Nyílás

Az apertúra egy olyan érték, amely egy optikai rendszer  fényáteresztését jellemzi , vagyis a neki adott aktuális kép fókuszsíkban való megvilágításának és a megjelenített objektum kezdeti fényerejének arányát [1] . Az apertúra arányos az optikai rendszer relatív apertúrájának négyzetével , és meghatározza annak fényhatékonyságát [2] [3] .

A gyakorlati fényképezésben és moziban az objektív rekesznyílásának leegyszerűsített mindennapi fogalmát alkalmazzák, amely a teljesen nyitott rekesznyílás mellett elért maximális relatív rekesznyílás , amelynél az objektív maximális fényáteresztése érhető el [4] [5] . A másodfokú függőséget ebben az esetben nem veszik figyelembe, mivel automatikusan figyelembe veszik az expozíciómérési számításoknál. Így egy f/2.0 maximális rekesznyílású objektív gyorsabb, mint egy f/4.5 objektív.

Geometriai fényesség

Szokás megkülönböztetni a geometriai és az effektív fényerőt, amelyek arányosak a geometriai és az effektív relatív apertúra négyzetével [6] . A geometriai fényerő a következő kifejezéssel számítható ki:

ahol a bemeneti pupilla átmérője és a hátsó gyújtótávolság . Bármely optikai rendszer fényerejének van egy elméleti határa, amelyet a fény hullámtulajdonságai határoznak meg. Számítása egy matematikai összefüggés segítségével történik:

ahol

• N min a lehetséges legkisebb f-szám ;
• NA max  a lehetséges legnagyobb számszerű rekesznyílás ;
• n  annak a közegnek a törésmutatója , amelyben a lencse található;
• θ - a fénynyaláb térszögének  fele , valós kép létrehozása ;

Tekintettel arra, hogy a levegő törésmutatója közel van az egységhez, egyetlen optikai rendszer elérhető legnagyobb relatív apertúrája sem haladhatja meg az f/0,5 vagy 2:1 értéket [* 1] . Ennek megfelelően ennek az értéknek a négyzetével egyenlő maximálisan elérhető rekesznyílás nem haladja meg a 4:1 arányt.

Hatékony rekesznyílás

A geometriai apertúra csak részben jellemzi a lencse fényáteresztését, mivel nem veszi figyelembe a lencsék átlátszóságát . Amikor a fényáram áthalad a lencsén, egy részét elnyeli az üveg tömege, egy részét pedig a lencsék és a keret felülete visszaveri és szétszórja, így a fényáram legyengülve éri el a fényérzékeny elemet. A fényerőt , amely figyelembe veszi a lencse áteresztőképességét , effektív fényességnek (egyes forrásokban fizikai fényességnek [7] ) nevezzük. Az effektív fényerő mindig kisebb, mint a geometriai [8] .

A fent említett effektív rekesznyílás határozza meg a kép megvilágításának és a téma fényerejének arányát [1] :

ahol a rendszer fényáteresztési együtthatója. A modern optikában bevonatokat használnak a fényáteresztés növelésére , ami csökkenti a fényveszteséget. Bevonat nélküli lencsék esetében, amikor a fény áthalad a lencsén, a fényáram 1%-kal gyengül az üvegvastagság minden egyes centiméterére, és 5%-kal a sugarak visszaverődése miatt az egyes levegő-üveg felületeken. A fényáteresztési együttható átlagos értéke bevonat nélküli lencséknél 0,65, bevonatos lencséknél  0,9. A meg nem világított lencsén áthaladó fényáram átlagosan körülbelül 1/3-al gyengül. A bevonatos lencsék esetében a fényáram átlagosan 0,1-gyel gyengül, gyakorlatilag nincs hatással az expozícióra .

Az összetett többlencsés zoomobjektíveknél még bevonat jelenlétében is megnőnek a veszteségek, így a geometriai és a tényleges rekesznyílás közötti különbség olyan értékekre emelkedik, amelyeket figyelembe kell venni. A filmoptikában, ahol a geometriai és az effektív fényerő közötti különbség jelentős lehet, az effektív relatív apertúrák külön megjelölését alkalmazzák " T " betű formájában. Például a T1,3 az objektív f / 1,3 effektív relatív rekeszértékét jelzi a megfelelő effektív rekesznyílással. A gyakorlati filmművészetben a rekesznyílás arányának a relatív rekesznyílástól való másodfokú függését elhagyják, az effektív rekeszértéket a maximális effektív relatív rekeszértéknek "T" nevezik. A fényképészeti objektívek keretein a legnagyobb geometriai rekesznyílást jellemző geometriai maximális relatív rekeszérték, míg a köztes rekeszértékek az effektív relatív rekeszértékben vannak feltüntetve, figyelembe véve az üveg fényáteresztő képességét [5] . A modern filmezési optika keretein éppen ellenkezőleg, az effektív relatív rekesznyílásokat egy további "T" betűvel jelölik.

A fényesség gyakorlati értéke

A rekesznyílás közvetetten befolyásolja az objektívvel rendelkező csillagászati ​​műszerek minőségét: a távcsövek és az asztrográfok . Értéke elválaszthatatlanul összefügg a maximális rekesznyílással , amely meghatározza az égitestek minimális fényerejét , amely vizuális vagy fényképészeti úton regisztrálható. A sikeres megfigyelésekhez a lehető legnagyobb fényerővel rendelkező optikai műszereket hoznak létre, amelyek lehetővé teszik a csillagok és halmazaik nagy távolságból történő észlelését. Más megfigyelő eszközök esetében az objektív rekeszértéke határozza meg azt a minimális megvilágítást, amelynél még meg lehet különböztetni az optikai rendszeren keresztül látható tárgyakat.

A fotózásban és a moziban a maximális rekesz nem kevésbé fontos. Meghatározza azt a minimális zársebességet , amellyel egy adott jelenet megvilágítása mellett lehetséges a fényképezés. A rekeszérték különösen fontos a videó- ​​és filmfelvételeknél, mivel ebben az esetben a maximális zársebesség nem lehet hosszabb, mint egy képkocka felvételi ideje , ellentétben a fényképezéssel, ahol az expozíció több másodpercig vagy akár percig is tarthat. Fényképezésben azonban az objektív rekesznyílása korlátozza azt a minimális megvilágítást, amelynél még mindig lehetséges azonnali záridővel állvány nélkül fényképezni . A fast lens fast lens angol neve (szó szerint - "gyors lencse") hangsúlyozza, hogy alkalmas gyorsan mozgó tárgyak rövid záridővel történő fényképezésére.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a maximális relatív rekesznyílás mellett a kapott kép minősége a tökéletes lencsekialakítás ellenére is rosszabb, mint közepes rekeszértékeknél [9] . A vignettálás teljes rekesznyílásnál is eléri a maximális értéket [10] . Ezenkívül a mélységélesség nagyon kicsi, és nem elegendő a keret mélységébe nyúló tárgyak éles megjelenítéséhez. Ez leginkább kis távolságról történő fényképezéskor észlelhető, így a makró objektívek rekeszértéke gyakran viszonylag kicsi. Mindazonáltal az ultragyors, nyitott rekesznyílású objektívek használata lehetővé teszi olyan művészi hatások elérését a fényképezésben és a moziban, amelyek az alacsony rekesznyílású optikák számára elérhetetlenek. A nagy maximális rekesznyílás a portréobjektívekre jellemző , amelyek maradék szférikus aberrációt és lágy optikai mintázatot tesznek lehetővé [11] .

A vetítőlencsék esetében a rekesznyílás értéke határozza meg a teljes projektor fényhatékonyságát , és végső soron a kép fényerejét a képernyőn. A nagy mélységélesség és a kis szögmező haszontalansága lehetővé teszi, hogy a legtöbb objektívet megfelelően nagy rekesznyílású lapos tárgyak vetítésére gyártsák.

Az optika osztályozása fényesség szerint

A maximális geometriai rekesznyílás különböző értékeivel rendelkező objektíveket általában több csoportra osztják. A hagyományos, alacsony rekesznyílású optikák mellett az objektívek gyorsak és szuperrekeszűek is lehetnek . A filmművészetben az első csoportba az f/2,8 feletti maximális relatív rekesznyílású optika tartozik, a második csoportba f/1,5-tel kezdődik [12] . A fényképezésben a nagyobb keretméretek miatt az optikát szuperrekesznek tekintik, f / 2.0-tól kezdve [13] . A legjobb ultragyors objektívek maximális rekeszértéke megközelíti az f/0,5 elméleti határt a levegőben való fényképezésnél [* 2] :

• Kiállítási objektív Zeiss Super Q Gigantar 40/0,33 Contarex fényképezőgéphez : 0,33 [14] [15] ;
• Tükörlencse "ChV" 20 / 0,5, GOI által 1948-ban kifejlesztett: 0,5 [16] [17] [18] ;
• Signal Corps Engineering 33/0,6 katonai objektív: 0,6 ;
• Lencse "Iskra-3" 72 / 0,65, GOI által kifejlesztett: 0,65 ;
• Speciális lencse a NASA Zeiss Planar űrprogramjához 50/0,7 : 0,7 ;
• Soros lencse Micro Four Thirds Handevision Ibeluxhoz: 0,85 [19] ;
• Mitakon 50 mm f/0,95 Sony E-tartóhoz, Nikon Z-tartóhoz, Micro Four Thirds-hez, Canon RF-hez és Canon EF-hez [20] ;
• Leica Noctilux távolságmérő kamerához : 0,95 ;
• Canon EF 50mm Canon EOS SLR fényképezőgépekhez : 1,0 [21] ;
• Noct- Nikkor Nikon F2 DSLR -hez : 1.2 ;
• Standard objektívek 50 mm tükörreflexes fényképezőgépekhez Canon , Nikon , Minolta stb.: 1.4 ;
• Zeiss Sonnar objektívek és szovjet analógjuk, a Jupiter-3 [22] : 1,5 ;

Különböző berendezések osztályaira a következő objektív rekeszértékek jellemzőek [23] :

• Professzionális diszkrét filmlencsék : T1,3-2,8 ;
• Vetítőlencsék filmes és írásvetítőhöz : 1,0 - 2,8
• Zoom objektívek professzionális videokamerákhoz : 1,2-2,0 ;
• Fix gyújtótávolságú objektívek tükörreflexes fényképezőgépekhez : 1,2-4,5 ;
• Professzionális zoom objektívek tükörreflexes fényképezőgépekhez: 2,8 - 4,0 ;
• Olcsó zoom objektívek tükörreflexes fényképezőgépekhez: 3,5 - 6,3 ;
• Digitális vagy filmes kompakt fényképezőgép : 3,5-8 ;
• Filmdobozos kamera : 8-11 ;

A nagy rekeszérték könnyen elérhető normál objektívekkel kis méretükkel és viszonylag alacsony költségükkel. A kis aberrációk és a nagy felbontás fenntartása mellett a fényerő növelése a szögmező korlátozását igényli [24] . Ezért a széles látószögű objektívek rekeszértéke általában alacsonyabb, míg a hosszú fókuszú objektívek rekeszértékét korlátozza a kromatikus aberráció, amely a gyújtótávolsággal arányosan nő, és nagy nehézségek árán kiküszöbölhető. A gyors nagylátószögű és teleobjektívek mérete többszörösére nőhet a kevésbé gyors társaikéhoz képest. Az optikai rendszerek invariancia elve szerint a szögmező tangensének, a gyújtótávolság és a rekeszérték négyzetgyökének szorzata minden azonos optikai tökéletességű anasztigma objektív esetén állandó [25] .

A képi holográfiához tervezett objektíveknél nagy rekeszérték szükséges . Ez annak köszönhető, hogy egy széles (150-200 mm) bejárati pupillát nagy szögmezővel kell kombinálni , ami rövid gyújtótávolságnak felel meg. Így széles látómezőt biztosítunk a több látószög megtartása mellett [26] . Így a Szovjetunióban készült, 200 mm-es bemeneti pupilla átmérőjű és 150 gyújtótávolságú OKG-2 holografikus filmező lencse fényereje f/0,75 [27] .

Lásd még

• Relatív lyuk
• Az objektív rekesznyílása
• Az optika megvilágosodása
• bokeh

Jegyzetek

1. ↑ Az állítás levegőben és más, közeli törésmutatójú közegben igaz
2. ↑ A marketing céllal készült Carl Zeiss Super Q Gigantar objektív technikai érdekességnek számít, mert gyakorlati fotózásra alkalmatlan

Források

1. ↑ 1 2 Rövid útmutató amatőr fotósoknak, 1985 , p. 35.
2. ↑ Butikov, 1986 , p. 363.
3. ↑ Általános fotós tanfolyam, 1987 , p. tizennyolc.
4. ↑ Filmforgató berendezés, 1988 , p. 81.
5. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , p. 152.
6. ↑ Volosov, 1978 , p. 75.
7. ↑ Volosov, 1978 , p. 76.
8. ↑ Rövid útmutató amatőr fotósoknak, 1985 , p. 35.
9. ↑ Rövid útmutató amatőr fotósoknak, 1985 , p. 34.
10. ↑ Általános fotós tanfolyam, 1987 , p. húsz.
11. ↑ Volosov, 1978 , p. 316.
12. ↑ Filmforgató berendezés, 1988 , p. 82.
13. ↑ Általános fotós tanfolyam, 1987 , p. 19.
14. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar 40mm F / 0.33: a leggyorsabb objektív vagy a gyártó iróniája? . Cameralabs. Letöltve: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. november 17.. (Orosz)
15. ↑ Michael Zhang. Carl Zeiss Super-Q-Gigantar 40 mm f/0,33: A valaha készült leggyorsabb objektív?  (angol) . Hírek . Petapixel (2013. augusztus 6.). Hozzáférés dátuma: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. december 7.
16. ↑ A GOI-nál kifejlesztett lencsék, 1963 , 1. o. 269.
17. ↑ Luiz Paracampo. A világ leggyorsabb objektívje  (angol) . USSR Photo (2007. december 25.). Letöltve: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. november 17..
18. ↑ A 10 leggyorsabb objektív  . "Kadrr". Letöltve: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. november 17..
19. ↑ Vlagyimir Samarin. Handevision Ibelux 40mm f/0.85: új rekorder . "Fotótippek" (2013. december 28.). Letöltve: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. november 17.. (Orosz)
20. ↑ Termékek | Mitakon-ZY  optika . Letöltve: 2020. augusztus 31. Az eredetiből archiválva : 2020. augusztus 5..
21. ↑ Ken Rockwell. Canon 50mm f/1.0 L  (angol) . Vélemények (2013. október). Letöltve: 2015. november 14. Az eredetiből archiválva : 2015. november 13..
22. ↑ Jupiter-3 . ZENIT fényképezőgép. Letöltve: 2019. április 16. Az eredetiből archiválva : 2019. április 8.. (Orosz)
23. ↑ Fényképezőgépek, 1984 , p. 43.
24. ↑ Optikai rendszerek elmélete, 1992 , p. 243.
25. ↑ Volosov, 1978 , p. 295.
26. ↑ Képi holográfia és holografikus filmművészet, 1987 , p. 128.
27. ↑ Képi holográfia és holografikus filmművészet, 1987 , p. 129.

Irodalom

• E. I. Butikov. 7. Geometriai optika és a diffrakció szerepe az optikai eszközökben // Optika / NI Kaliteevsky. - M . : "Felsőiskola", 1986. - S. 329-391. — 512 p. - 23.000 példány.
• D. S. Volosov . Fényképészeti optika. - 2. kiadás - M.,: "Művészet", 1978. - S. 75, 76. - 543 p. — 10.000 példány.
• Gordiychuk, I. B. Operatőr kézikönyve / I. B. Gordiychuk, V. G. Pell. - M .  : Művészet , 1979. - 440 p. — 30.000 példány.
• Ershov K. G. Filmező berendezés / S. M. Provornov. - L . : "Mérnökség", 1988. - 272 p. — 10.000 példány.  - ISBN 5-217-00276-0 .
• N. P. Zakaznov, S. I. Kiryushin, V. I. Kuzichev. fejezet XV. Fényképészeti lencse // Optikai rendszerek elmélete / TV Abivova. - M . : "Műszaki", 1992. - S.  240 -268. — 448 p. - 2300 példány.  — ISBN 5-217-01995-6 .
• E. A. Iofis . Fényképtechnika / I. Yu. Shebalin. - M.,: "Szovjet Enciklopédia", 1981. - S.  228 . — 447 p. — 100.000 példány.
• V. G. Komar, O. B. Szerov. Finom holográfia és holografikus filmművészet / O. F. Grebennikov. - M . : "Művészet", 1987. - 286 p. (Orosz)
• N. D. Panfilov, A. A. Fomin. Rövid útmutató amatőr fotósoknak / N. N. Zherdetskaya. - M . : "Művészet", 1985. - S.  179 -184. — 367 p. — 100.000 példány.
• Fomin A. V. § 4. Fényképészeti lencsék // A fotózás általános tanfolyama / T. P. Buldakova. - 3. - M.,: "Legprombytizdat", 1987. - S. 124-130. — 256 p. — 50.000 példány.
• M. Ya. Shulman. Fényképezőgépek / T. G. Filatova. - L.,: "Mérnökség", 1984. - 142 p. — 100.000 példány.
• GOI / E. B. Lishnevskaya által kifejlesztett fényképészeti és vetítőlencsék . - L .: GOI , 1963. - 447 p. - 300 példány.