Clona

Clona  je hodnota, která charakterizuje světelnou propustnost optického systému , tedy poměr osvětlení skutečného obrazu , který je mu daný v ohniskové rovině , a počáteční jas zobrazovaného objektu [1] . Clona je úměrná druhé mocnině relativní apertury optické soustavy a určuje její světelnou účinnost [2] [3] .

V praktické fotografii a kině se používá zjednodušený každodenní koncept clony objektivu , což je maximální relativní clona získaná při plně otevřené cloně a při které je dosažitelná maximální světelná propustnost objektivu [4] [5] . Kvadratická závislost se v tomto případě nebere v úvahu, protože se automaticky zohledňuje při výpočtech měření expozice. Objektiv s maximální světelností f/2,0 je tedy rychlejší než objektiv f/4,5.

Geometrická svítivost

Je obvyklé rozlišovat mezi geometrickou a efektivní světelností, které jsou úměrné čtvercům geometrických a efektivních relativních apertur [6] . Geometrickou svítivost lze vypočítat pomocí výrazu:

,

kde je průměr vstupní pupily a je zadní ohnisková vzdálenost . Svítivost každého optického systému má teoretický limit určený vlnovými vlastnostmi světla. Vypočítá se pomocí matematického vztahu:

kde

Vzhledem k tomu, že index lomu vzduchu se blíží jednotce, maximální dosažitelná relativní apertura jakéhokoli optického systému nemůže překročit f/0,5 nebo 2:1 [* 1] . V souladu s tím maximální dosažitelná clona rovna kvadrátu této hodnoty nepřesahuje 4:1.

Efektivní clona

Geometrická clona charakterizuje propustnost světla čočky pouze částečně, protože nebere v úvahu průhlednost jejích čoček . Když světelný tok prochází čočkou, část je absorbována hmotou skla a část je odražena a rozptylována povrchem čoček a rámu, takže světelný tok dosáhne fotocitlivého prvku oslabený. Světelnost , která zohledňuje propustnost čočky, se nazývá efektivní světelnost (u některých zdrojů fyzikální světelnost [7] ). Efektivní svítivost je vždy nižší než geometrická [8] .

Efektivní clona , jak je uvedeno výše, určuje poměr osvětlení snímku k jasu objektu [1] :

,

kde je koeficient propustnosti světla soustavou. V moderní optice se povlaky používají ke zvýšení propustnosti světla , což snižuje ztráty světla. U čoček bez povlaku se při průchodu světla čočkou světelný tok zeslabí o 1 % na každý centimetr tloušťky skla a o 5 % v důsledku odrazu paprsků na každém rozhraní vzduch-sklo. Průměrná hodnota koeficientu prostupu světla u čoček bez povlaku je 0,65, u čoček s povlakem je to  0,9. Světelný tok, procházející neosvětlenou čočkou, je oslaben v průměru asi o 1/3. U čoček s povlakem je světelný tok zeslaben v průměru o 0,1, prakticky bez vlivu na expozici .

U komplexních objektivů s více objektivy se zoomem i v přítomnosti povlaku se ztráty zvyšují, čímž se rozdíl mezi geometrickou a efektivní clonou dostává na hodnoty, které je třeba vzít v úvahu. U filmové optiky, u které může být rozdíl mezi geometrickou a efektivní světelností významný, se používá samostatné označení efektivních relativních apertur ve tvaru písmene " T ". Například T1.3 označuje efektivní relativní clonu objektivu f / 1.3 s odpovídající efektivní clonou. V praktické kinematografii se vynechává kvadratická závislost clonového poměru na relativní cloně, efektivní clonový poměr se nazývá maximální efektivní relativní clona „T“. Na rámech fotografických objektivů je vyznačena geometrická maximální relativní clona, ​​která charakterizuje největší geometrický poměr clony, zatímco střední hodnoty clony jsou vyznačeny z hlediska efektivní relativní clony s přihlédnutím k propustnosti světla sklem [5]. . Na rámech moderní filmovací optiky jsou naopak efektivní relativní clony označeny doplňkovým označením s písmenem „T“.

Praktická hodnota svítivosti

Clona nepřímo ovlivňuje kvalitu astronomických přístrojů, které mají čočku: dalekohledy a astrografy . Jeho hodnota je nerozlučně spjata s maximální aperturou , která určuje minimální svítivost nebeských těles dostupných pro registraci vizuálními nebo fotografickými prostředky. K provádění úspěšných pozorování jsou vytvářeny optické přístroje s nejvyšší možnou svítivostí, které umožňují detekovat hvězdy a jejich hvězdokupy na velké vzdálenosti. U jiných pozorovacích zařízení určuje poměr clony objektivu minimální osvětlení, při kterém je ještě možné rozlišit objekty viditelné optickým systémem.

Ve fotografii a kině je maximální clona neméně důležitá. Určuje minimální rychlost závěrky , se kterou je možné fotografovat při konkrétním osvětlení scény . Clona je zvláště důležitá při natáčení videa a filmu, protože v tomto případě nemůže být maximální rychlost závěrky delší než doba pořízení jednoho snímku , na rozdíl od fotografie, kde expozice může trvat několik sekund nebo dokonce minut. Při fotografování však clona objektivu omezuje minimální osvětlení, při kterém je stále možné fotografovat s okamžitými časy závěrky bez stativu . Anglický název fast lens fast lens (doslova – „fast lens“) zdůrazňuje jeho vhodnost pro focení rychle se pohybujících objektů při krátkých expozičních časech.

Nelze zapomínat, že při maximální relativní cloně je kvalita výsledného obrazu horší než při středních clonách, a to i přes dokonalost konstrukce objektivu [9] . Vinětace dosahuje svých maximálních hodnot také při plném otevření [10] . Hloubka ostrosti je navíc velmi malá a nedostatečná pro ostré zobrazení objektů zasahujících do hloubky záběru. Nejvíce je to znát při focení z krátké vzdálenosti, takže clonový poměr u makroobjektivů je často relativně malý. Přesto použití ultrarychlých objektivů s otevřenou clonou umožňuje získat umělecké efekty ve fotografii a kině, které jsou pro optiku s nízkou clonou nepřístupné. Velká maximální clona je charakteristická pro portrétní objektivy , které umožňují zbytkovou sférickou aberaci a měkký optický vzor [11] .

U projekčních objektivů určuje hodnota clony světelnou účinnost celého projektoru a v konečném důsledku i jas obrazu na plátně. Zbytečnost velké hloubky ostrosti a malého úhlového pole umožňuje vyrobit většinu objektivů pro projekci plochých předmětů s dostatečně rychlou clonou.

Klasifikace optiky podle svítivosti

Objektivy s různými hodnotami maximální geometrické clony se obvykle dělí do několika skupin. Kromě konvenční optiky s nízkou clonou mohou být objektivy rychlé a super clonové . V kinematografii do první skupiny patří optika s maximální relativní světelností nad f/2,8 a do druhé skupiny začíná f/1,5 [12] . Ve fotografii je optika vzhledem k větší velikosti snímků považována za super-aperturu, počínaje f/2.0 [13] . Maximální světelnost nejlepších ultrarychlých objektivů se blíží teoretickému limitu f/0,5 pro fotografování ve vzduchu [* 2] :

Pro různé třídy zařízení jsou typické následující hodnoty clony objektivu [23] :

Vysokého poměru clony lze snadno dosáhnout u normálních objektivů s jejich malými rozměry a relativně nízkou cenou. Při zachování malých aberací a vysokého rozlišení vyžaduje zvýšení svítivosti omezení úhlového pole [24] . Proto je clonový poměr širokoúhlých objektivů obvykle nižší, zatímco clonový poměr objektivů s dlouhým ohniskem je omezen chromatickou aberací, která roste úměrně s ohniskovou vzdáleností a lze ji jen velmi obtížně odstranit. Rozměry rychlých širokoúhlých a teleobjektivů se mohou několikanásobně zvětšit ve srovnání s méně rychlými protějšky. V souladu s principem invariance optických systémů je součin tečny úhlového pole, druhé odmocniny ohniskové vzdálenosti a aperturního poměru konstantou pro všechny anastigmatové objektivy se stejnou úrovní jejich optické dokonalosti [25] .

U objektivů určených pro obrazovou holografii je vyžadována vysoká světelnost . To je způsobeno potřebou kombinovat širokou (150-200 mm) vstupní pupilu s velkým úhlovým polem , což odpovídá krátké ohniskové vzdálenosti. Je tak zajištěno široké zorné pole při zachování více úhlů [26] . Světelnost holografického filmovacího objektivu OKG-2 vytvořeného v SSSR s průměrem vstupní pupily 200 mm a ohniskovou vzdáleností 150 je tedy f/0,75 [27] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Tvrzení je pravdivé ve vzduchu a dalších médiích s blízkými indexy lomu
  2. ↑ Objektiv Carl Zeiss Super Q Gigantar, vytvořený pro marketingové účely, je považován za technickou kuriozitu, protože je nevhodný pro praktické fotografování

Zdroje

  1. ↑ 1 2 Krátká příručka pro amatérské fotografy, 1985 , str. 35.
  2. ↑ Butikov, 1986 , str. 363.
  3. ↑ Obecný fotografický kurz, 1987 , str. osmnáct.
  4. ↑ Natáčecí zařízení, 1988 , str. 81.
  5. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , s. 152.
  6. ↑ Volosov, 1978 , s. 75.
  7. ↑ Volosov, 1978 , s. 76.
  8. ↑ Krátká příručka pro amatérské fotografy, 1985 , str. 35.
  9. ↑ Krátká příručka pro amatérské fotografy, 1985 , str. 34.
  10. ↑ Obecný fotografický kurz, 1987 , str. dvacet.
  11. ↑ Volosov, 1978 , s. 316.
  12. ↑ Natáčecí zařízení, 1988 , str. 82.
  13. ↑ Obecný fotografický kurz, 1987 , str. 19.
  14. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar 40 mm F / 0,33: nejrychlejší objektiv nebo ironie výrobce? . fotolaboratoře. Získáno 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015.
  15. ↑ Michael Zhang. Carl Zeiss Super-Q-Gigantar 40 mm f/0,33: Nejrychlejší objektiv, jaký kdy byl vyroben?  (anglicky) . Novinky . Petapixel (6. srpna 2013). Datum přístupu: 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 7. prosince 2015.
  16. ↑ Čočky vyvinuté v GOI, 1963 , str. 269.
  17. ↑ Luiz Paracampo. Nejrychlejší objektiv na světě  (anglicky) . Foto SSSR (25. prosince 2007). Získáno 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015.
  18. ↑ Top 10 nejrychlejších objektivů  . "Kadrr". Získáno 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015.
  19. ↑ Vladimír Samarin. Handevision Ibelux 40 mm f/0,85: nový rekordman . "Fototipy" (28. prosince 2013). Získáno 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015.
  20. ↑ Produkty |  Optika Mitakon-ZY . Získáno 31. srpna 2020. Archivováno z originálu dne 5. srpna 2020.
  21. ↑ Ken Rockwell. Canon 50mm f/1,0 L  (anglicky) . Recenze (říjen 2013). Získáno 14. listopadu 2015. Archivováno z originálu 13. listopadu 2015.
  22. ↑ Jupiter-3 . Fotoaparát ZENIT. Staženo 16. dubna 2019. Archivováno z originálu 8. dubna 2019.
  23. ↑ Fotoaparáty, 1984 , str. 43.
  24. ↑ Teorie optických systémů, 1992 , str. 243.
  25. ↑ Volosov, 1978 , s. 295.
  26. ↑ Obrazová holografie a holografická kinematografie, 1987 , s. 128.
  27. ↑ Obrazová holografie a holografická kinematografie, 1987 , s. 129.

Literatura