Относительное отверстие

В данной статье будет подробно разбираться определение термина относительное отверстие объектива и его роль в формировании телевизионного изображения.

Относительная отверстие – это оптическая мера светопропускания объектива, то есть способность объектива давать более или менее яркое изображение на телевизионном изображении при одинаковых условиях съемки. Большее значение относительного отверстия объектива (F/1.0, F/1.2, F/1.4 и т.д.)  позволяет снимать при более низком уровне освещенности на объекте. Регулируется относительное отверстие апертурной диафрагмой (вставной или ирисовой), которая представляет собой устройство, изменяющее размеры действующего отверстия в объективе и этим ограничивающее поперечное сечение световых пучков, проходящих через объектив, то есть изменяет количество света, падающего на фотоприемник. Величина относительного отверстия напрямую влияет на глубину резко изображаемого пространства (ГРИП), чем меньше значение относительного отверстия, тем больше глубина резкости на изображении.

Существует два разных типа относительных отверстия — геометрическое (f-Stop) и эффективное (t-Stop).

Относительное геометрическое значение апертуры (С) определяется как:

C = D / F

где D — максимальный диаметр отверстия апертурной диафрагмы (входного зрачка), F — фокусное расстояние.

У большинства объективов отверстие апертурной диафрагмы в полностью открытом состоянии практически равно диаметру переднего стеклянного элемента. Исключением из этого правила являются сверхширокоугольные объективы, у которых передний элемент физически намного больше.

При вычислении геометрического значения апертуры не учитываются потери света на поглощение в стекле линз и отражения на их поверхностях, грани­чащих с воздухом, эффективное относительное отверстие отличается от геометрического тем, что рассчитывается и измеряется на практике. Таким образом, фактическая светосила всегда меньше геометрической на величину всех потерь света в линзе. В объективах с большим количеством стеклянных элементов такие потери могут составлять около 30-40%, и их следует учитывать при расчете экспозиции.

Необходимо отметить, чем больше оптических элементов используется в объективе, тем ниже коэффициент пропускания света. Например, вариофокальные объективы имеют более низкий коэффициент пропускания, чем объективы с фиксированным фокусным расстоянием, так как в них используется более сложная оптическая схема. Также многое зависит от качества стекла, суммарной толщины стекла линз и самой сборки объектива. В более бюджетных объективах,как правило, используется стекло худшего качества (порой производители для удешевления модели вместо стекла используют пластик). Это означает (среди прочего), что они пропускают меньше света, нежели более дорогая оптика. Качество сборки внутри объектива также имеет огромное значение. Чем лучше будут устранены отражения внутри объектива, чем большее количество света попадет на фотоприемник.

Чтобы уменьшить потери света и увеличить контраст изображения, все современные объективы имеют специальное просветляющее покрытие. На поверхности элементов, граничащих с воздухом, наносится прозрачный материал, который имеет средний коэффициент преломления между границей двух сред: стекла и воздуха. Такой материал значительно уменьшает количество отраженного света, что способствует меньшему рассеиванию света при прохождении через линзы объектива.

Наилучшие характеристики достигаются, когда толщина просветляющего покрытия равна длине световой волны, но это условие может выполняться только для одной длины волны. На графике ниже (рис. 1) показано соотношение количества отраженного света от одной границы стекло / воздух до и после нанесения просветляющего покрытия. Как видите, отражение полностью устраняется только для одной длины волны (в данном случае λ = 560 мкм), но значительно уменьшается и для других длин волн.

Шкала значений геометрического относительного отверстия объектива маркируется на его оправе. Некоторые зарубежные объективы имеют шкалу диафрагмы, отмеченную как геометрическим, так и эффективным значением диафрагмы. В этом случае эффективные значения диафрагмы отмечены красной краской, а значения геометрической апертуры — белой краской. Устанавливается серия отмеченных значений таким образом, чтобы каждая следующая метка диафрагмы соответствовала двойному или половинному количеству света, прошедшему через линзу, по сравнению с предыдущей меткой. Количество проходящего света прямо пропорционально площади отверстия апертурной диафрагмы, поэтому подходящие относительные значения апертуры составляют 1: 1, 1: 1.4; 1: 2; 1: 2.8; 1: 4; 1: 5.6; 1: 8; 1:11; 1:16; 1:22. В целях удобства, было принято обозначать значения только их знаменателями — 1, 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6 и т. д. Первая отметка на шкале диафрагмы соответствует величине полностью открытой диафрагмы (максимальному значению геометрической апертуры) и может отличаться от указанной выше серии. Все остальные значения должны соответствовать указанной строке. Вторая отметка может быть без надписи, если ее значение отличается от первой отметки менее чем на 10%.