22-10-2023
Диафра́гма объекти́ва (от греч. διάφραγμα — перегородка) в оптических приборах — разновидность апертурной диафрагмы, позволяющая регулировать относительное отверстие объектива, то есть диаметр проходящих через него пучков света[1]. 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[П 1]. Регулировка диаметра отверстия может выполняться тремя основными способами[2]:
Револьверная диафрагма представляет собой поворотный диск с набором отверстий разного диаметра и применяется 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[3]. 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[4].
Основное предназначение диафрагмы объектива — регулировка его относительного отверстия, необходимая для точного дозирования проходящего света и получения правильной экспозиции. Максимальное относительное отверстие называется светосилой объектива и определяется техническим совершенством оптической схемы и конструкцией оправы. Меньшие значения относительного отверстия устанавливаются при помощи диафрагмы[5]. 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 выходного 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[П 2]. Эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического, поскольку учитывает потери на поглощение и рассеяние света в стекле[6]. Эти потери уменьшаются при помощи просветления, но в сложных многолинзовых объективах могут быть существенны и должны учитываться, поэтому шкалы диафрагмы отражают значения эффективных относительных отверстий[5]. В современной киносъёмочной оптике для обозначения эффективных относительных отверстий часто используется буква T[7][8]. В то же время, значение предельной светосилы объектива, указанное на его оправе, отражает геометрическое относительное отверстие.
Градуировка шкал диафрагмы производится таким образом, что каждому соседнему делению соответствует изменение светового потока, проходящего через объектив, в два раза. Для этого площадь сечения отверстия должна изменяться так же в два раза, следовательно его диаметр в раз[5]. Таким образом, знаменатель дроби соседних значений отличается в 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 экономии места на шкалах указываются только знаменатели эффективных относительных отверстий, которые называются диафрагменными числами. Конкретные значения диафрагменных чисел, используемых производителями для градуировки шкал, должны соответствовать международному стандарту ISO 517—73. В СССР ему соответствовал ГОСТ 17175—82, использовавшийся для объективов общего назначения[9][10]. Кроме основного ряда чисел, отличающихся на 1 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[9]. 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 светосилы, 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.
Ирисовая диафрагма (от лат. iris «радужная оболочка») состоит из нескольких (обычно от 2 до 20) поворотных лепестков (ламелей), приводимых в движение 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. Такое управление используется в большей части кино-, фото- и телевизионного оборудования за исключением однообъективных зеркальных фотоаппаратов и некоторых кинокамер с зеркальным обтюратором[11]. 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.
Устройство, позволяющее вручную оперативно закрывать диафрагму до рабочего значения, не отрывая взгляд от видоискателя. Такая конструкция, использованная в однообъективных зеркальных фотоаппаратах, позволяет производить фокусировку объектива при полностью открытом отверстии, и закрывать диафрагму, не глядя на её шкалу[12]. До массового распространения прыгающей диафрагмы объективы зеркальных камер снабжались дополнительным кольцом, позволяющим быстро изменить значение диафрагмы с полностью открытой до рабочего значения, задаваемого другим кольцом, которое обычно называется «кольцом предустановки».
Такая конструкция использовалась в иностранной оптике для зеркальных камер (например, «Asahi Pentax», «Miranda-D») до изобретения прыгающей диафрагмы, или позднее, когда её механическая реализация по тем или иным причинам затруднена: например в шифт-объективах. Иностранное название: «диафрагма с предустановкой» (англ. Preset Diaphragm). Наиболее широкое распространение диафрагма с кольцом предустановки получила в советских объективах для фотоаппаратов «Зенит»: «Гелиос-44-2», «Юпитер-9» «Мир-1» и других[13]. Некоторые объективы («Индустар-61 Л/З», «Юпитер-37А») имели одно кольцо, служившее как для установки значения, так и для «доводки» диафрагмы. В этом случае предустановка осуществлялась после нажатия на кольцо в осевом направлении.
Диафрагма, закрываемая до рабочего значения вручную за счёт дополнительного усилия на спусковой кнопке или кнопке оправы объектива, кинематически совмещённой со спусковой[14]. 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[15]. В иностранных источниках называется «автоматическая нажимная диафрагма» (англ. Automatic Pressure Diaphragm)[16]. 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 СССР выпускалась серия фотоаппаратов с приводом от спусковой кнопки внутри корпуса: «Зенит-ЕМ», «Зенит-11», а также разработанные на основе «Зенита-TTL», включая более поздние «Зенит-122» и «Зенит-412». С таким приводом могут использоваться объективы с механизмом прыгающей диафрагмы, как правило с резьбовым креплением. В зарубежном фотоаппаратостроении нажимная диафрагма быстро уступила место прыгающей, поскольку приводит к недопустимому возрастанию усилия на спусковой кнопке.
Наиболее сложная разновидность привода ирисовой диафрагмы, обеспечивающая кадрирование и фокусировку при полном отверстии в камерах со сквозным визированием и фазовым автофокусом[П 3]. Кроме зеркальной фотоаппаратуры прыгающая диафрагма использовалась в киносъёмочной технике: например в кинокамере «Arriflex 16SR» и в объективах «Taylor Hobson»[11][17]. В этом случае она автоматически закрывается при запуске лентопротяжного механизма, обеспечивая точную фокусировку перед съёмкой.
Наиболее ранние механизмы прыгающей диафрагмы оснащались пружиной с предварительным взводом, которая закрывает относительное отверстие после нажатия на спусковую кнопку[14][15]. Кольцо установки значения диафрагмы изменяет только положение механизма, задающего степень закрытия при срабатывании привода. После каждого снимка диафрагма не возвращалась в открытое состояние и требовался её взвод. 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», «Topcon-R» и «Pentax S1», так и в отечественной, например в объективе «Индустар-29» фотоаппарата «Салют»[14][18][19]. Наиболее известный отечественный 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, поскольку быстро уступила место самовозвратному механизму. Такая диафрагма, в отличие от предыдущего типа, не требовала взвода после каждого снимка, и автоматически возвращалась в открытое состояние. В результате 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)[20]. Поэтому иностранные объективы первых серий с таким приводом диафрагмы часто содержали в названии слово «Auto»: например, «Nikkor Auto», «Auto-Takumar» и т. д.
В фотоаппаратах прыгающая диафрагма закрывается до рабочего значения специальным механизмом, как правило совмещённым с подъёмом зеркала. При этом используется усилие пружин или электромагнита, а не спусковой кнопки, что обеспечивает плавный спуск[13]. Прыгающей диафрагмой оснащались практически все зарубежные зеркальные фотоаппараты, начиная с середины 1960-х годов, а также советские камеры «Зенит-19» и «Зенит-18». Байонетные зеркальные фотоаппараты «Киев», камеры серии «Зенит-Автомат» и семейства «Алмаз» имели аналогичный механизм, поскольку прыгающая диафрагма и её привод являются составной частью большинства байонетов. 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 фотоаппаратов оснащаются репетиром диафрагмы[13].
Механизм прыгающей диафрагмы во многом аналогичен центральному фотозатвору и обладает сопоставимым быстродействием. Эти особенности ограничивают количество лепестков: дешёвые объективы оснащаются диафрагмой, имеющей 6 или даже 5 лепестков, образующими отчётливый многоугольник[21]. 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[П 4].
Кроме регулировки экспозиции и глубины резкости, изменение относительного отверстия при помощи диафрагмы влияет на другие важные параметры изображения:
Таким образом, при закрывании диафрагмы одновременно со снижением аберраций возрастает дифракционное ограничение[23]. Максимальное разрешение объектива достигается при средних значениях диафрагмы: f/8—f/11, когда аберрации и дифракция уравновешены.
Диафрагма (фото).
