Диафрагма (фото)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Устройство револьверной диафрагмы
Механизм ирисовой диафрагмы

Диафра́гма объектива (от греч. διάφραγμα — перегородка) в фото-, кино- и телевизионной технике — разновидность апертурной диафрагмы, позволяющая регулировать относительное отверстие, то есть диаметр проходящих пучков света[1]. 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[П 1]. Регулировка диаметра отверстия может выполняться тремя основными способами[2]:

Револьверная диафрагма представляет собой поворотный диск с набором отверстий разного диаметра, и применяется 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[3]. 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 конструкцию[4].

Назначение диафрагмы[править | править вики-текст]

Основное предназначение диафрагмы объектива — регулировка его относительного отверстия, необходимая для точного дозирования проходящего света и получения правильной экспозиции. Максимальное относительное отверстие называется светосилой объектива и определяется техническим совершенством оптической схемы и конструкцией оправы. Меньшие значения относительного отверстия устанавливаются при помощи диафрагмы[5]. 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 выходного 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[П 2]. Эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического, поскольку учитывает потери на поглощение и рассеяние света в стекле[6]. Эти потери уменьшаются при помощи просветления, но в сложных многолинзовых объективах могут быть существенны и должны учитываться, поэтому шкалы диафрагмы отражают значения эффективных относительных отверстий[5]. В современной киносъёмочной оптике для обозначения эффективных относительных отверстий часто используется буква T[7]. В то же время, значение предельной светосилы объектива, указанное на его оправе, отражает геометрическое относительное отверстие.

Градуировка шкал диафрагмы производится таким образом, что каждому соседнему делению соответствует изменение светового потока, проходящего через объектив, в два раза. Для этого площадь сечения отверстия должна изменяться так же в два раза, следовательно его диаметр в \sqrt{2} раз[5]. Таким образом, знаменатель дроби соседних значений отличается в \sqrt{2} 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/64. Для экономии места на шкалах указываются только знаменатели эффективных относительных отверстий, которые называются диафрагменными числами. Конкретные значения диафрагменных чисел, используемых производителями для градуировки шкал, должны соответствовать международному стандарту ISO 517—73. В СССР ему соответствовал ГОСТ 17175—82, использовавшийся для объективов общего назначения[8][9]. Кроме основного ряда чисел, отличающихся на 1 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[8]. 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 светосилы, 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[править | править вики-текст]

Автоматическая двухлепестковая диафрагма видеокамеры

Ирисовая диафрагма (от лат. iris «радужная оболочка») состоит из нескольких (обычно от 2 до 20) поворотных лепестков (ламелей), приводимых в движение 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. 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. Такое управление используется в большей части кино-, фото- и телевизионного оборудования за исключением однообъективных зеркальных фотоаппаратов и некоторых кинокамер с зеркальным обтюратором[10]. Визирование непосредственно через съёмочный объектив вынуждает использовать специальные механизмы ирисовой диафрагмы, позволяющие вручную или автоматически закрывать её только в момент съёмки.

Доводчик диафрагмы[править | править вики-текст]

Объективы «Мир-1В», «Юпитер-9», «Индустар-61 Л/З МС», «Юпитер-37А», стрелками указаны кольца предварительной установки диафрагмы

Устройство, позволяющее вручную оперативно закрывать диафрагму до рабочего значения, не отрывая взгляд от видоискателя. Такая конструкция, использованная в однообъективных зеркальных фотоаппаратах, позволяет производить фокусировку объектива при полностью открытом отверстии, и закрывать диафрагму, не глядя на её шкалу[11]. До массового распространения прыгающей диафрагмы объективы зеркальных камер снабжались дополнительным кольцом, позволяющим быстро изменить значение диафрагмы с полностью открытой до рабочего значения, задаваемого другим кольцом, которое обычно называется «кольцом предустановки».

Такая конструкция использовалась в иностранной оптике для зеркальных камер (например, «Asahi Pentax», «Miranda-D») до изобретения прыгающей диафрагмы, или позднее, когда её механическая реализация по тем или иным причинам затруднена: например в шифт-объективах. Иностранное название: «диафрагма с предустановкой» (англ. Preset Diaphragm). Наиболее широкое распространение диафрагма с кольцом предустановки получила в советских объективах для фотоаппаратов «Зенит»: «Гелиос-44-2», «Юпитер-9» «Мир-1» и других[12]. Некоторые объективы («Индустар-61 Л/З», «Юпитер-37А») имели одно кольцо, служившее как для установки значения, так и для «доводки» диафрагмы. В этом случае предустановка осуществлялась после нажатия на кольцо в осевом направлении.

Нажимная диафрагма[править | править вики-текст]

Диафрагма, закрываемая до рабочего значения вручную за счёт дополнительного усилия на спусковой кнопке или кнопке оправы объектива, кинематически совмещённой со спусковой[13]. Предшествовала изобретению прыгающей диафрагмы и впервые использована в камерах «Exakta», а затем «Topcon» и «Miranda», в сочетании с расположением спусковой кнопки на передней стенке корпуса[14]. В иностранных источниках называется «автоматическая нажимная диафрагма» (англ. Automatic Pressure Diaphragm)[15]. Ранние образцы основаны на оригинальной конструкции оправы объектива со специальной кнопкой закрывания диафрагмы. По такому же принципу сконструирован штатный объектив «Гелиос-44» для фотоаппарата «Старт». В СССР выпускалась серия фотоаппаратов с приводом от спусковой кнопки внутри корпуса: «Зенит-ЕМ», «Зенит-11», а также разработанные на основе «Зенита-TTL», включая более поздние «Зенит-122» и «Зенит-412». С таким приводом могут использоваться объективы с механизмом прыгающей диафрагмы, как правило с резьбовым креплением. В зарубежном фотоаппаратостроении нажимная диафрагма быстро уступила место прыгающей, поскольку приводит к значительному возрастанию усилия на спусковой кнопке.

Разновидностью нажимной диафрагмы может считаться механизм, оснащённый специальной пружиной с предварительным взводом, которая закрывает относительное отверстие после нажатия на спусковую кнопку[14][13]. Такое устройство под названием «автоматическая пружинная диафрагма» (англ. Automatic Spring Diaphragm) исключает дополнительное усилие на спусковой кнопке, и нашло применение как в иностранной фотоаппаратуре, например, полуавтоматических объективах для «Экзакты», «Topcon-R» и «Pentax S1», так и в отечественной[16][17]. В СССР прыгающей диафрагмой первоначально считалась именно такая конструкция, использованная в объективе «Индустар-29» фотоаппарата «Салют»[13]. Наиболее известный отечественный объектив — «Таир-3ФС» для «Фотоснайпера». Объективы с такой диафрагмой иногда выпускались для фотоаппаратов, рассчитанных на прыгающую, как удешевлённый вариант сменной оптики. Например, объективы «Sekor» для фотоаппарата «Nikkorex F» с байонетом F, оснащались пружинной диафрагмой. В зарубежных источниках заводная диафрагма, как и нажимная, получила название «полуавтоматической» (англ. Semi Automatic Diaphragm). Однако, широкого распространения система не получила из-за шумности и необходимости взвода отдельным кольцом или рычагом на объективе после каждого снимка.

Прыгающая диафрагма[править | править вики-текст]

Электромагнитный исполнительный механизм прыгающей диафрагмы объектива Canon EF

Наиболее сложная разновидность привода ирисовой диафрагмы, обеспечивающая кадрирование и фокусировку при полном отверстии в камерах со сквозным визированием[П 3]. Кроме зеркальной фотоаппаратуры прыгающая диафрагма использовалась в киносъёмочной технике: например в кинокамере «Arriflex 16SR» и в объективах «Taylor Hobson»[10][18]. В этом случае она автоматически закрывается при запуске лентопротяжного механизма, обеспечивая точную фокусировку перед съёмкой. В фотоаппаратах прыгающая диафрагма закрывается до рабочего значения специальным механизмом, как правило совмещённым с подъёмом зеркала. При этом используется усилие пружин или электромагнита, а не спусковой кнопки, обеспечивая плавный спуск[12]. До рабочего значения диафрагма закрывается только в момент съёмки, а в видоискателе постоянно наблюдается яркое изображение при полном отверстии. Кольцо установки значения диафрагмы, если оно имеется, изменяет только положение механизма, задающего степень закрытия при срабатывании привода. Прыгающей диафрагмой оснащались практически все зарубежные зеркальные фотоаппараты, начиная с середины 1960-х годов, а также советские камеры «Зенит-19» и «Зенит-18». Байонетные зеркальные фотоаппараты «Киев», камеры серии «Зенит-Автомат» и семейства «Алмаз» имели аналогичный механизм, поскольку прыгающая диафрагма и её привод являются составной частью большинства байонетов. В современных объективах с прыгающей 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 прыгающей диафрагмы выполняет также функцию выбора её рабочего значения в автоматических режимах приоритета выдержки и программном.

Прыгающая диафрагма повышает удобство съёмки, но лишает фотографа возможности визуальной оценки глубины резкости, поскольку изображение в видоискателе видимо только при полностью открытой диафрагме. Для полноценного контроля изображения большинство фотоаппаратов оснащаются репетиром диафрагмы[12].

В старых отечественных источниках встречается название «моргающая диафрагма», относящееся к прыгающей, получившей за рубежом название «автоматической» (англ. Fully Automatic Diaphragm, Fully Automatic Lens). Поэтому иностранные объективы первых серий с прыгающей диафрагмой часто содержали в названии слово «Auto»: например, «Nikkor Auto», «Auto-Takumar» и т. д. Механические сложности изготовления быстродействующего многолепесткового механизма прыгающей диафрагмы привели к тому, что некоторые объективы с прыгающей диафрагмой имеют намного меньше её лепестков, чем их аналоги с традиционным приводом. При использовании объективов, оснащённых прыгающей диафрагмой через адаптер на фотоаппаратах других фотосистем, её привод не работает[П 4].

Влияние диафрагмы на изображение[править | править вики-текст]

Изображение при диафрагме 1/1,4 (слева) и 1/9 (справа). Основная разница: хроматические абберации, общая резкость, глубина резкости

Кроме регулировки экспозиции и глубины резкости, изменение относительного отверстия при помощи диафрагмы влияет на другие важные параметры изображения:

  • дифракция — как любая другая оптическая система, объектив дифракционно ограничен за счёт дифракции света на краях апертурной диафрагмы[19]. Это выражается в снижении разрешающей способности при уменьшении относительного отверстия;
  • аберрации — уменьшение относительного отверстия приводит к снижению аберраций системы, поскольку уменьшается сечение пучков. Наименьшие значения аберрации принимают при диафрагме, закрытой до минимального значения;

Таким образом, при закрывании диафрагмы одновременно со снижением аберраций возрастает дифракционное ограничение[20]. 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 отверстия[21].

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Творческий союз семерых американских фотохудожников носил название F/64, соответствующее крайнему значению диафрагмы объективов крупноформатных фотоаппаратов. Название группы отражало приверженность к детальному отображению натуры, возможному при большой глубине резкости и диафрагме, закрытой до минимального значения[22].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. В некоторых случаях отверстие может быть не одно, и иметь форму, отличающуюся от круга
  2. Вместо дроби в обозначении может использоваться двоеточие, например 1:5,6
  3. В цифровых фотоаппаратах с электронным видоискателем прыгающая диафрагма необязательна, поскольку яркость изображения и удобство визирования не зависят от относительного отверстия. В беззеркальных камерах прыгающая диафрагма применяется только для повышения быстродействия автофокуса
  4. Исключение составляют адаптеры, оснащённые многорычажными передаточными механизмами, а также дорогостоящие адаптеры со встроенным микропроцессором, конвертирующим команды различных интерфейсов для электромагнитных диафрагм

Источники[править | править вики-текст]

  1. Общий курс фотографии, 1987, с. 26
  2. Общий курс фотографии, 1987, с. 27
  3. Диафрагма (рус.). Конструкция фотоаппаратов. Zenit Camera. Проверено 14 сентября 2013.
  4. Регулирование — освещённость (рус.). Большая Энциклопедия нефти и газа. Проверено 8 сентября 2013.
  5. 1 2 3 Гордийчук, 1979, с. 152
  6. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 35
  7. f-стопы и t-стопы (рус.). Объективы. Образовательный проект FUJIFILM (29 августа 2012). Проверено 3 мая 2014.
  8. 1 2 Ряды числовых значений относительных отверстий (рус.). Фототехника. Zenit Camera (25 января 1982). Проверено 19 октября 2013.
  9. Объективы фотографические, киносъемочные и телевизионные съемочные. Ряды числовых значений относительных отверстий (рус.). ГОСТ 17175-82. Открытая база ГОСТов (25 января 1982). Проверено 19 октября 2013.
  10. 1 2 Гордийчук, 1979, с. 133
  11. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 43
  12. 1 2 3 История «одноглазых» (рус.). Статьи. PHOTOESCAPE. Проверено 11 апреля 2013. Архивировано из первоисточника 18 апреля 2013.
  13. 1 2 3 Общий курс фотографии, 1987, с. 34
  14. 1 2 Фотокурьер №2, 2006, с. 25
  15. Инструкция к фотоаппарату Exakta VX 500, с. 24
  16. Фотокурьер №6, 2006, с. 20
  17. Инструкция фотоаппарата Topcon-R (англ.). Camera Manual Library. Проверено 14 сентября 2013.
  18. Киносъёмочная техника, 1988, с. 99
  19. Дифракция объектива её влияние на фотографию (рус.). Статьи о фотографии. FotoMTV.ru. Проверено 17 сентября 2013.
  20. LENS DIFFRACTION & PHOTOGRAPHY (англ.). Tutorials. Cambridge in Colour. Проверено 17 сентября 2013.
  21. Общий курс фотографии, 1987, с. 20
  22. 15 ноября 1932 года на стене музея М. Х. де Янга в Сан-Франциско был вывешен манифест знаменитой фотогруппы F64 (рус.). История фотографии. Photo Island. Проверено 13 сентября 2013.

Литература[править | править вики-текст]

  • Фомин А. В. § 5. Основные узлы и механизмы фотоаппаратов // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 25—43. — 256 с. — 50 000 экз.
  • Гордийчук О. Ф., Пелль В. Г. Раздел III. Киносъёмочные объективы // Справочник кинооператора / Н. Н. Жердецкая. — М.: «Искусство», 1979. — С. 143—173. — 440 с.
  • Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин Краткий справочник фотолюбителя. — М.,: «Искусство», 1985. — С. 33—46. — 367 с.
  • С. В. Кулагин. Диафрагма объектива // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • Диафрагменное число // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

Ссылки[править | править вики-текст]