Диафра́гма объекти́ва (от греч. διάφραγμα — перегородка) в оптических приборах — разновидность апертурной диафрагмы , позволяющая регулировать относительное отверстие объектива изменением диаметра проходящих через него пучков света . Такая регулировка используется для управления светопропусканием и глубиной резкости . Диафрагма объектива представляет собой непрозрачную перегородку с круглым отверстием переменного диаметра, центр которого совпадает с оптической осью . Регулировка диаметра отверстия может выполняться тремя основными способами :

Револьверная диафрагма представляет собой поворотный диск с набором отверстий разного диаметра и широко применялась в объективах крупноформатных камер конца XIX века. Позднее револьверная диафрагма встречалась в некоторых простейших фотоаппаратах , например « Школьник », а также в оптических приборах .

Вставная диафрагма представляет собой набор пластин с разными отверстиями, вставляющихся в прорезь оправы объектива между линзами . Оба первых типа обеспечивают абсолютно круглое сечение световых пучков, но не допускают промежуточных значений относительного отверстия.

Ирисовая диафрагма получила наибольшее распространение в фото-, кино- и телевизионных объективах, поскольку позволяет бесступенчато регулировать относительное отверстие и имеет самую компактную конструкцию .

Назначение диафрагмы

Основное предназначение диафрагмы объектива — регулировка его относительного отверстия и светосилы , необходимая для управления глубиной резкости, а также точного дозирования проходящего света и получения правильной экспозиции . При регулировке диафрагмы её отверстие закрывается от краёв к центру, поскольку наиболее высокое качество изображения обеспечивается центральной частью световых пучков.

Различают геометрическое и эффективное относительные отверстия: геометрическое представляет собой отношения диаметра входного зрачка объектива к его фокусному расстоянию и выражается дробью с числителем, равным единице. В фотографии вместо единицы часто используют латинскую букву f, которая конкретизирует назначение дроби: например, относительное отверстие 1/5,6 обозначается f/5,6 . Эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического, поскольку учитывает потери на поглощение и рассеяние света в стекле . Эти потери снижаются при помощи просветления , но в сложных многолинзовых объективах могут быть существенны и должны учитываться, поэтому шкалы диафрагмы отражают значения эффективных относительных отверстий . В современной киносъёмочной оптике для обозначения эффективных относительных отверстий используется буква T . В то же время значение предельной светосилы фотообъектива, указанное на его оправе, отражает геометрическое относительное отверстие.

Градуировка шкал диафрагмы производится в диафрагменных числах таким образом, что каждому соседнему делению соответствует изменение светосилы в два раза. Таким образом, при выборе соседнего значения шкалы, экспозиция всегда меняется на одну экспозиционную ступень . Так как светосила является квадратом относительного отверстия, последнее должно изменяться в ${\displaystyle {\sqrt {2}}}$ раз . Поэтому соседние диафрагменные числа отличаются в ${\displaystyle {\sqrt {2}}}$ раз: f/0,7; f/1; f/1,4; f/2; f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11; f/16; f/22; f/32; f/45; f/64 . Для наиболее детального отображения натуры требуется большая глубина резкости, возможная при диафрагме, закрытой до минимального значения. Именно поэтому творческий союз американских фотохудожников , относивших себя к направлению так называемой прямой фотографии , носил название f/64 , соответствовавшее в то время крайнему значению диафрагмы объективов крупноформатных фотоаппаратов .

Конкретные значения диафрагменных чисел, используемых производителями для градуировки шкал, должны соответствовать международному стандарту ISO 517—73. В СССР такой ряд значений был стандартизирован в 1944 году в соответствии с ГОСТ 2600-44 для объективов общего назначения . Кроме основного ряда чисел, отличающихся на одну экспозиционную ступень, стандартный ряд содержит два вспомогательных, со значениями отличающимися на 1/2 и 1/3 ступени. В большинстве случаев шкалы диафрагм маркируются только значениями основного ряда, но иногда допускается использование промежуточных значений . В объективах, предназначенных для современных цифровых фотоаппаратов, шкалы диафрагмы отсутствуют, поскольку она управляется из камеры, а значения относительного отверстия отображаются на дисплее. При этом шаг шкалы обычно регулируется и может предусматривать любой из двух вспомогательных рядов.

Диафрагменные числа, обозначающие геометрическую светосилу некоторых объективов, могут браться из промежуточных рядов, поскольку отражают расчётный предел возможностей конкретной конструкции, например 1,2; 4,5; 6,3. В вариообъективах максимальное относительное отверстие может быть переменным в зависимости от фокусного расстояния. В этих случаях на оправе через тире или тильду указываются крайние значения диафрагменного числа, например 3,5~5,6. Ручная регулировка диафрагмы в современных фотообъективах возможна только ступенчато из-за особенностей управления зеркальных фотоаппаратов. Однако в автоматических режимах приоритета выдержки или программном ирисовая диафрагма регулируется бесступенчато, как в киносъёмочной и телевизионной оптике.

Устройство ирисовой диафрагмы

Ирисовая диафрагма (от лат. iris « радужная оболочка ») состоит из нескольких (обычно от 2 до 20) поворотных лепестков (ламелей), приводимых в движение вращающимся кольцом на оправе объектива . Лепестки могут быть различной формы, но при полностью открытой диафрагме они формируют круглое отверстие, при частично закрытой — многоугольник, число сторон которого соответствует количеству ламелей. Этот многоугольник отображается в случае попадания в кадр несфокусированных точечных источников света, образующих « боке ». Уменьшение количества лепестков ирисовой диафрагмы приводит к заметности углов между ними. Простейшие автоматические диафрагмы любительских кинокамер и видеокамер , состоящие из двух лепестков с треугольными вырезами, давали ромбовидное изображение точечных источников. Наиболее совершенными считаются диафрагмы, состоящие из 8 и более лепестков, поскольку обеспечивают сечение пучков, близкое к окружности. Такие пучки создают наиболее совершенный оптический рисунок.

Установка значения относительного отверстия при использовании ирисовой диафрагмы производится поворотным кольцом, шкала которого размечена в соответствии с получаемыми диафрагменными числами . Шкала ирисовой диафрагмы с классическим устройством не может быть равномерной, сжимаясь по мере уменьшения отверстия. В начале 1960-х годов получили распространение механизмы, шкала которых равномерна за счёт более сложной формы лепестков. Один из наиболее ярких примеров такой модернизации — советские объективы «Юпитер-8» и «Юпитер-8М». У второго, заменившего на конвейере более раннюю модель, шкала диафрагмы равномерна. Такая конструкция повышает удобство и позволяет механически сопрягать кольцо диафрагмы с экспонометром камеры, но при средних значениях относительного отверстия из-за криволинейности ламелей диафрагма теряет форму правильного круга. Управление с помощью поворотного кольца используется в большей части кино-, фото- и телевизионного оборудования за исключением однообъективных зеркальных фотоаппаратов и некоторых кинокамер с зеркальным обтюратором . Визирование непосредственно через съёмочный объектив вынуждает использовать специальные механизмы ирисовой диафрагмы, позволяющие вручную или автоматически закрывать её только в момент съёмки. Особое значение такая возможность получила после распространения фазового автофокуса , неработоспособного при закрытой диафрагме.

Диафрагма с предварительной установкой

Обычно такой привод диафрагмы состоит из двух колец, одно из которых напрямую управляет относительным отверстием, а другое — кольцо предустановки — регулирует положение стопора вращения первого. Таким способом угол поворота первого кольца ограничивается до выбранного вторым рабочего значения. В результате фотограф может полностью открывать диафрагму для фокусировки, и вслепую закрывать её до предустановленного относительного отверстия, не отрывая взгляда от видоискателя. Принцип используется в однообъективных зеркальных фотоаппаратах, позволяя производить фокусировку объектива при полностью открытом отверстии, и быстро закрывать диафрагму, не глядя на её шкалу .

Такая конструкция использовалась в иностранной оптике для зеркальных камер (например, Asahi Pentax , Miranda-D) до изобретения прыгающей диафрагмы, и позднее, когда её механическая реализация по тем или иным причинам затруднена, в том числе в шифт-объективах . Например, объектив PC-Nikkor 3,5/28 с такой диафрагмой выпускался до 2006 года . Диафрагма с кольцом предустановки широко использовалась в советских объективах для фотоаппаратов « Зенит », не оснащённых механизмом нажимной диафрагмы: « Гелиос-44 », « Юпитер-9 » « Мир-1 » и других . Некоторые объективы (« Индустар-61 Л/З », « Юпитер-37А », «MC Волна-9 ») имели одно кольцо, служившее как для установки значения, так и для закрывания диафрагмы . В этом случае предустановка осуществлялась после нажатия на кольцо в осевом направлении .

Нажимная диафрагма

Диафрагма, закрываемая до рабочего значения вручную за счёт дополнительного усилия на спусковой кнопке или кнопке оправы объектива, кинематически совмещённой со спусковой . Предшествовала изобретению прыгающей диафрагмы и впервые использована в камерах Exakta , а затем Topcon и Miranda , в сочетании с расположением спусковой кнопки на передней стенке корпуса . В иностранных источниках называется «автоматическая нажимная диафрагма» ( англ. Automatic Pressure Diaphragm ) . Ранние образцы основаны на оригинальной конструкции оправы объектива со специальной кнопкой закрывания диафрагмы. По такому же принципу сконструирован штатный объектив « Гелиос-44 » для фотоаппарата « Старт ». В зарубежном фотоаппаратостроении нажимная диафрагма быстро уступила место прыгающей, поскольку приводит к недопустимому возрастанию усилия на спусковой кнопке.

В некоторых случаях тип диафрагмы обусловлен не её конструкцией, а устройством привода в корпусе фотоаппарата. Например, диафрагма резьбовых объективов с торцевым толкателем типа Pentax M42 может быть как нажимной, так и прыгающей. В первом случае она закрывается усилием спусковой кнопки, передаваемым системой рычагов, а во втором специальным механизмом камеры, сопряжённым с затвором. В СССР выпускалась серия фотоаппаратов с приводом от спусковой кнопки, размещённым внутри корпуса: « Зенит-ЕМ », « Зенит-11 », а также разработанные на основе « Зенита-TTL », включая более поздние « Зенит-122 » и « Зенит-412 ». В описании этих камер диафрагма называется прыгающей, хотя на самом деле из-за привода может считаться только нажимной. Тем не менее, сама диафрагма, как нажимная, так и прыгающая, отличается по устройству от обычной ирисовой. Её лепестки крепятся в оправе только одной стороной, тогда как противоположная не имеет опоры . Конструкция заимствована у центрального затвора, и обусловлена необходимым быстродействием.

Прыгающая диафрагма

Наиболее сложная разновидность привода ирисовой диафрагмы, обеспечивающая кадрирование и фокусировку при полном отверстии в камерах со сквозным визированием и фазовым автофокусом . Кроме зеркальной фотоаппаратуры прыгающая диафрагма использовалась в киносъёмочной технике с зеркальным обтюратором : например в кинокамере Arriflex 16SR и объективах Taylor Hobson . В этом случае она автоматически закрывается при запуске лентопротяжного механизма , обеспечивая перед этим точную фокусировку. Кольцо установки значения такой диафрагмы изменяет только положение механизма, задающего степень закрытия при срабатывании привода.

Впервые прыгающая диафрагма появилась в фотоаппарате Contaflex 1953 года с центральным затвором в несменном объективе . В более поздних моделях со сменной передней половиной объектива, прыгающая диафрагма продолжала оставаться неотъемлемой частью фотоаппарата, лишь незначительно усложняя конструкцию. В аппаратуре с фокальным затвором прыгающая диафрагма требует более сложных приводов, поскольку основная часть её механизма располагается в объективах, меняющихся целиком. Наиболее ранние механизмы оснащались пружиной с предварительным взводом, которая закрывает относительное отверстие после нажатия на спусковую кнопку . После каждого снимка диафрагма не возвращалась в открытое состояние и требовался её взвод рычагом на оправе или курком фотоаппарата вместе с затвором . Такое устройство под названием «автоматическая пружинная диафрагма» ( англ. Automatic Spring Diaphragm ) исключает дополнительное усилие на кнопке, и нашло применение как в иностранной фотоаппаратуре, например, полуавтоматических объективах для «Экзакты», Minolta SR-2 и Contarex , так и в советской, например в объективах « Индустар -29» и « Вега-3 » фотоаппаратов « Салют » и « Зенит-4 » .

Наиболее известный советский объектив с таким приводом — « Таир-3ФС » для « Фотоснайпера » . В зарубежных источниках заводная диафрагма получила название «полуавтоматической» ( англ. Semi Automatic Diaphragm ). Однако, широкого распространения система не получила из-за внедрения в фотоаппаратах зеркала постоянного визирования , возвращающегося в рабочее положение после срабатывания затвора. Это вынудило разработчиков сделать прыгающую диафрагму также самовозвратной, то есть не требующей взвода после каждого снимка . В результате диафрагма автоматически открывается после срабатывания, и в видоискателе постоянно наблюдается яркое изображение при полном отверстии . В СССР самовозвратную диафрагму первоначально называли «моргающей», а за рубежом «автоматической» ( англ. Fully Automatic Diaphragm, Fully Automatic Lens ) . Поэтому иностранные объективы первых серий с таким приводом диафрагмы часто содержали в названии слово «Auto»: например, Nikkor Auto, Auto-Takumar и т. д. Советская оптика с моргающей диафрагмой получила в названиях дополнительную букву «М» .

В фотоаппаратах прыгающая диафрагма закрывается до рабочего значения специальным механизмом, как правило совмещённым с приводом зеркала. При этом используется усилие пружин или электромагнита , а не спусковой кнопки, что исключает влияние на плавность спуска . Прыгающей диафрагмой с начала 1960-х годов оснащались практически все зарубежные зеркальные фотоаппараты. Советские «зеркалки» серии « Зенит-Автомат » и семейств « Алмаз » и « Киев-17 » имели аналогичный механизм, поскольку байонет K этих камер включал прыгающую диафрагму и её привод, как свою составную часть. Из резьбовых «зеркалок» прыгающей диафрагмой оснащались « Зенит-18 » и « Зенит-19 ». В современных объективах с прыгающей диафрагмой, лишённых кольца её установки, например Canon EF , закрытие производится электромагнитом, одновременно регулирующим рабочее значение в соответствии с командами камеры. В некоторых фотосистемах, например, Nikon AI-S механический привод прыгающей диафрагмы выполняет также функцию выбора её рабочего значения в автоматических режимах приоритета выдержки и программном .

Прыгающая диафрагма повышает удобство съёмки, но лишает фотографа возможности визуальной оценки глубины резкости , поскольку изображение в видоискателе видимо только при полном отверстии. Для полноценного контроля изображения большинство зеркальных фотоаппаратов оснащаются репетиром диафрагмы, при необходимости принудительно закрывающим её до рабочего значения .

Механизм прыгающей диафрагмы во многом аналогичен центральному фотозатвору и обладает сопоставимым быстродействием. Вместо классического устройства, когда каждая ламель ирисовой диафрагмы удерживается двумя штифтами с обеих сторон, используется более скоростной механизм с креплением только одного конца лепестка . При этом коронный и приводной штифты располагаются вблизи друг от друга, а противоположный конец каждого лепестка не имеет опоры и удерживается от провисания соседними лепестками . Эти особенности ограничивают количество лепестков: дешёвые объективы оснащаются диафрагмой, имеющей 6 или даже 5 лепестков, образующих отчётливый многоугольник . Такое сечение пучков негативно сказывается на характере оптического рисунка, поэтому дорогая оптика оснащается многолепестковыми механизмами. При использовании объективов, оснащённых прыгающей диафрагмой, через адаптер на фотоаппаратах других фотосистем , её привод не работает .

Влияние диафрагмы на изображение

Кроме регулировки экспозиции и глубины резкости, изменение относительного отверстия при помощи диафрагмы влияет на другие важные параметры изображения:

• аберрации — уменьшение относительного отверстия приводит к снижению аберраций системы, поскольку уменьшается сечение пучков, и для построения изображения используется только центральная часть линз с наименьшей кривизной. Наиболее низкие значения аберрации принимают при диафрагме, закрытой до минимального значения;
• дифракция — как любая другая оптическая система , объектив дифракционно ограничен за счёт дифракции света на краях апертурной диафрагмы . Это выражается в снижении разрешающей способности при уменьшении относительного отверстия;

Таким образом, при закрывании диафрагмы одновременно со снижением аберраций возрастает дифракционное ограничение . Максимальное разрешение объектива достигается при средних значениях диафрагмы: f/8—f/11, когда аберрации и дифракция уравновешены.

• виньетирование — чем меньше отверстие, тем меньше спад освещённости от центра к краям изображения. Виньетирование максимально при полностью открытой диафрагме и становится малозаметным при закрытии диафрагмы на две и более ступени. Это объясняется тем, что оправа объектива, которая служит основной причиной виньетирования, ограничивает лишь края световых пучков, диаметр которых уменьшается при снижении относительного отверстия .

См. также

• Выдержка (фото)
• Относительное отверстие
• Оправа объектива
• Экспонометр
• Репетир диафрагмы

Примечания

Комментарии

Литература

• Борис Бакст. (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2006. — № 2/110 . — С. 18—30 . 2 октября 2013 года.

• В. М. Гаврилов, М. М. Шифрин. Расчёт «прыгающей» диафрагмы (рус.) // Оптико-механическая промышленность : журнал. — 1980. — № 9 . — С. 44—46 . — ISSN .

• Гордийчук О. Ф., Пелль В. Г. Раздел III. Киносъёмочные объективы // Справочник кинооператора / Н. Н. Жердецкая. — М. : «Искусство», 1979. — С. 143—173. — 440 с.

• Н. Евтеева. Новые объективы (рус.) // Советское фото : журнал. — 1977. — № 4 . — С. 38—39 . — ISSN .

• Ершов К. Г. / С. М. Проворнов. — Л. : «Машиностроение», 1988. — С. 76—114. — 272 с. — ISBN 5-217-00276-0 .

• Е. А. Иофис . / И. Ю. Шебалин. — М. : «Советская энциклопедия», 1981. — С. . — 447 с.

• А. В. Казанский, Д. И. Новожилов. Стандартизация и нормализация элементов фотоаппаратов (рус.) // Оптико-механическая промышленность : журнал. — 1959. — № 11 . — С. 16—21 . — ISSN .

• С. Лапшенков, В. Чаусов. Объектив «MC Волна-9» (рус.) // Советское фото : журнал. — 1985. — № 4 . — С. 42—43 . — ISSN .

• В. А. Панов. Глава 7. Диафрагмы, щели, бленды, наглазники и налобники // / В. В. Хваловский. — Л. : «Машиностроение», 1980. — С. —356. — 742 с. — 25 000 экз.

• Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин. / Н. Н. Жердецкая. — М. : «Искусство», 1985. — С. —46. — 367 с. — 100 000 экз.

• Э. Д. Тамицкий, В. А. Горбатов. Учебная книга по фотографии / Фомин А. В., Фивенский Ю. И.. — М. : «Лёгкая индустрия», 1976. — С. 53—60. — 320 с. — 130 000 экз.

• Фомин А. В. § 5. Основные узлы и механизмы фотоаппаратов // / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М. : «Легпромбытиздат», 1987. — С. 25—43. — 256 с. — 50 000 экз.

• М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л. : «Машиностроение», 1984. — 142 с. — 100 000 экз.

• М. Я. Шульман. Современные фотографические аппараты / Е. А. Иофис . — М. : «Искусство», 1968. — 110 с. — 100 000 экз.

• (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2006. — № 4/112 . — С. 9—14 .

• «Фоторужьё» (рус.) // « Наука и жизнь » : журнал. — 1966. — № 6 . — С. 155 . — ISSN .

• . — Dresden: Exakta. — 41 с.

Ссылки