Öppning

Bländare  är ett värde som kännetecknar ljustransmissionen hos ett optiskt system , det vill säga förhållandet mellan belysningen av den faktiska bilden som ges till den i fokalplanet och den initiala ljusstyrkan för det visade objektet [1] . Bländaren är proportionell mot kvadraten på det optiska systemets relativa bländare och bestämmer dess ljuseffektivitet [2] [3] .

Inom praktisk fotografering och film används ett förenklat vardagligt koncept med objektivbländare , vilket är den maximala relativa bländaren som erhålls med en helt öppen bländare , och vid vilken den maximala ljustransmissionen för objektivet är uppnåbar [4] [5] . Det kvadratiska beroendet beaktas inte i detta fall, eftersom det automatiskt beaktas vid exponeringsmätningsberäkningar. Således är ett objektiv med en maximal bländare på f/2.0 snabbare än ett f/4.5-objektiv.

Geometrisk ljusstyrka

Det är brukligt att skilja mellan geometrisk och effektiv ljusstyrka, som är proportionella mot kvadraterna på de geometriska och effektiva relativa bländarna [6] . Den geometriska ljusstyrkan kan beräknas med hjälp av uttrycket:

,

var är ingångspupillens diameter och är den bakre brännvidden . Ljusstyrkan hos alla optiska system har en teoretisk gräns som bestäms av ljusets vågegenskaper. Det beräknas med hjälp av ett matematiskt samband:

var

Med tanke på att luftens brytningsindex är nära ett, kan den maximalt uppnåbara relativa bländaren för något optiskt system inte överstiga f/0,5 eller 2:1 [* 1] . Följaktligen överstiger inte den maximalt uppnåbara bländaren lika med kvadraten på detta värde 4:1.

Effektiv bländare

Den geometriska bländaren kännetecknar linsens ljustransmission endast delvis, eftersom den inte tar hänsyn till dess genomskinlighet . När ljusflödet passerar genom linsen absorberas en del av det av glasmassan, och en del reflekteras och sprids av ytan på linserna och ramen, så att ljusflödet når det ljuskänsliga elementet försvagat. Ljusstyrkan , som tar hänsyn till linsens transmittans , kallas den effektiva ljusstyrkan (i vissa källor den fysiska ljusstyrkan [7] ). Den effektiva ljusstyrkan är alltid lägre än den geometriska [8] .

Effektiv bländare , som nämnts ovan, bestämmer förhållandet mellan bildens belysning och motivets ljusstyrka [1] :

,

var är ljustransmissionskoefficienten för systemet. I modern optik används beläggningar för att öka ljustransmissionen , vilket minskar ljusförlusten. För icke-belagda linser, när ljus passerar genom linsen, dämpas ljusflödet med 1 % för varje centimeter glastjocklek och med 5 % på grund av reflektion av strålar vid varje luft-glasgränssnitt. Medelvärdet för ljustransmissionskoefficienten för obelagda linser är 0,65 och för belagda linser är det  0,9. Ljusflödet, som passerar genom en oupplyst lins, försvagas med i genomsnitt cirka 1/3. För belagda linser dämpas ljusflödet med i genomsnitt 0,1, med praktiskt taget ingen effekt på exponeringen .

I komplexa zoomobjektiv med flera objektiv , även i närvaro av beläggning, ökar förlusterna, vilket gör skillnaden mellan den geometriska och effektiva bländaren till värden som måste beaktas. Inom filmoptik, för vilken skillnaden mellan den geometriska och effektiva ljusstyrkan kan vara betydande, antas en separat beteckning av effektiva relativa öppningar i form av bokstaven " T ". Till exempel anger T1.3 den effektiva relativa bländaren för objektivet f / 1.3 med motsvarande effektiva bländare. I praktisk kinematografi utelämnas det kvadratiska beroendet av bländarförhållandet på den relativa bländaren, vilket kallar det effektiva bländarförhållandet för den maximala effektiva relativa bländaren "T". På fotolinsernas ramar anges den geometriska maximala relativa bländaren, vilket kännetecknar det största geometriska bländarförhållandet, medan mellanliggande bländarvärden är markerade i termer av den effektiva relativa bländaren, med hänsyn tagen till glasets ljustransmission [5] . På ramarna för modern filmoptik, tvärtom, är effektiva relativa öppningar indikerade med en extra beteckning med bokstaven "T".

Det praktiska värdet av ljusstyrka

Bländaröppningen påverkar indirekt kvaliteten på astronomiska instrument som har en lins: teleskop och astrografer . Dess värde är oupplösligt kopplat till den maximala bländaren , som bestämmer den lägsta ljusstyrkan hos himlakroppar som är tillgängliga för registrering med visuella eller fotografiska medel. För att genomföra framgångsrika observationer skapas optiska instrument med högsta möjliga ljusstyrka, som gör det möjligt att upptäcka stjärnor och deras hopar på stora avstånd. För andra observationsanordningar bestämmer objektivets bländarförhållande den lägsta belysningen vid vilken det fortfarande är möjligt att urskilja objekt som är synliga genom det optiska systemet.

Inom fotografering och film är maximal bländare inte mindre viktig. Den bestämmer den lägsta slutarhastigheten med vilken fotografering är möjlig under en specifik scenbelysning . Bländaröppningen är särskilt viktig vid video- och filminspelning, eftersom den maximala slutarhastigheten i det här fallet inte kan vara längre än perioden för inspelning av en bildruta , till skillnad från fotografering, där exponeringen kan vara flera sekunder eller till och med minuter. Men vid fotografering begränsar objektivets bländare den lägsta belysningen vid vilken det fortfarande är möjligt att fotografera med omedelbara slutartider utan stativ . Det engelska namnet på det snabba objektivet (bokstavligen - "snabbt objektiv") understryker dess lämplighet för att fotografera snabbt rörliga objekt med korta slutartider.

Man bör inte glömma att vid den maximala relativa bländaren är kvaliteten på den resulterande bilden sämre än vid medelstora bländare, trots perfektion av objektivdesignen [9] . Vinjettering når sina maximala värden även vid full bländare [10] . Dessutom är skärpedjupet mycket litet och otillräckligt för en skarp visning av föremål som sträcker sig in i ramens djup. Detta märks mest när man fotograferar från korta avstånd, så bländarförhållandet på makroobjektiv är ofta relativt litet. Ändå gör användningen av ultrasnabba objektiv med öppen bländare det möjligt att erhålla konstnärliga effekter inom foto och film som är oåtkomliga för optik med låg bländare. En stor maximal bländare är karakteristisk för porträttlinser , som tillåter kvarvarande sfärisk aberration och mjukt optiskt mönster [11] .

I projektionslinser bestämmer bländarvärdet ljuseffektiviteten för hela projektorn och i slutändan ljusstyrkan på bilden på duken. Det onödiga med ett stort skärpedjup och ett litet vinkelfält gör det möjligt att tillverka de flesta linser för projicering av platta föremål med tillräckligt snabb bländare.

Klassificering av optik efter ljusstyrka

Linser med olika värden på maximal geometrisk bländare är vanligtvis indelade i flera grupper. Förutom konventionell optik med låg bländare kan objektiven vara snabba och superbländande . Inom kinematografi inkluderar den första gruppen optik med en maximal relativ bländare över f/2.8, och den andra gruppen börjar med f/1.5 [12] . Inom fotografering, på grund av de större ramstorlekarna, anses optik vara superbländare, från f/2.0 [13] . Den maximala bländaren för de bästa ultrasnabba objektiven närmar sig den teoretiska gränsen på f/0,5 för fotografering i luften [* 2] :

För olika utrustningsklasser är följande objektivbländarvärden typiska [23] :

Högt bländarförhållande uppnås enkelt i normala objektiv med sina små dimensioner och relativt låga kostnader. Samtidigt som små aberrationer och hög upplösning bibehålls, kräver ökning av ljusstyrkan begränsning av vinkelfältet [24] . Därför är bländarförhållandet för vidvinkelobjektiv vanligtvis lägre, medan bländarförhållandet för objektiv med lång fokus begränsas av kromatisk aberration, som växer i proportion till brännvidden och kan elimineras med stor svårighet. Måtten på snabba vidvinkel- och teleobjektiv kan öka flera gånger jämfört med mindre snabba motsvarigheter. I enlighet med principen om invarians för optiska system är produkten av tangenten till vinkelfältet, kvadratroten av brännvidden och bländarförhållandet en konstant för alla anastigmatobjekt med samma nivå av optisk perfektion [25] .

Hög bländare krävs för objektiv designade för bildholografi . Detta beror på behovet av att kombinera en bred (150-200 mm) ingångspupill med ett stort vinkelfält , vilket motsvarar en kort brännvidd. Således tillhandahålls ett brett synfält med bibehållen multivinkel [26] . Sålunda är ljusstyrkan hos OKG-2 holografiska filmlinsen skapad i Sovjetunionen med en ingångspupilldiameter på 200 mm och en brännvidd på 150 f/0,75 [27] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Påståendet är sant i luft och andra medier med nära brytningsindex
  2. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar-objektiv, skapad för marknadsföringsändamål, anses vara en teknisk kuriosa eftersom den är olämplig för praktisk fotografering

Källor

  1. ↑ 1 2 En kort guide för amatörfotografer, 1985 , sid. 35.
  2. ↑ Butikov, 1986 , sid. 363.
  3. ↑ Allmän fotografikurs, 1987 , sid. arton.
  4. ↑ Filmutrustning, 1988 , sid. 81.
  5. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , sid. 152.
  6. ↑ Volosov, 1978 , sid. 75.
  7. ↑ Volosov, 1978 , sid. 76.
  8. ↑ En kort guide för amatörfotografer, 1985 , sid. 35.
  9. ↑ En kort guide för amatörfotografer, 1985 , sid. 34.
  10. ↑ Allmän fotografikurs, 1987 , sid. tjugo.
  11. ↑ Volosov, 1978 , sid. 316.
  12. ↑ Filmutrustning, 1988 , sid. 82.
  13. ↑ Allmän fotografikurs, 1987 , sid. 19.
  14. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar 40mm F / 0,33: det snabbaste objektivet eller tillverkarens ironi? . Kameralabbar. Hämtad 14 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015.
  15. ↑ Michael Zhang. Carl Zeiss Super-Q-Gigantar 40 mm f/0.33: Det snabbaste objektivet som någonsin gjorts?  (engelska) . Nyheter . Petapixel (6 augusti 2013). Tillträdesdatum: 14 november 2015. Arkiverad från originalet den 7 december 2015.
  16. ↑ Linser utvecklade vid GOI, 1963 , sid. 269.
  17. ↑ Luiz Paracampo. Världens snabbaste objektiv  (engelska) . Foto från Sovjetunionen (25 december 2007). Hämtad 14 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015.
  18. ↑ Topp 10 snabbaste linser  . "Kadrr". Hämtad 14 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015.
  19. ↑ Vladimir Samarin. Handevision Ibelux 40mm f/0.85: en ny rekordhållare . "Fototips" (28 december 2013). Hämtad 14 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015.
  20. ↑ Produkter | Mitakon-ZY  Optik . Hämtad 31 augusti 2020. Arkiverad från originalet 5 augusti 2020.
  21. ↑ Ken Rockwell. Canon 50 mm f/1.0 L  (engelska) . Recensioner (oktober 2013). Hämtad 14 november 2015. Arkiverad från originalet 13 november 2015.
  22. ↑ Jupiter-3 . ZENIT kamera. Hämtad 16 april 2019. Arkiverad från originalet 8 april 2019.
  23. ↑ Cameras, 1984 , sid. 43.
  24. ↑ Theory of Optical Systems, 1992 , sid. 243.
  25. ↑ Volosov, 1978 , sid. 295.
  26. ↑ Bildlig holografi och holografisk kinematografi, 1987 , sid. 128.
  27. ↑ Bildlig holografi och holografisk kinematografi, 1987 , sid. 129.

Litteratur