Przysłona — Aperture
W optyce , otwór znajduje się otwór lub otwór, przez który światło rozjazdu. Dokładniej mówiąc, otwór i długość ogniskowej o układ optyczny określić kąt stożka wiązki promieni , które wchodzą w ostrości w płaszczyźnie obrazu .
Układ optyczny zazwyczaj ma wiele otworów lub struktur, które ograniczają wiązki promieni (wiązki promieni są również znane jako ołówki światła). Struktury te mogą być krawędzią soczewki lub lustra , pierścieniem lub innym mocowaniem, które utrzymuje element optyczny na miejscu, lub mogą być specjalnym elementem, takim jak przysłona umieszczona na ścieżce optycznej, aby ograniczyć światło wpuszczane przez system. Ogólnie rzecz biorąc, struktury te nazywane są stopami, a stop apertury to stop, który przede wszystkim określa kąt stożka promienia i jasność w punkcie obrazu .
W niektórych kontekstach, zwłaszcza w fotografii i astronomii , przysłona odnosi się do średnicy przysłony, a nie do fizycznego ogranicznika lub samego otwarcia. Na przykład w teleskopie ogranicznik apertury to zazwyczaj krawędzie soczewki obiektywu lub lustra (lub mocowania, które je przytrzymuje). Mówi się wtedy o teleskopie, który ma na przykład 100-centymetrową aperturę . Zwróć uwagę, że ogranicznik apertury niekoniecznie jest najmniejszym ogranicznikiem w systemie. Powiększanie i zmniejszanie powiększenia przez obiektywy i inne elementy mogą spowodować, że stosunkowo duża przysłona będzie przysłoną dla systemu. W astrofotografii aperturę można podać jako miarę liniową (na przykład w calach lub mm) lub jako bezwymiarowy stosunek między tą miarą a ogniskową . W innych fotografiach podaje się go zwykle jako współczynnik.
Czasami ograniczniki i przesłony nazywane są aperturami, nawet jeśli nie są ogranicznikami apertury systemu.
Słowo apertura jest również używane w innych kontekstach, aby wskazać system, który blokuje światło poza określonym regionem. Na przykład w astronomii apertura fotometryczna wokół gwiazdy zwykle odpowiada okrągłemu oknu wokół obrazu gwiazdy, w którym zakłada się natężenie światła. Słowo „apertura” jest również używane jako mała dziura, podobna do dziurki od wglądu. Na przykład, w kategoriach wojskowych, otwór w bunkrze oznacza mały otwór do podglądu wykonany sztucznie lub w sposób naturalny. Otwór w bunkrze może być wykorzystany do ochrony ciała przed ostrzałem wroga przy jednoczesnym uzyskaniu wyraźnej linii wzroku. (Walka piechoty/Pluton strzelców/John F. Antal s.91)
Podanie
Ogranicznik przysłony jest ważnym elementem w większości konstrukcji optycznych. Jego najbardziej oczywistą cechą jest to, że ogranicza ilość światła, która może dotrzeć do płaszczyzny obrazu/ filmu . Może to być albo nieuniknione, jak w teleskopie, w którym chce się zebrać jak najwięcej światła; lub celowo, aby zapobiec nasyceniu detektora lub prześwietleniu kliszy. W obu przypadkach rozmiar przysłony jest ograniczony przez czynniki inne niż ilość dopuszczonego światła; Jednakże:
- Rozmiar stopu jest jednym z czynników wpływających na głębię ostrości . Mniejsze stopnie (większe liczby f ) dają większą głębię ostrości , dzięki czemu obiekty znajdujące się w szerokim zakresie odległości od widza mogą być jednocześnie ostre.
- Stop ogranicza wpływ aberracji optycznych . Jeśli stop jest zbyt duży, obraz będzie zniekształcony. Bardziej wyrafinowane konstrukcje układów optycznych mogą łagodzić efekt aberracji, umożliwiając większy stop, a tym samym większą zdolność zbierania światła.
- Stop określa, czy obraz będzie winietowany . Większe stopnie mogą powodować, że intensywność docierająca do kliszy lub detektora będzie spadać w kierunku krawędzi obrazu, zwłaszcza gdy dla punktów poza osią inny stop staje się przysłoną, ponieważ odcina więcej światła niż stop, który był ogranicznik przysłony na osi optycznej.
- Większy ogranicznik apertury wymaga optyki o większej średnicy, która jest cięższa i droższa.
Oprócz ogranicznika przysłony obiektyw fotograficzny może mieć jeden lub więcej ograniczników pola , które ograniczają pole widzenia systemu . Gdy pole widzenia jest ograniczone przez zatrzymanie pola w obiektywie (a nie na kliszy lub matrycy) winietowanie jest widoczne ; jest to problem tylko wtedy, gdy wynikowe pole widzenia jest mniejsze od pożądanego.
Źrenica biologicznej z oka jest jego otwór w nomenklaturze optycznym; tęczówka jest przesłoną, która służy jako ogranicznik apertury. Refrakcja w rogówce powoduje, że efektywna apertura ( źrenica wejściowa w optyce) różni się nieznacznie od fizycznej średnicy źrenicy. Źrenica wejściowa ma zazwyczaj około 4 mm średnicy, chociaż może wynosić od 2 mm ( f/ 8,3 ) w jasno oświetlonym miejscu do 8 mm ( f/ 2,1) w ciemności.
W astronomii średnica ogranicznika apertury (zwana aperturą ) jest krytycznym parametrem przy projektowaniu teleskopu . Ogólnie rzecz biorąc, chciałoby się, aby apertura była jak największa, aby zebrać maksymalną ilość światła z odległych obiektów, które są obrazowane. Wielkość apertury jest jednak w praktyce ograniczona ze względu na koszty i wagę, a także zapobieganie aberracjom (jak wspomniano powyżej).
Przysłony są również wykorzystywane w kontroli energii lasera, technice skanowania Z z zamkniętą aperturą , dyfrakcji/wzorach i czyszczeniu wiązki. Zastosowania laserowe obejmują filtry przestrzenne, Q-switching, kontrolę promieniowania rentgenowskiego o wysokiej intensywności.
W mikroskopii świetlnej słowo apertura może być używane w odniesieniu do kondensora (zmienia kąt padania światła na pole próbki), przesłony polowej (zmienia obszar oświetlenia) lub ewentualnie soczewki obiektywu (tworzy obraz pierwotny). Zobacz Mikroskop optyczny .
W fotografii
Ogranicznik przysłony obiektywu fotograficznego można regulować, aby kontrolować ilość światła docierającego do kliszy lub przetwornika obrazu . W połączeniu ze zmianą szybkości migawki wielkość przysłony reguluje stopień naświetlenia kliszy lub przetwornika obrazu . Zazwyczaj szybka migawka wymaga większej przysłony, aby zapewnić wystarczającą ekspozycję na światło, a wolna migawka wymaga mniejszej przysłony, aby uniknąć nadmiernej ekspozycji.
Urządzenie zwane przesłoną zwykle służy jako ogranicznik apertury i kontroluje aperturę. Membrana działa tak jak tęczówki w oku - kontroluje efektywną średnicę otworu obiektywu. Zmniejszenie rozmiaru przysłony (zwiększenie liczby f) zapewnia mniej światła do czujnika, a także zwiększa głębię ostrości , która opisuje stopień, w jakim obiekt leżący bliżej lub dalej od rzeczywistej płaszczyzny ostrości wydaje się być ostry. Ogólnie rzecz biorąc, im mniejsza przysłona (im większa liczba f), tym większa odległość od płaszczyzny ostrości obiektu może znajdować się, gdy nadal jest ostry.
Przysłona obiektywu jest zwykle określana jako liczba f , stosunek ogniskowej do efektywnej średnicy przysłony. Obiektyw zwykle ma zestaw oznaczonych „przystanków”, na które można ustawić liczbę przysłony. Niższa liczba f oznacza większy otwór przysłony, co pozwala na dotarcie większej ilości światła do kliszy lub przetwornika obrazu. Termin fotograficzny „jeden f-stop” odnosi się do zmiany liczby przysłony o współczynniku √ 2 (ok. 1,41), co z kolei odpowiada współczynnikowi 2 zmiany natężenia światła.
Priorytet przysłony to półautomatyczny tryb fotografowania używany w aparatach. Pozwala fotografowi wybrać ustawienie przysłony i pozwolić aparatowi decydować o czasie otwarcia migawki, a czasem także o czułości ISO w celu uzyskania prawidłowej ekspozycji. Jest to również określane jako automatyczna ekspozycja z priorytetem przysłony, tryb A, tryb AV (tryb wartości przysłony) lub tryb półautomatyczny.
Typowe zakresy przysłon stosowane w fotografii to około f/ 2,8– f /22 lub f /2– f /16, obejmując sześć stopni, które można podzielić na szeroki, środkowy i wąski po dwa stopnie każdy, z grubsza (przy użyciu okrągłych liczb ) f /2– f /4, f /4– f /8 i f /8– f /16 lub (dla wolniejszego obiektywu) f / 2,8– f / 5,6, f / 5,6– f /11 i f /11– f /22. Nie są to ostre podziały, a zakresy dla poszczególnych obiektywów są różne.
Maksymalna i minimalna apertura
Specyfikacje dla danej soczewki typowo obejmują maksymalne i minimalne otwarcie rozmiary, na przykład f /0.95- F / 22. W tym przypadku f/ 0.95 to obecnie maksymalny otwór (najszerszy otwór w formacie pełnoklatkowym do praktycznego wykorzystania), a f /22 to minimalny otwór (najmniejszy otwór). Największe zainteresowanie budzi zazwyczaj maksymalny otwór przysłony, który jest zawsze uwzględniany przy opisie obiektywu. Ta wartość jest również nazywana „szybkością” obiektywu , ponieważ wpływa na czas ekspozycji. Przysłona jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego dopuszczonego światła, a zatem odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego wymaganego czasu naświetlania, tak że apertura f /2 pozwala na uzyskanie czasów naświetlania o jedną czwartą czasu f /4.
Obiektywy o przysłonie f/ 2,8 lub szerszej określa się mianem „szybkich”, chociaż ich konkretny punkt zmieniał się z biegiem czasu (na przykład na początku XX wieku otwory przysłony szersze niż f /6 były uważane za szybkie). Powszechnie produkowany format 35 mm ma przysłony f/ 1,2 lub f/ 1,4, więcej przy f/ 1,8 i f/ 2,0, a wiele przy f/ 2,8 lub wolniejszych; f/ 1,0 jest nietypowe, choć widzi pewne zastosowanie Przy porównywaniu „szybkich" obiektywów należy wziąć pod uwagę używany format obrazu . Obiektywy zaprojektowane do małego formatu, takiego jak półramka lub APS-C, muszą rzucać znacznie mniejsze koło obrazu niż obiektyw używany do fotografii wielkoformatowej . elementy wbudowane w obiektyw mogą być znacznie mniejsze i tańsze.
W wyjątkowych okolicznościach obiektywy mogą mieć jeszcze szersze przysłony z liczbą przysłony mniejszą niż 1,0; zobacz szybkość obiektywu: szybkie obiektywy, aby uzyskać szczegółową listę. Na przykład zarówno obecna Leica Noctilux-M 50 mm ASPH, jak i obiektyw dalmierza Canon 50 mm z lat 60. mają maksymalny otwór przysłony f / 0,95. Tańsze alternatywy pojawiły się w ostatnich latach, takich jak Cosina Voigtländer 17,5 mm f /0.95 25mm f /0.95 i 42.5mm f /0.95 manualne obiektywy ostrość dla Mikro Cztery Trzecie-Systemu . Przez długi czas jasna wartość f/0.95 dla pełnej klatki zatrzymywała się w okolicach ogniskowej 50 mm lub dłuższej. Do 2021 roku producent obiektywów Venus Optics ( Laowa ) zapowiadał Argus 35mm f/0.95 FF. To obecnie najszybszy obiektyw o ogniskowej 35 mm i najszerszy obiektyw dla f/0.95.
Profesjonalne obiektywy do niektórych kamer filmowych mają liczby przysłony tak małe jak f/ 0.75. Film Stanleya Kubricka Barry Lyndon ma sceny kręcone przy świecach przy użyciu NASA/Zeiss 50 mm f/0,7 , najszybszego obiektywu w historii kina. Poza kosztami obiektywy te mają ograniczone zastosowanie ze względu na odpowiednio płytszą głębię ostrości – scena musi być albo płytka, kręcona z dużej odległości, albo będzie mocno rozmyta, choć może to być pożądany efekt.
Obiektywy zmiennoogniskowe mają zazwyczaj maksymalny otwór względny (minimalną liczbę przysłony) od f/ 2,8 do f/ 6,3 w całym swoim zakresie. Obiektywy z wyższej półki będą miały stałą przysłonę, taką jak f/ 2,8 lub f /4, co oznacza, że względna przysłona pozostanie taka sama w całym zakresie zoomu. Bardziej typowy zoom konsumencki będzie miał zmienny maksymalny otwór względny, ponieważ trudniejsze i droższe jest utrzymanie maksymalnego otworu względnego proporcjonalnego do ogniskowej przy długich ogniskowych; f/ 3,5 do f/ 5,6 to przykład popularnego zakresu zmiennej przysłony w konsumenckim obiektywie zmiennoogniskowym.
W przeciwieństwie do tego, minimalna przysłona nie zależy od ogniskowej – jest ograniczona tym, jak wąska się zamyka, a nie konstrukcją obiektywu – i jest generalnie wybierana ze względu na praktyczność: bardzo małe przysłony mają niższą ostrość z powodu dyfrakcji, podczas gdy dodatkowa głębia ostrości nie jest generalnie użyteczna, a zatem stosowanie takich apertur jest generalnie niewielkie. W związku z tym obiektywy DSLR zwykle mają minimalną przysłonę f /16, f /22 lub f /32, podczas gdy duży format może spaść do f /64, co odzwierciedla nazwa grupy f/64 . Głębia ostrości jest jednak istotnym problemem w makrofotografii i tam widać mniejsze przysłony. Na przykład Canon MP-E 65mm może mieć efektywną przysłonę (ze względu na powiększenie) tak małą, jak f /96. Otworkowej światłowodowe dla Lensbaby kreatywnych obiektywów ma aperturę tylko f / 177.
f /32 – mała przysłona i wolna migawka
f/ 5,6 – duża przysłona i szybka migawka
f /22 – mała przysłona i wolniejsza migawka (Czas naświetlania: 1/80)
f/ 3,5 – duża przysłona i szybsza migawka (Czas naświetlania: 1/2500)
Zmiana wartości przysłony w aparacie o pół przysłony, zaczynając od f /256, a kończąc na f /1
Zmiana średnicy przysłony aparatu od zera do nieskończoności
Obszar apertury
Ilość światła przechwyconego przez obiektyw jest proporcjonalna do powierzchni przysłony, równa:
Gdzie dwie równoważne formy są powiązane za pomocą liczby f N = f / D , z ogniskową f i średnicą apertury D .
Wartość ogniskowej nie jest wymagana przy porównywaniu dwóch obiektywów o tej samej ogniskowej; zamiast tego można użyć wartości 1, a inne czynniki również można odrzucić, pozostawiając proporcję pola do odwrotności kwadratu liczby f N .
Jeśli dwa aparaty o różnych rozmiarach i ogniskowych mają ten sam kąt widzenia i ten sam obszar przysłony, gromadzą taką samą ilość światła ze sceny. W takim przypadku względne natężenie oświetlenia w płaszczyźnie ogniskowej zależałoby jednak tylko od liczby f N , więc w aparacie z większym formatem, dłuższą ogniskową i wyższą liczbą f jest ono mniejsze. Zakłada się, że obie soczewki mają identyczną przepuszczalność.
Kontrola przysłony
Chociaż już w 1933 roku Torkel Korling wynalazł i opatentował dla wielkoformatowej lustrzanki Graflex automatyczną regulację przysłony, nie wszystkie wczesne lustrzanki jednoobiektywowe 35 mm posiadały tę funkcję. Przy małej przysłonie przyciemniało to wizjer, utrudniając oglądanie, ustawianie ostrości i kompozycję. Konstrukcja Korlinga umożliwiała oglądanie przy pełnej przysłonie w celu dokładnego ustawienia ostrości, zamykając się do wybranego wcześniej otworu przysłony po wyzwoleniu migawki i jednocześnie synchronizując wyzwalanie lampy błyskowej. Od 1956 roku producenci lustrzanek jednoobiektywowych osobno opracowali automatyczną kontrolę przysłony ( Miranda T „Pressure Automatic Diaphragm” i inne rozwiązania w modelach Exakta Varex IIa i Praktica FX2 ), umożliwiając oglądanie przy maksymalnym otworze obiektywu, przymykając obiektyw do pracy przy przysłonie. momentu naświetlenia, a następnie przywrócenie obiektywu do maksymalnej przysłony. Pierwsze lustrzanki z miernikami wewnętrznymi ( „przez obiektyw” lub „TTL” ) (np. Pentax Spotmatic ) wymagały przymknięcia obiektywu do działającej przysłony podczas wykonywania pomiaru. Kolejne modele wkrótce zawierały mechaniczne sprzężenie między obiektywem a korpusem aparatu, wskazując działającą przysłonę aparatu w celu naświetlenia, jednocześnie pozwalając obiektywowi na maksymalną przysłonę w celu komponowania i ustawiania ostrości; funkcja ta stała się znana jako pomiar przy otwartej aperturze .
W przypadku niektórych obiektywów, w tym kilku długich teleobiektywów , obiektywów montowanych na mieszkach , oraz obiektywów z kontrolą perspektywy i pochyleniem/przesunięciem , mechaniczne połączenie było niepraktyczne, a automatyczna kontrola przysłony nie była zapewniona. Wiele takich obiektywów zawiera funkcję znaną jako „zaprogramowana” przysłona, która pozwala obiektywowi ustawić działającą przysłonę, a następnie szybko przełączać się między roboczą przysłoną a pełną przysłoną bez patrzenia na kontrolę przysłony. Typową operacją może być ustalenie przybliżonej kompozycji, ustawienie działającej przysłony do pomiaru, powrót do pełnej przysłony w celu ostatecznego sprawdzenia ostrości i kompozycji oraz ustawienie ostrości, a na koniec powrót do działającej przysłony tuż przed ekspozycją. Chociaż nieco łatwiejsze niż dozowanie z zatrzymaniem, obsługa jest mniej wygodna niż praca automatyczna. Wstępnie ustawione kontrolki przysłony przybrały kilka form; najczęściej stosuje się zasadniczo dwa pierścienie przysłony obiektywu, przy czym jeden pierścień ustawia przysłonę, a drugi służy jako ogranicznik podczas przełączania na działającą przysłonę. Przykładami obiektywów z tego typu nastawą przysłony są Nikon PC Nikkor 28 mm f/ 3.5 oraz SMC Pentax Shift 6×7 75 mm f/ 4.5. Obiektyw Nikon PC Micro-Nikkor 85 mm f/ 2.8D jest wyposażony w mechaniczny przycisk, który ustawia przysłonę roboczą po naciśnięciu i przywraca pełną przysłonę po drugim naciśnięciu.
Obiektywy Canon EF , wprowadzone na rynek w 1987 roku, mają elektromagnetyczne przesłony, co eliminuje potrzebę mechanicznego połączenia aparatu z obiektywem i umożliwia automatyczne sterowanie przysłoną w przypadku obiektywów uchylno-przesuwnych Canon TS-E. Wprowadzone w 2008 roku obiektywy do sterowania perspektywą PC-E firmy Nikon mają również przesłony elektromagnetyczne, co w 2013 roku zostało rozszerzone w ich serii E.
Optymalna przysłona
Optymalna apertura zależy zarówno od optyki (głębokość sceny w stosunku do dyfrakcji), jak i od wydajności obiektywu.
Optycznie, gdy obiektyw jest przymknięty, rozmycie nieostrości w granicach głębi ostrości (DOF) zmniejsza się, ale zwiększa się rozmycie dyfrakcyjne. Obecność tych dwóch przeciwstawnych czynników implikuje punkt, w którym połączone plamy rozmycia są minimalizowane ( Gibson 1975 , 64); w tym momencie liczba f jest optymalna dla ostrości obrazu, dla danej głębi ostrości – szersza przysłona (niższa liczba f ) powoduje większe rozmycie, podczas gdy węższa przysłona (wyższa liczba f ) powoduje większą dyfrakcję.
Jeśli chodzi o wydajność, obiektywy często nie radzą sobie optymalnie przy pełnym otwarciu, a co za tym idzie generalnie mają lepszą ostrość przy niektórych przymkniętych – zwróćmy uwagę, że jest to ostrość w płaszczyźnie krytycznego ogniskowania , pomijając kwestie głębi ostrości. Powyżej pewnego punktu przymykanie nie przynosi żadnych dalszych korzyści w zakresie ostrości, a dyfrakcja zaczyna nabierać znaczenia. W zależności od obiektywu istnieje zatem optymalny punkt, zwykle w zakresie f /4 – f /8, gdzie ostrość jest optymalna, chociaż niektóre obiektywy są zaprojektowane tak, aby działały optymalnie przy maksymalnym otwarciu. Jak ważne jest to w zależności od obiektywu, a opinie na temat tego, jaki ma to praktyczny wpływ, są różne.
O ile optymalną aperturę można określić mechanicznie, to jaka wymagana jest ostrość zależy od tego, w jaki sposób obraz zostanie wykorzystany – jeśli ostateczny obraz oglądany jest w normalnych warunkach (np. obraz 8″×10″ oglądany z 10″), może to wystarczyć aby określić liczbę f przy użyciu kryteriów minimalnej wymaganej ostrości, a dalsze zmniejszanie rozmiaru plamki rozmycia może nie przynieść praktycznych korzyści. Ale może to nie być prawdą, jeśli końcowy obraz jest oglądany w bardziej wymagających warunkach, np. bardzo duży końcowy obraz oglądany z normalnej odległości lub fragment obrazu powiększony do normalnego rozmiaru ( Hansma 1996 ). Hansma sugeruje również, że ostateczny rozmiar obrazu może nie być znany podczas robienia zdjęcia, a uzyskanie maksymalnej możliwej do realizacji ostrości pozwala na podjęcie decyzji o zrobieniu dużego obrazu końcowego w późniejszym czasie; zobacz także ostrość krytyczna .
Równoważny zakres przysłony
W fotografii cyfrowej ekwiwalent przysłony 35 mm jest czasami uważany za ważniejszy niż rzeczywista liczba przysłony. Równoważna przysłona to liczba f dostosowana do liczby f o tej samej wielkości bezwzględnej średnicy przysłony w obiektywie o równoważnej ogniskowej 35 mm . Oczekuje się, że mniejsze równoważne liczby f doprowadzą do wyższej jakości obrazu w oparciu o większą ilość światła z obiektu, a także do zmniejszenia głębi ostrości. Na przykład Sony Cyber-shot DSC-RX10 wykorzystuje 1 -calowy czujnik, 24–200 mm ze stałą maksymalną przysłoną w całym zakresie zoomu; f / 2,8 ma odpowiednik zakresu przysłony f/ 7,6, który jest niższym odpowiednikiem liczby f niż kilka innych aparatów f/ 2.8 z mniejszymi matrycami.
W skanowaniu lub próbkowaniu
Terminy otwór skanujący i otwór próbkujący są często używane w odniesieniu do otworu, przez który obraz jest próbkowany lub skanowany, na przykład w skanerze bębnowym , czujniku obrazu lub aparacie do odbioru telewizji. Apertura próbkująca może być dosłowną aperturą optyczną, to znaczy małym otworem w przestrzeni, lub może być aperturą w dziedzinie czasu do próbkowania kształtu fali sygnału.
Na przykład, ziarno filmu określa się ilościowo jako ziarnistość poprzez pomiar fluktuacji gęstości filmu widzianych przez otwór próbkowania 0,048 mm.
Zobacz też
- Apertura numeryczna
- Otwór anteny
- Rozdzielczość kątowa
- Membrana (optyka)
- Przystanek Waterhouse
- Bokeh
- Płytkie skupienie
- Głębokie skupienie
- Uczeń wejściowy
- Wyjdź z ucznia
- Zatrzymaj się Lyot
Bibliografia
- Gibson, H. Lou. 1975. Fotografia zbliżeniowa i fotomakrografia . 2. połączone wyd. Publikacja Kodaka nr N-16. Rochester, NY: Eastman Kodak Company , tom II: Photomacrography. ISBN 0-87985-160-0
- Hansma, Paul K. 1996. Zobacz ustawianie ostrości w praktyce. Techniki fotograficzne , marzec/kwiecień 1996, 54–57. Dostępne jako obrazy GIF na stronie Duży format .