Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Aperture )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Апертура (значения) .

Различная диафрагма объектива
Определения Aperture в 1707 Glossographia Anglicana Нова [1]

В оптике , отверстие представляет собой отверстие или отверстие , через которое легкие путешествия. Более конкретно, диафрагма и фокусное расстояние из оптической системы определяют угол конуса пучка лучей , которые приходят в фокус в плоскости изображения .

Оптическая система обычно имеет множество отверстий или структур, которые ограничивают пучки лучей (пучки лучей также известны как пучки света). Эти структуры могут быть краем линзы или зеркала , кольцом или другим приспособлением, которое удерживает оптический элемент на месте, или могут быть специальным элементом, таким как диафрагма, помещенная на оптическом пути, чтобы ограничить свет, попадающий в систему. В общем, эти структуры называются стопами [2], а диафрагма - это стоп, который в первую очередь определяет угол конуса луча и яркость в точке изображения .

В некоторых контекстах, особенно в фотографии и астрономии , диафрагма относится к диаметру диафрагмы, а не к физическому упору или самому отверстию. Например, в телескопе диафрагмой обычно являются края линзы объектива или зеркала (или держателя, на котором оно держится). Затем говорят, что телескоп имеет, например, 100-сантиметровую апертуру . Обратите внимание, что диафрагма не обязательно является самой маленькой диафрагмой в системе. Увеличение и уменьшение с помощью линз и других элементов может привести к тому, что относительно большой упор будет ограничителем диафрагмы для системы. В астрофотографииапертура может быть указана в виде линейной меры (например, в дюймах или мм) или в виде безразмерного отношения между этой мерой и фокусным расстоянием . В другой фотографии это обычно выражается в виде отношения.

Иногда упоры и диафрагмы называют апертурами, даже если они не являются диафрагмами системы.

Слово апертура также используется в других контекстах для обозначения системы, которая блокирует свет за пределами определенной области. В астрономии, например, фотометрическая апертура вокруг звезды обычно соответствует круглому окну вокруг изображения звезды, внутри которого предполагается интенсивность света. [3]

Заявление [ править ]

Элвин Кларк полирует большой объектив Great Refractor обсерватории Йеркса с диаметром 40 дюймов 102 см в 1896 году.

Ограничитель диафрагмы - важный элемент в большинстве оптических конструкций. Его наиболее очевидная особенность заключается в том, что он ограничивает количество света, который может достичь плоскости изображения / пленки . Это может быть либо неизбежным, как в телескопе, где нужно собрать как можно больше света; или преднамеренно, чтобы предотвратить насыщение детектора или передержку пленки. В обоих случаях размер диафрагмы ограничен другими факторами, кроме количества пропускаемого света; тем не мение:

  • Размер стопа - это один из факторов, влияющих на глубину резкости . Меньшие остановки (большие числа f ) обеспечивают большую глубину резкости , позволяя объектам, находящимся на широком диапазоне расстояний от зрителя, быть в фокусе одновременно.
  • Стоп ограничивает влияние оптических аберраций . Если стоп будет слишком большим, изображение будет искажено. Более сложные конструкции оптических систем могут смягчить эффект аберраций, обеспечивая больший стоп и, следовательно, большую светосилу.
  • Остановка определяет, будет ли изображение виньетировано . Более крупные ступени могут привести к падению интенсивности, достигающей пленки или детектора, по направлению к краям изображения, особенно когда для точек вне оси диафрагмой становится другая ступень, поскольку отсекает больше света, чем это было на предыдущей ступени. упор диафрагмы на оптической оси.
  • Для увеличения диафрагмы требуется оптика большего диаметра, которая тяжелее и дороже.

Помимо упора диафрагмы, фотографический объектив может иметь один или несколько упоров поля , которые ограничивают поле зрения системы . Когда поле зрения ограничено полевой диафрагмой в объективе (а не на пленке или датчике), возникает виньетирование ; это проблема только в том случае, если результирующее поле зрения меньше желаемого.

Биологический зрачок в глазу является его апертурой в оптике номенклатуре; радужная оболочка - это диафрагма, которая служит диафрагмой. Из-за рефракции в роговице эффективная апертура ( входной зрачок на языке оптики) немного отличается от физического диаметра зрачка. Входной зрачок обычно составляет около 4 мм в диаметре, хотя он может варьироваться от 2 мм ( f / 8,3 ) в ярко освещенном месте до 8 мм ( f / 2,1) в темноте.

В астрономии диаметр диафрагмы (называемый апертурой ) является критическим параметром при конструкции телескопа . Как правило, желательно, чтобы апертура была как можно больше, чтобы собирать максимальное количество света от удаленных объектов. Однако на практике размер апертуры ограничен соображениями стоимости и веса, а также предотвращением аберраций (как упоминалось выше).

Апертуры также используются для управления энергией лазера, техники z-сканирования с малой апертурой , дифракции / структуры и очистки луча. [4] Лазерные применения включают пространственные фильтры, модуляцию добротности, контроль рентгеновского излучения высокой интенсивности.

В световой микроскопии слово «диафрагма» может использоваться по отношению к конденсору (изменяет угол света на поле образца), диафрагме поля (изменяет область освещения) или, возможно, линзе объектива (формирует первичное изображение). См. Оптический микроскоп .

В фотографии [ править ]

Ограничение диафрагмы фотографического объектива можно отрегулировать для управления количеством света, попадающего на пленку или датчик изображения . В сочетании с изменением скорости затвора размер диафрагмы будет регулировать степень воздействия света на пленку или датчик изображения . Обычно для быстрого затвора требуется большая диафрагма, чтобы обеспечить достаточную освещенность, а для медленного затвора требуется меньшая диафрагма, чтобы избежать чрезмерной экспозиции.

Диаграмма уменьшения размеров диафрагмы (увеличение числа f ) для приращений "полная ступень" (коэффициент площади диафрагмы два на ступень)

Устройство, называемое диафрагмой, обычно служит ограничителем диафрагмы и регулирует диафрагму. Мембранные функционирует так же, как радужной оболочки глаза в глаза  - он контролирует эффективный диаметр отверстия объектива. Уменьшение размера диафрагмы увеличивает глубину резкости , которая описывает степень, в которой объект, расположенный ближе или дальше от фактической плоскости фокуса, оказывается в фокусе. Как правило, чем меньше диафрагма (чем больше f-число), тем на большем расстоянии от плоскости фокусировки может находиться объект, по-прежнему находящийся в фокусе.

Апертура объектива обычно указывается как число f , отношение фокусного расстояния к эффективному диаметру апертуры. Объектив обычно имеет набор отмеченных «диафрагм», на которые можно установить диафрагменное число. Меньшее число f означает большее отверстие диафрагмы, которое позволяет большему количеству света попадать на пленку или датчик изображения. Термин фотография «одна диафрагма» относится к фактору √ 2 (прибл. 1,41) изменение диафрагменного числа, которое в свою очередь соответствует коэффициенту 2 изменения интенсивности света.

Приоритет диафрагмы - это полуавтоматический режим съемки, используемый в камерах. Это позволяет фотографу выбрать настройку диафрагмы и позволить камере определять выдержку, а иногда и чувствительность ISO для правильной экспозиции. Это также называется автоматической экспозицией с приоритетом диафрагмы, режимом A, режимом AV (режим значения диафрагмы) или полуавтоматическим режимом. [5]

Типичные диапазоны отверстий , используемые в фотографии около F /2.8- F / 22 или е / 2- е / 16, [6] охватывающих шесть остановок, которые могут быть разделены на широкий, средний и узкий из двух остановок каждый, примерно ( используя круглые числа) f / 2– f / 4, f / 4– f / 8 и f / 8– f / 16 или (для более медленного объектива) f / 2,8– f / 5,6, f / 5,6– f / 11 , и f / 11– f / 22. Это не резкие деления, и диапазоны для конкретных линз различаются.

Максимальная и минимальная диафрагмы [ править ]

Дополнительная информация: Скорость линзы

Спецификации для данного объектива обычно включают максимальный и минимальный размеры диафрагмы, например, f / 1,4– f / 22. В этом случае f / 1,4 - это максимальная диафрагма (самое широкое отверстие), а f / 22 - минимальное отверстие (самое маленькое отверстие). Максимальное отверстие диафрагмы обычно представляет наибольший интерес и всегда учитывается при описании объектива. Это значение также известно как « светосила» объектива , поскольку оно влияет на время экспозиции. Диафрагма пропорциональна квадратному корню из пропускаемого света и, таким образом, обратно пропорциональна квадратному корню из требуемого времени экспозиции, так что диафрагма f / 2 позволяет выдерживать время в четверть от f / 4.

Диапазон диафрагмы 50-мм объектива Minolta, f / 1,4 – f / 16

Объективы с отверстием диафрагмы f / 2,8 или более называются «светосильными», хотя конкретная точка со временем менялась (например, в начале 20 века отверстия диафрагмы, превышающие f / 6, считались быстрыми [ цитата необходима ] ) . Самые светосильные объективы для обычного формата 35-мм пленки в массовом производстве имеют диафрагму f / 1,2 или f / 1,4, с большей диафрагмой при f / 1,8 и f / 2,0, а многие - при f / 2,8 или меньше; f /1.0 необычный, хотя и находит применение. При сравнении «светосильных» объективов формат изображениянеобходимо учитывать. Объективы, предназначенные для малого формата, такого как полукадр или APS-C, должны проецировать гораздо меньший круг изображения, чем объектив, используемый для широкоформатной фотографии. Таким образом, оптические элементы, встроенные в объектив, могут быть намного меньше и дешевле.

В исключительных случаях объективы могут иметь еще более широкую диафрагму с числом f меньше 1,0; см. подробный список в светосиле: светосильные линзы . Например, как нынешний Leica Noctilux-M 50mm ASPH, так и 50-миллиметровый дальномер Canon 1960-х годов имеют максимальную диафрагму f / 0,95. [7] Более дешевые альтернативы появились в последние годы, такие как Косина Voigtländer 17.5мм ф /0.95, 25мм е /0.95 и 42,5 е /0.95 ручной фокусировкой для Micro Four Thirds-системы . [8] [9] [10]

У профессиональных объективов для некоторых кинокамер число f составляет всего f / 0,75. Стэнли Кубрик фильма «ы Барри Линдон имеет сцены , снятые при свечах с NASA / Цейсс 50 мм F / 0,7 , [11] самый быстрый объектив в истории кино. Помимо стоимости, эти объективы имеют ограниченное применение из-за соответственно меньшей глубины резкости - сцена должна быть либо неглубокой, сниматься с большого расстояния, либо она будет значительно расфокусирована, хотя это может быть желаемым эффектом.

Зум-объективы обычно имеют максимальную относительную диафрагму (минимальное число f ) от f / 2,8 до f / 6,3 во всем диапазоне. Высококачественные объективы будут иметь постоянную диафрагму, например, f / 2,8 или f / 4, что означает, что относительная диафрагма останется неизменной во всем диапазоне масштабирования. Более типичный потребительский зум будет иметь переменную максимальную относительную диафрагму, поскольку сложнее и дороже поддерживать максимальную относительную диафрагму, пропорциональную фокусному расстоянию при больших фокусных расстояниях; От f / 3,5 до f / 5,6 - это пример обычного диапазона переменной диафрагмы в потребительских зум-объективах.

Напротив, минимальная диафрагма не зависит от фокусного расстояния - она ​​ограничена тем, насколько узко закрывается диафрагма, а не конструкцией объектива - и вместо этого обычно выбирается исходя из практичности: очень маленькие диафрагмы имеют более низкую резкость из-за дифракции, в то время как дополнительная глубина резкости, как правило, бесполезна, и поэтому от использования таких диафрагм обычно мало пользы. Соответственно, объективы DSLR обычно имеют минимальную диафрагму f / 16, f / 22 или f / 32, в то время как большой формат может уменьшаться до f / 64, что отражено в названии группы f / 64 . Глубина резкости - важная проблема в макросъемке.Впрочем, и там видны отверстия меньшего размера. Например, Canon MP-E 65 мм может иметь эффективную диафрагму (из-за увеличения) всего лишь f / 96. Обскура оптический для Lensbaby творческих линз имеет апертуру только ф / 177. [12]

  • f / 32 - малая диафрагма и медленный затвор

  • f /5.6 - большая диафрагма и быстрый затвор

  • f / 22 - малая диафрагма и более медленный затвор (время экспозиции: 1/80)

  • f /3.5 - большая диафрагма и более быстрый затвор (время экспозиции: 1/2500)

  • Изменение значения диафрагмы камеры с шагом в полстопа, начиная с f / 256 и заканчивая f / 1

  • Изменение диаметра апертуры камеры от нуля до бесконечности

Площадь диафрагмы [ править ]

Количество света, улавливаемого линзой, пропорционально площади диафрагмы, равной:

Там , где две эквивалентные формы связаны через диафрагменное число N = F / D , с фокусным расстоянием F и отверстием диаметра D .

Значение фокусного расстояния не требуется при сравнении двух объективов с одинаковым фокусным расстоянием; значение 1 может быть использован вместо этого, и другие факторы могут быть удалены, а, в результате чего площадь пропорционально обратной квадрату диафрагменного числа N .

If two cameras of different format sizes and focal lengths have the same angle of view, and the same aperture area, they gather the same amount of light from the scene. In that case, the relative focal-plane illuminance, however, would depend only on the f-number N, so it is less in the camera with the larger format, longer focal length, and higher f-number. This assumes both lenses have identical transmissivity.

Aperture control[edit]

Aperture mechanism of Canon 50mm f/1.8 II lens, with five blades

Though as early as 1933 Torkel Korling had invented and patented for the Graflex large format reflex camera an automatic aperture control,[13] not all early 35mm single lens reflex cameras had the feature. With a small aperture, this darkened the viewfinder, making viewing, focusing, and composition difficult.[14] Korling's design enabled full-aperture viewing for accurate focus, closing to the pre-selected aperture opening when the shutter was fired and simultaneously synchronising the firing of a flash unit. From 1956 SLR camera manufacturers separately developed automatic aperture control (the Miranda T 'Pressure Automatic Diaphragm', and other solutions on the Exakta Varex IIa and Praktica FX2) allowing viewing at the lens's maximum aperture, stopping the lens down to the working aperture at the moment of exposure, and returning the lens to maximum aperture afterward.[15] The first SLR cameras with internal ("through-the-lens" or "TTL") meters (e.g., the Pentax Spotmatic) required that the lens be stopped down to the working aperture when taking a meter reading. Subsequent models soon incorporated mechanical coupling between the lens and the camera body, indicating the working aperture to the camera for exposure while allowing the lens to be at its maximum aperture for composition and focusing;[15] this feature became known as open-aperture metering.

For some lenses, including a few long telephotos, lenses mounted on bellows, and perspective-control and tilt/shift lenses, the mechanical linkage was impractical,[15] and automatic aperture control was not provided. Many such lenses incorporated a feature known as a "preset" aperture,[15][16] which allows the lens to be set to working aperture and then quickly switched between working aperture and full aperture without looking at the aperture control. A typical operation might be to establish rough composition, set the working aperture for metering, return to full aperture for a final check of focus and composition, and focusing, and finally, return to working aperture just before exposure. Although slightly easier than stopped-down metering, operation is less convenient than automatic operation. Preset aperture controls have taken several forms; the most common has been the use of essentially two lens aperture rings, with one ring setting the aperture and the other serving as a limit stop when switching to working aperture. Examples of lenses with this type of preset aperture control are the Nikon PC Nikkor 28 mm f/3.5 and the SMC Pentax Shift 6×7 75 mm f/4.5. The Nikon PC Micro-Nikkor 85 mm f/2.8D lens incorporates a mechanical pushbutton that sets working aperture when pressed and restores full aperture when pressed a second time.

Canon EF lenses, introduced in 1987,[17] have electromagnetic diaphragms,[18] eliminating the need for a mechanical linkage between the camera and the lens, and allowing automatic aperture control with the Canon TS-E tilt/shift lenses. Nikon PC-E perspective-control lenses,[19] introduced in 2008, also have electromagnetic diaphragms,[20] a feature extended to their E-type range in 2013.

Optimal aperture[edit]

Optimal aperture depends both on optics (the depth of the scene versus diffraction), and on the performance of the lens.

Optically, as a lens is stopped down, the defocus blur at the Depth of Field (DOF) limits decreases but diffraction blur increases. The presence of these two opposing factors implies a point at which the combined blur spot is minimized (Gibson 1975, 64); at that point, the f-number is optimal for image sharpness, for this given depth of field[21] – a wider aperture (lower f-number) causes more defocus, while a narrower aperture (higher f-number) causes more diffraction.

As a matter of performance, lenses often do not perform optimally when fully opened, and thus generally have better sharpness when stopped down some – note that this is sharpness in the plane of critical focus, setting aside issues of depth of field. Beyond a certain point, there is no further sharpness benefit to stopping down, and the diffraction begins to become significant. There is accordingly a sweet spot, generally in the f/4 – f/8 range, depending on lens, where sharpness is optimal, though some lenses are designed to perform optimally when wide open. How significant this varies between lenses, and opinions differ on how much practical impact this has.

While optimal aperture can be determined mechanically, how much sharpness is required depends on how the image will be used – if the final image is viewed under normal conditions (e.g., an 8″×10″ image viewed at 10″), it may suffice to determine the f-number using criteria for minimum required sharpness, and there may be no practical benefit from further reducing the size of the blur spot. But this may not be true if the final image is viewed under more demanding conditions, e.g., a very large final image viewed at normal distance, or a portion of an image enlarged to normal size (Hansma 1996). Hansma also suggests that the final-image size may not be known when a photograph is taken, and obtaining the maximum practicable sharpness allows the decision to make a large final image to be made at a later time; see also critical sharpness.

Equivalent aperture range[edit]

See also: Image sensor format

In digital photography, the 35mm-equivalent aperture range is sometimes considered to be more important than the actual f-number. Equivalent aperture is the f-number adjusted to correspond to the f-number of the same size absolute aperture diameter on a lens with a 35mm equivalent focal length. Smaller equivalent f-numbers are expected to lead to higher image quality based on more total light from the subject, as well as lead to reduced depth of field. For example, a Sony Cyber-shot DSC-RX10 uses a 1" sensor, 24–200 mm with maximum aperture constant along the zoom range; f/2.8 has equivalent aperture range f/7.6, which is a lower equivalent f-number than some other f/2.8 cameras with smaller sensors.[22]

In scanning or sampling[edit]

The terms scanning aperture and sampling aperture are often used to refer to the opening through which an image is sampled, or scanned, for example in a Drum scanner, an image sensor, or a television pickup apparatus. The sampling aperture can be a literal optical aperture, that is, a small opening in space, or it can be a time-domain aperture for sampling a signal waveform.

For example, film grain is quantified as graininess via a measurement of film density fluctuations as seen through a 0.048 mm sampling aperture.

See also[edit]

  • Numerical aperture
  • Antenna aperture
  • Angular resolution
  • Diaphragm (optics)
  • Waterhouse stop
  • Bokeh
  • Shallow focus
  • Deep focus
  • Entrance pupil
  • Exit pupil
  • Lyot stop

References[edit]

  1. ^ Thomas Blount, Glossographia Anglicana Nova: Or, A Dictionary, Interpreting Such Hard Words of whatever Language, as are at present used in the English Tongue, with their Etymologies, Definitions, &c. Also, The Terms of Divinity, Law, Physick, Mathematics, History, Agriculture, Logick, Metaphysicks, Grammar, Poetry, Musick, Heraldry, Architecture, Painting, War, and all other Arts and Sciences are herein explain'd, from the best Modern Authors, as, Sir Isaac Newton, Dr. Harris, Dr. Gregory, Mr. Lock, Mr. Evelyn, Mr. Dryden, Mr. Blunt, &c., London, 1707.
  2. ^ "Exposure Stops in Photography - A Beginner's Guide". Photography Life. Retrieved 10 May 2019.
  3. ^ Nicholas Eaton, Peter W. Draper & Alasdair Allan, Techniques of aperture photometry Archived 11 March 2007 at the Wayback Machine in PHOTOM – A Photometry Package, 20 August 2002
  4. ^ Rashidian Vaziri, M R (2015). "Role of the aperture in Z-scan experiments: A parametric study". Chinese Physics B. 24 (11): 114206. Bibcode:2015ChPhB..24k4206R. doi:10.1088/1674-1056/24/11/114206.
  5. ^ "Aperture and shutter speed in digital cameras". elite-cameras.com. Archived from the original on 20 June 2006. Retrieved 20 June 2006. (original link no longer works, but page was saved by archive.org)
  6. ^ What is... Aperture?
  7. ^ Mahoney, John. "Leica's $11,000 Noctilux 50mm f/0.95 Lens Is a Nightvision Owl Eye For Your Camera". gizmodo.com. Retrieved 15 April 2018.
  8. ^ "Voigtlander Nokton 17.5mm f/0.95 Lens for Micro Four BA175M B&H". www.bhphotovideo.com. Retrieved 15 April 2018.
  9. ^ "Voigtlander BA259M2 Replacement for Voigtlander BA259M – B&H". www.bhphotovideo.com. Retrieved 15 April 2018.
  10. ^ "Voigtlander Nokton 42.5mm f/0.95 Micro Four-Thirds Lens BA425M". www.bhphotovideo.com. Retrieved 15 April 2018.
  11. ^ Ed DiGiulio (President, Cinema Products Corporation). "Two Special Lenses for Barry Lyndon"
  12. ^ "Pinhole and Zone Plate Photography for SLR Cameras". Lensbaby Pinhole optic. Archived from the original on 1 May 2011.
  13. ^ US patent 2,029,238 Camera Mechanism, Application June 4, 1933
  14. ^ Shipman, Carl (1977). SLR Photographers Handbook. Tucson, AZ: HP Books. pp. 53. ISBN 0-912656-59-X.
  15. ^ a b c d Sidney F. Ray. The geometry of image formation. In The Manual of Photography: Photographic and Digital Imaging, 9th ed, pp. 136–137. Ed. Ralph E. Jacobson, Sidney F. Ray, Geoffrey G. Atteridge, and Norman R. Axford. Oxford: Focal Press, 2000. ISBN 0-240-51574-9
  16. ^ B. "Moose" Peterson. Nikon System Handbook. New York: Images Press, 1997, pp. 42–43. ISBN 0-929667-03-4
  17. ^ Canon Camera Museum. Accessed 12 December 2008.
  18. ^ EF Lens Work III: The Eyes of EOS. Tokyo: Canon Inc., 2003, pp. 190–191.
  19. ^ Nikon USA web site Archived 12 December 2008 at the Wayback Machine. Accessed 12 December 2008.
  20. ^ Nikon PC-E product comparison brochure Archived 17 December 2008 at the Wayback Machine. Accessed 12 December 2008.
  21. ^ "Diffraction and Optimum Aperture – Format size and diffraction limitations on sharpness". www.bobatkins.com. Retrieved 15 April 2018.
  22. ^ R Butler. "Sony Cyber-shot DSC RX10 First Impressions Review". Retrieved 19 January 2014.
  • Gibson, H. Lou. 1975. Close-Up Photography and Photomacrography. 2nd combined ed. Kodak Publication No. N-16. Rochester, NY: Eastman Kodak Company, Vol II: Photomacrography. ISBN 0-87985-160-0
  • Hansma, Paul K. 1996. View Camera Focusing in Practice. Photo Techniques, March/April 1996, 54–57. Available as GIF images on the Large Format page.

External links[edit]

  • Stops and Apertures