ирисовой диафрагмы, позволяющие вручную или автоматически закрывать её только в момент съёмки. Особое значение такая возможность получила после распространения фазового автофокуса, неработоспособного при закрытой диафрагмеШаблон:Sfn.
Диафрагма с предварительной установкой
Обычно такой привод диафрагмы состоит из двух колец, одно из которых напрямую управляет относительным отверстием, а другое — кольцо предустановки — регулирует положение стопора вращения первого. Таким способом угол поворота первого кольца ограничивается до выбранного вторым рабочего значения. В результате фотограф может полностью открывать диафрагму для фокусировки, и вслепую закрывать её до предустановленного относительного отверстия, не отрывая взгляда от видоискателяШаблон:Sfn. Принцип используется в однообъективных зеркальных фотоаппаратах, позволяя производить фокусировку объектива при полностью открытом отверстии, и быстро закрывать диафрагму, не глядя на её шкалуШаблон:Sfn.
Такая конструкция появилась в 1920-х годах, и после войны широко использовалась в оптике для зеркальных камер (например, Contax-S, Asahiflex, Miranda-D) до изобретения прыгающей диафрагмы, и позднее, когда её механическая реализация по тем или иным причинам затруднена, в том числе в шифт-объективах<ref name="schn">Шаблон:Cite web</ref>. Например, объектив PC-Nikkor 3,5/28 с такой диафрагмой выпускался до 2006 года<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>. Диафрагма с кольцом предустановки широко использовалась в советских объективах для фотоаппаратов «Зенит», не оснащённых механизмом автоматической диафрагмы: «Гелиос-44», «Юпитер-9» «Мир-1» и других<ref name="esc" />. Некоторые объективы («Индустар-61 Л/З», «Юпитер-37А», «MC Волна-9») имели одно кольцо, служившее как для установки значения, так и для закрывания диафрагмыШаблон:Sfn<ref name="two" />. В этом случае предустановка осуществлялась после нажатия на кольцо в осевом направленииШаблон:Sfn.
Автоматическая диафрагма
Шаблон:Не путать Диафрагма с предварительной установкой, автоматически закрывающаяся до выбранного значения на время экспозиции, и обеспечивающая кадрирование и фокусировку при полном отверстии в камерах со сквозным визированием и фазовым автофокусомШаблон:Ref+. Кольцо установки значения такой диафрагмы изменяет только положение механизма, задающего степень закрытия при срабатывании привода. Кроме зеркальной фотоаппаратуры прыгающая диафрагма использовалась в киносъёмочной технике с зеркальным обтюратором: например в кинокамере Arriflex 16SR и объективах Taylor HobsonШаблон:SfnШаблон:Sfn. В этом случае она автоматически закрывается при запуске лентопротяжного механизма.
Прыгающая диафрагма с пружинным приводом запатентована американским фотографом Тёркелом Кёрлином (англ. Шаблон:Lang-en2) в 1933 году<ref>Шаблон:Cite web</ref>. При открывании диафрагмы одновременно взводилась её пружина, которая при спуске затвора закрывала её до предустановленного отдельным кольцом значения. Реализован этот механизм в 1941 году в крупноформатных «зеркалках» семейства Graflex Super D<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>. В 1950 году Schneider Kreuznach выпустил сменный объектив с запуском подпружиненной диафрагмы от двойного тросика<ref name="schn" />. В компактных малоформатных камерах прыгающая диафрагма появилась в 1953 году<ref name=":0">Шаблон:Cite web</ref>. Её получила Praktina FX, для которой в том же году выпустили Tessar 2,8/50, а затем Biotar 2,0/58 с соответствующим механизмом<ref name="primo">Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>. В 1955 году такая диафрагма появилась в резьбовых объективах для малоформатных Praktica FX2 и Contax-S<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref name="primo" />. Объективы с диафрагмой такого типа оснащались пружинным приводом с предварительным взводом при помощи кольца или рычага на оправеШаблон:Sfn. Стопор такого привода был кинематически связан со спусковой кнопкой, освобождающей пружину закрывания диафрагмы непосредственно перед срабатыванием затвораШаблон:SfnШаблон:Sfn<ref name="kulg" />.
После каждого снимка диафрагма не возвращалась в открытое состояние, и требовался её взводШаблон:Sfn. Такое устройство под названием «автоматическая пружинная диафрагма» (англ. Шаблон:Lang-en2, нем. Spring Blende) нашло применение как в иностранной фотоаппаратуре, например, полуавтоматических объективах для «Экзакты», Minolta SR-2 и Contarex, так и в советской, например в объективах «Индустар-29» фотоаппарата «Салют» и «Таир-3ФС» для «Фотоснайпера»Шаблон:Sfn<ref name="fom" /><ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>. Элементы сопряжения привода могут располагаться как внутри камеры, так и снаружи на оправе объектива. Последний тип рассчитан на кинематическое совмещение со спусковой кнопкой, расположенной на передней стенке фотоаппарата, и чаще всего встречается в оптике типа Exakta и Topcon<ref name="schn" />. Фотоаппараты Contaflex (1953) и Hasselblad 500C (1957) получили прыгающую диафрагму как часть усложнённого механизма центрального затвора и не требовали её отдельного сопряжения с камерой<ref name="six">Шаблон:Cite web</ref>.
Следующим шагом стала полуавтоматическая прыгающая диафрагма (англ. Шаблон:Lang-en2, нем. Automatishe Spring Blende), самостоятельно открывающаяся одновременно с опусканием зеркала при взводе затвора. Впервые такая диафрагма с внутренним приводом реализована в 1956 году в немецком Praktisix<ref name="six" />. Однако, широкого распространения система не получила из-за внедрения в фотоаппаратах зеркала постоянного визирования, возвращающегося в рабочее положение после срабатывания затвора. Это вынудило разработчиков сделать прыгающую диафрагму также самовозвратной<ref name="blnk" />. В результате такая моргающая диафрагма автоматически открывается после срабатывания, и в видоискателе постоянно наблюдается яркое изображение при полном отверстииШаблон:SfnШаблон:Ref+. Впервые моргающая диафрагма с приводом внутри камеры реализована в 1958 году в японском фотоаппарате Zunow<ref>Шаблон:Cite web</ref>. В СССР самовозвратную диафрагму называли «моргающей», а за рубежом «автоматической» (англ. Шаблон:Lang-en2)Шаблон:Sfn. Поэтому иностранные объективы первых серий с таким приводом диафрагмы часто содержали в названии слово «Auto»: например, Nikkor Auto, Auto-Takumar, Auto Rokkor и т. д. Советская оптика с моргающей диафрагмой получила в названиях дополнительную букву «М»Шаблон:Sfn.
В фотоаппаратах моргающая диафрагма закрывается до рабочего значения специальным механизмом, как правило совмещённым с приводом зеркала<ref name="esc">Шаблон:Cite web</ref>. Моргающей диафрагмой с начала 1960-х годов оснащались практически все зарубежные зеркальные фотоаппараты. Советские «зеркалки» серии «Зенит-Автомат» и семейств «Алмаз» и «Киев-17» имели аналогичный механизм, поскольку байонеты этих камер включали моргающую диафрагму и её привод, как свою составную часть. Из резьбовых «зеркалок» такой диафрагмой оснащались «Зенит-16», «Зенит-18» и «Зенит-19». В современных объективах с моргающей диафрагмой, лишённых кольца её установки, например Canon EF, закрытие производится электромагнитом, одновременно регулирующим рабочее значение в соответствии с командами камеры. В некоторых фотосистемах, например, Nikon AI-S механический привод моргающей диафрагмы выполняет также функцию выбора её рабочего значения в автоматических режимах приоритета выдержки и программном<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Моргающая диафрагма повышает удобство съёмки, но лишает фотографа возможности визуальной оценки глубины резкости, поскольку изображение в видоискателе видимо только при полном отверстии. Для полноценного контроля изображения большинство зеркальных фотоаппаратов оснащаются репетиром диафрагмы, при необходимости принудительно закрывающим её до рабочего значения<ref name="esc" />. Шаблон:Main
Механизмы как прыгающей, так и моргающей диафрагмы во многом аналогичны центральному фотозатвору и обладают сопоставимым быстродействиемШаблон:Sfn. Вместо классического устройства, когда каждая ламель ирисовой диафрагмы удерживается двумя штифтами с обеих сторон, используется более скоростной механизм с креплением только одного конца лепесткаШаблон:Sfn. При этом коронный и приводной штифты располагаются вблизи друг от друга, а противоположный конец каждого лепестка не имеет опоры и удерживается от провисания соседними лепестками<ref name="leaf" />. Эти особенности ограничивают количество лепестков: дешёвые объективы оснащаются диафрагмой, имеющей 6 или даже 5 лепестков, образующих отчётливый многоугольникШаблон:Sfn. Такое сечение пучков негативно сказывается на характере оптического рисунка, поэтому дорогая оптика оснащается многолепестковыми механизмами. При использовании объективов, оснащённых автоматической диафрагмой, через адаптер на фотоаппаратах других фотосистем, её привод не работаетШаблон:Ref+.
Нажимная диафрагма
Разновидность автоматической диафрагмы, закрывающейся от усилия спусковой кнопки, а не механизма камеры. Недостаток привода такого типа проявлялся на выдержках длиннее 1/15 секунды: фотограф мог отпустить кнопку и открыть диафрагму раньше завершения экспозиции<ref name="schn" />. Широко использовалась в советских фотоаппаратах, не имеющих замедлителя затвора и длинных выдержек: «Зенит-ЕМ» и «Зенит-11», а также разработанных на основе «Зенита-TTL», включая более поздние «Зенит-122» и «Зенит-412». Автоматическая диафрагма сменных объективов срабатывала от привода, связанного со спусковой кнопкой, делая её более тугой, чем у других камер.
Нажимная диафрагма устанавливалась в штатном объективе «Гелиос-44» фотоаппарата «Старт». Её привод запускался кнопкой на приливе оправы, кинематически совмещённой со спусковой, по типу «Экзакты»Шаблон:Sfn. Аналогичный привод диафрагмы от спусковой кнопки имели фотоаппараты «Киев-10» и «Киев-15»<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Влияние диафрагмы на изображение
Кроме регулировки экспозиции и глубины резкости, изменение относительного отверстия при помощи диафрагмы влияет на другие важные параметры изображения:
- аберрации — уменьшение относительного отверстия приводит к снижению аберраций системы, поскольку уменьшается сечение пучков, и для построения изображения используется только центральная часть линз с наименьшей кривизной. Наиболее низкие значения аберрации принимают при диафрагме, закрытой до минимального значения;
- дифракция — как любая другая оптическая система, объектив дифракционно ограничен за счёт дифракции света на краях апертурной диафрагмы<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Это выражается в снижении разрешающей способности при уменьшении относительного отверстия;
Шаблон:Main Таким образом, при закрывании диафрагмы одновременно со снижением аберраций возрастает дифракционное ограничение<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Максимальное разрешение объектива достигается при средних значениях диафрагмы: f/8—f/11, когда аберрации и дифракция уравновешены.
- виньетирование — чем меньше отверстие, тем меньше спад освещённости от центра к краям изображения. Виньетирование максимально при полностью открытой диафрагме и становится малозаметным при закрытии диафрагмы на две и более ступени. Это объясняется тем, что оправа объектива, которая служит основной причиной виньетирования, ограничивает лишь края световых пучков, диаметр которых уменьшается при снижении относительного отверстияШаблон:Sfn.
См. также
Примечания
Комментарии Шаблон:Примечания
Литература
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья