Диафрагма объектива

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Диафрагма (фото)»)
Перейти к: навигация, поиск
Устройство револьверной диафрагмы
Механизм ирисовой диафрагмы

Диафра́гма объекти́ва (от греч. διάφραγμα — перегородка) в оптических приборах — разновидность апертурной диафрагмы, позволяющая регулировать относительное отверстие объектива, то есть диаметр проходящих через него 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. Особое значение такая возможность получила после распространения фазового автофокуса, неработоспособного при закрытой диафрагме.

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]

Объектив с механизмом нажимной диафрагмы на оправе

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 недопустимому возрастанию усилия на спусковой кнопке.

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 и фазовым автофокусом[П 3]. Кроме зеркальной фотоаппаратуры прыгающая диафрагма использовалась в киносъёмочной технике: например в кинокамере «Arriflex 16SR» и в объективах «Taylor Hobson»[10][16]. В этом случае она автоматически закрывается при запуске лентопротяжного механизма, обеспечивая точную фокусировку перед съёмкой.

Наиболее ранние механизмы прыгающей диафрагмы оснащались пружиной с предварительным взводом, которая закрывает относительное отверстие после нажатия на спусковую кнопку[13][14]. Кольцо установки значения диафрагмы изменяет только положение механизма, задающего степень закрытия при срабатывании привода. После каждого снимка диафрагма не возвращалась в открытое состояние и требовался её взвод. Такое устройство под названием «автоматическая пружинная диафрагма» (англ. Automatic Spring Diaphragm) исключает дополнительное усилие на кнопке, и нашло применение как в иностранной фотоаппаратуре, например, полуавтоматических объективах для «Экзакты», «Topcon-R» и «Pentax S1», так и в отечественной, например в объективе «Индустар-29» фотоаппарата «Салют»[13][17][18]. Наиболее известный отечественный объектив с таким приводом — «Таир-3ФС» для «Фотоснайпера». В зарубежных источниках заводная диафрагма получила название «полуавтоматической» (англ. Semi Automatic Diaphragm). Однако, широкого распространения система не получила, поскольку быстро уступила место самовозвратному механизму. Такая диафрагма, в отличие от предыдущего типа, не требовала взвода после каждого снимка, и автоматически возвращалась в открытое состояние. В результате в видоискателе постоянно наблюдается яркое изображение при полном отверстии. В СССР самовозвратную диафрагму первоначально называли «моргающей», а за рубежом «автоматической» (англ. Fully Automatic Diaphragm, Fully Automatic Lens)[19]. Поэтому иностранные объективы первых серий с таким приводом диафрагмы часто содержали в названии слово «Auto»: например, «Nikkor Auto», «Auto-Takumar» и т. д.

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, что обеспечивает плавный спуск[12]. 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 полном отверстии. Для полноценного контроля изображения большинство фотоаппаратов оснащаются репетиром диафрагмы[12].

Механические сложности изготовления быстродействующего механизма прыгающей диафрагмы привели к уменьшению количества лепестков, образующих отверстие в виде многоугольника. Дешёвые объективы оснащаются диафрагмой, имеющей 6 или даже 5 лепестков. Это негативно сказывается на характере оптического рисунка, поэтому дорогая оптика оснащается многолепестковыми механизмами. 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[20]. 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[21]. 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[22].

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[23].

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 эффективность контрастного автофокуса не зависят от относительного отверстия. В беззеркальных камерах прыгающая диафрагма применяется только для повышения точности ручной фокусировки или эффективности гибридного 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. Киносъёмочная техника, 1988, с. 44,99
  17. Фотокурьер №6, 2006, с. 20
  18. Инструкция фотоаппарата Topcon-R (англ.). Camera Manual Library. Проверено 14 сентября 2013.
  19. Фотокинотехника, 1981, с. 265
  20. Дифракция объектива её влияние на фотографию (рус.). Статьи о фотографии. FotoMTV.ru. Проверено 17 сентября 2013.
  21. LENS DIFFRACTION & PHOTOGRAPHY (англ.). Tutorials. Cambridge in Colour. Проверено 17 сентября 2013.
  22. Общий курс фотографии, 1987, с. 20
  23. 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.
  • Е. А. Иофис Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 265. — 447 с.

Ссылки[править | править вики-текст]