Фотография. Обучение | Объективы | Часть 3

Зрачок глаза

Один из важных компонентов объектива это диафрагма (от греч. — перегородка) — устройство, которое призвано ограничивать/дозировать попадание света в фотокамеру. Во многом принцип работы диафрагмы схож с принципом работы зрачка глаза: когда диафрагма закрывается, то света в объектив и, соответственно, на матрицу, попадает меньше, когда открывается, то наоборот — больше. Таким образом, грубо говоря, открытием и закрытием диафрагмы можно добиваться более ярких или тёмных снимков или влиять на другие параметры съёмки (это мы рассмотрим позже).

Лепестки диафрагмы

Нецелесообразно размещать диафрагму, ограничивающую световой поток, на передней линзе объектива (хотя так тоже иногда делают). Диафрагму помещают в место, где пучок света имеет меньший диаметр, внутрь объектива.

Диафрагма внутри объектива

8. Диафрагменные числа

Объектив, как уже вы поняли, устройство довольно сложное и количество света, попадающего в него, как правило, напрямую связано с фокусным расстоянием. То есть, чем больше фокусное расстояние (и чем меньше угол обзора объектива), тем меньше света попадает в объектив. В предельно простой аналогии объектив — это как труба. Меньше фокусное расстояние — труба меньшей длинны, кольцо по сути. Больше фокусное расстояние — труба большей длинны. В длинной трубе света меньше, чем в кольце. Это, конечно, предельно упрощённая аналогия, но она отражает положение вещей.

Если бы диафрагма открывалась на заданные величины, измеряемые, допустим, в миллиметрах, то при одинаково открытой диафрагме на объективах с различными фокусными расстояниями получалось бы разное количество света, попадающего внутрь фотоаппарата. И контролировать процесс получения снимка заданной яркости в таких условиях было бы довольно затруднительно: при фиксированной диафрагме (отверстии неизменного диаметра в данном случае) на коротком фокусном расстоянии в объектив попадало бы больше света, чем в объектив с длинным фокусным расстоянием.

Поэтому были придуманы так называемые диафрагменные числа. Диафрагменное число — это дробь, отношение заднего фокусного расстояния объектива к диаметру входного зрачка (изображения диафрагмы, построенного стоящими перед ней линзами в обратном ходе лучей). Если говорить проще — то эти числа (обозначим их здесь буквой N) представляют собой соотношения фокусного расстояния (f) к реальному размеру диафрагмы (D):

Эта странная на первый взгляд вещь сделана для того, чтобы на объективах с разным фокусным расстоянием была возможность получать одинаковое количество света, установив нужное значение диафрагменного числа (N). По сути, диафрагменные числа позволяют проще контролировать процесс съёмки, делая его независимым от фокусного расстояния объективов. Выбрал диафрагменное число и если оно доступно для данной модели объектива, то при изменении фокусного расстояния, количество света, попадающего на матрицу, будет одно и то же:

При фокусном расстоянии f=50mm для получения какой-то освещённости диафрагму нужно открывать, допустим, на D=25mm

При фокусном расстоянии f=100mm для получения того же количества света диафрагму нужно открывать уже на D=50mm

Здесь показана некая условная иллюстрация работы с диафрагменным числом. Допустим, в первом случае при фокусном расстоянии f=50mm для получения нормально экспонированного (по яркости такого, как и было задумано) кадра диафрагму нужно открывать на D=25mm. При увеличении фокусного расстояния до f=100mm уменьшится количество света, попадающего в объектив. Поэтому, чтобы получить по яркости такой же кадр, как был первом случае, реальный размер диафрагмы нужно будет сделать уже D=50mm. В обоих случаях будет соблюдаться пропорция отношения N=f/D=2. То есть если установить на объективе диафрагменное число 2, то света на матрицу будет попадать одинаковое количество, вне зависимсоти от длинны фокусного расстояния.

9. Маркировка и обозначения

Поскольку диафрагменное число — это результат дроби, то и записывают его в виде 1:1.2, например:

Слева — маркировка минимально возможного диафрагменного числа у этого объектива (1.2), справа — фокусное расстояние объектива (58mm)

...или как дробь с буквой "f": f/5.6 или f/8.

Опять же, поскольку диафрагменное число — это результат дроби, то при понимании работы диафрагмы нужно учитывать обратный эффект: чем меньше диафрагменное число, тем больше света попадает в объектив и наоборот — чем больше это число, тем меньше света будет попадать на матрицу. К примеру, когда диафрагменное число установлено f/1.2, то это будет означать, что диафрагма сильно открыта (и через неё проходит много света). А, допустим, когда диафрагменное число f/22 — это значит, что диафрагма сильно закрыта (и света на матрицу попадать будет мало).

Минимальное диафрагменное число, которое можно выставить на объективе, называется его светосилой. То есть, про показанный выше объектив будут говорить, что у него светосила 1.2. Объективы со светосилой более 2.0 (f/1.8, f/1.4, f/1.2 и так далее) считаются сверхсветосильными (хотя эта классификация и несколько устарела в последнее время). Максимальное диафрагменное число как правило не указывают на самом объективе, эту величину можно узнать в описании объектива.

10. Ряд диафрагменных чисел

Диафрагменные числа собираются в ряд, где каждое следующее число соответсвтует увеличению освещённости оптического изображения в два раза:

1 - 1.4 - 2 - 2.8 - 4 - 5.6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32 - 45 - 64

вид диафрагмы при разных диафрагменных числах

Цифры такие "кривые", потому что яркость изображения определяется количеством света, попавшего в объектив. А оно, в свою очередь, зависит от площади входного отверстия. Площадь отверстия при диафрагменном числе f/1.4 ровно в 2 раза больше площади при f/2. А при f/2 в 2 раза больше, чем при f/2.8, и так далее... А поскольку площадь круга определяется формулой п х R² ("пи ар квадрат", где R — это радиус круга), то в результирующих коэффициентах будет фигурировать квадратный корень, который и даёт в результате "кривизну" цифр диафрагменного ряда.

Яркость от одного диафрагменного числа до другого изменяется ровно на ступень (или f-стоп, англ. — f-stop): каждая ступень отличается от соседней изменением яркости изображения в два раза.

-1 ступень темнее в 2 раза, чем центральное изображение, а +1 ступень в 2 раза ярче

Для удобства эти ступени часто разбивают на более мелкие отрезки (с шагом 1/3 ступени), которые вы можете видеть в настройках техники:

1.2 - 1.4 - 1.6 - 1.8 - 2 - 2.2 - 2.5 - 2.8 - 3.2 - 3.5 - 4 - 4.5 - 5.0 - 5.6 - 6.3 - 7.1 - 8 - 9 - 10 - 11 - 13 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22 - и так далее.

Как правило, управление камеры позволяет ступенчато менять значение диафрагменного числа. Однако существуют объективы и с плавной регулировкой и она всё больше входит в обиход, особенно в связи с развитием электронного управления параметрами фототехники. На оправу объектива может быть нанесена шкала из диафрагменных чисел и у объективов может быть очень удобное решение с управлением диафрагмой при помощи специального кольца (вообще-то, это старое решение, вернувшееся к нам как "новое — это хорошо забытое старое" в модном сейчас ретро-дизайне фотоаппаратов):

Кольцо управления диафрагмой на фотоаппарате FUJIFILM X100

Но на большинстве современных объективов такая шкала (как и кольцо регулировки диафрагмы) отсутствует и установка диафрагмы производится органами управления на самой камере, специальными колёсиками, крутилками, кнопками и/или через меню.

Мало того, физически в современных фотоаппаратах применяется, как правило, так называемая "прыгающая диафрагма". При таком устройстве управления диафрагмой осуществляется электроникой (согласно установленным пользователем режимам съёмки) и когда фотограф наводится и строит кадр, то диафрагма постоянно полностью открыта, максимально возможно для этого объектива. Стоит нажать на кнопку затвора, как диафрагма закрывается на выставленную в настройках величину на время экспонированная снимка, а сразу после — опять максимально открывается. То есть, как бы "прыгает". Это сделано для того, чтобы при съёмке с сильно закрытой диафрагмой можно было хоть что-то разглядеть в видоискателе, ведь в таком случае света через малое отверстие закрытой диафрагмы проходит крайне мало.

11. f-стопы и t-стопы

Материалы для этой главы частично взяты отсюда

Кроме f-стопов бывают t-стопы. Они учитывают не только геометрическую светосилу (описанную выше), но и светопропускание объектива. Например, если прикрутить на объектив ND-фильтр (ND — затемняющий фильтр), или просто дать передней линзе запылиться, то диафрагменные числа не поменяются, но света на матрице будет ощутимо меньше. Так же, помимо этого, количество попадающего на матрицу света будет зависеть и от конструкции самого объектива — чем она сложнее, чем больше линз, тем, как правило, больше будут потери.

Впервые эффект потерь света в объективах с разной кострукцией был замечен при съёмке кино. Кинооператоры вообще не жалуют трансфокаторную оптику, то есть, говоря проще — они не любят зум-объективы. Эта нелюбовь появилась у них потому что качественных зум-объективов не так много и доступными они стали относительно недавно. Классическая школа операторского искусства построена на применении объективов с фиксированными фокусными расстояниями, а все приближения-удаления в кадре осуществляются, как правило, при помощи тележки на рельсах (она называется "долли", от англ. — dolly: платформа, тележка):

Слева — тележка dolly на рельсах на съёмочной площадке

При работе со сложными сценами оператором приходится периодически менять объективы на камере, подбирая нужные фокусные расстояния. И тут выясняется, что разные по конструкции объективы на одинаковых диафрагменных числах дают разную по яркости картинку! Перепад яркости в одном эпизоде при просмотре фильма расценивается как дефект. Поэтому, кинематографическую оптику было решено калибровать не в диафрагменных числах (f-stop), а в величинах, учитывающих также потери света в объективе. Новая величина была названа t-stop. Буква "t" была взята из английского слова "transmission" (пропускание).

Маркировка кинооптики в t-стопах (нижнее кольцо)

Представить, что такое t-stop можно следующим образом. Вообразите два объектива, один идеальный (которого не бывает в природе), со 100% светопропусканием, работающий без потерь. Другой — выглядит точно так же, но часть света не доходит до матрицы из-за отражений и поглощения света внутри объектива. Понятно, что первый объектив доставит больше света к матрице, чем второй, при прочих равных условиях. Теперь прикроем диафрагму первого (идеального) объектива настолько, чтобы до матрицы дошло ровно столько же света, как у нашего второго объектива. Полученное диафрагменное число и будет являться значением t-stop для второго объектива. Другими словами, t-stop — это диафрагменное число, учитывающее неидеальность (светопоглощение в объективе).

Однако, вернёмся к практической фотографии. Фотообъективы всегда калибруются в диафрагменных числах. Минимальное диафрагменное число, которое можно выставить на данном объективе, называется его светосилой. А соответсвующая ей величина t-stop будет характеризовать прозрачность стекол объектива. Чем сильнее t-stop отличается от диафрагменного числа, тем менее прозрачен объектив.

В заключение — пара таблиц t-чисел для некоторых популярных объективов. Информация взята с известного сайта DxO. На сегодняшний день там содержатся наиболее аккуратные измерения параметров камер и оптики различных производителей. Чтобы уйти от малопонятных величин, указанных на сайте, прозрачность объективов пересчитана в проценты. В принципе, этой величине не стоит придавать слишком большое значение. Хотя для качественной оптики она заметно выше, чем для аналогичной бюджетной, но, всё же, она очень сильно зависит ещё и от сложности объектива (количества линз в нём).

Объектив	f-stop	t-stop	Светопропускание
Canon EF 50mm f/1.2L USM	1.2	1.5	64%
Canon EF 50mm f/1.4 USM	1.4	1.7	68%
Canon EF 50mm f/1.8 II	1.8	2.0	81%
Canon EF 85mm f/1.2L II USM	1.2	1.6	56%
Canon EF 85mm f/1.8 USM	1.8	2.1	73%
Nikon AF Nikkor 50mm f/1.4D	1.4	1.6	77%
Nikon AF-S Nikkor 50mm f/1.4G	1.4	1.6	77%
Nikon AF Nikkor 85mm f/1.4D IF	1.4	1.7	68%
Sigma 50mm F1.4 EX DG HSM (на байонете Nikon)	1.4	1.7	68%
Sony Planar T* 85mm F1.4 ZA	1.4	1.7	68%

Результаты вполне предсказуемые. Наибольшим (наилучшим) светопропусканием обладают объективы имеющие простейшую схему и состоящие из малого количество линз. В то же время, светосильные (f/1.2) объективы имеют наименьшее светопропускание, что объясняется сложностью их оптической схемы. Как правило, такие объективы имеют еще и плохую устойчивость к засветкам.

Объектив	f-stop	t-stop	Светопропускание
Canon EF 16-35mm f/2.8L II USM	2.8	3.2	77%
Canon EF 28-70mm f/2.8L USM	2.8	3.2	77%
Canon EF 24-105mm f/4L IS USM	4.0	5.1	62%
Canon EF 70-200mm f/2.8L IS USM	2.8	3.4	68%
Canon EF-S 17-55mm f/2.8 IS USM	2.8	3.4	68%
Nikon AF-S Nikkor 17-35mm f/2.8D IF-ED	2.8	3.1	82%
Nikon AF-S DX Zoom-Nikkor 17-55mm f/2.8G IF-ED	2.8	3.1	82%
Nikon AF-S Nikkor 24-70mm f/2.8G ED	2.8	3.1	82%
Nikon AF-S VR Zoom-Nikkor 70-200mm f/2.8G IF-ED	2.8	3.4	68%
Sony Vario-Sonnar T* 16-35mm F2.8 ZA SSM	2.8	3.3	72%
Sony Vario-Sonnar T* 24-70mm F2.8 ZA SSM	2.8	3.2	77%
Sony 70-200mm F2.8 G	2.8	3.2	77%
Sigma 17-50mm F2.8 EX DC OS HSM Canon	2.8	3.1	82%
Sigma 18-50mm F2.8 EX DC Macro HSM Nikon	2.8	3.0	87%
Sigma 70-200mm F2.8 EX DG APO OS HSM Canon	2.8	3.2	77%
Tamron SP AF17-50mm F/2.8 XR Di II LD Aspherical (IF) Canon	2.8	3.4	68%

Тут не приведены коэффициенты прозрачности для объективов, у которых светосила зависит от фокусного расстояния. Подчеркнём преимущества объективов с высокой светосилой: они не только позволяют сильнее открыть диафрагму, но и ещё, как правило, обладают более высокой прозрачностью — до матрицы доходит больше света.

Куда девается остальной свет, отражённый от поверхностей раздела воздух-стекло? Часть его поглощается зачерненными стенками корпуса объектива, а часть в виде снижающей контраст поразитной засветки попадает на матрицу. Из таблицы видно, что паразитной засветки может быть много. Производители объективо постоянно работают над этой проблемой, совершенствуя материалы и покрытие линз.

Кстати, вполне возможно, что на ультразум-объективах, с их сложной многолинзовой конструкцией, свет съедается уже более ощутимо, в сравнении с аналогичными настройками диафрагменных числел на объективах "попроще". И при конструировании таких объективов нужно прилагать дополнительные усилия, чтобы всё это компенсировать.

Продолжение следует...