Blænde

Blænde  er en værdi, der karakteriserer lystransmissionen af ​​et optisk system , det vil sige forholdet mellem belysningen af ​​det faktiske billede , der gives til det i brændplanet, og den indledende lysstyrke af det viste objekt [1] . Blænde er proportional med kvadratet af det optiske systems relative blænde og bestemmer dets lyseffektivitet [2] [3] .

I praktisk fotografering og biograf bruges et forenklet dagligdags koncept med objektivblænde , som er den maksimale relative blænde, der opnås med en helt åben blænde , og ved hvilken den maksimale lystransmission af objektivet er opnåelig [4] [5] . Den kvadratiske afhængighed tages ikke i betragtning i dette tilfælde, da den automatisk tages i betragtning i eksponeringsmålingsberegninger. Således er et objektiv med en maksimal blænde på f/2.0 hurtigere end et f/4.5 objektiv.

Geometrisk lysstyrke

Det er sædvanligt at skelne mellem geometrisk og effektiv lysstyrke, som er proportional med kvadraterne af den geometriske og effektive relative åbning [6] . Den geometriske lysstyrke kan beregnes ved hjælp af udtrykket:

,

hvor er indgangspupillens diameter og er bagsidens brændvidde . Lysstyrken af ​​ethvert optisk system har en teoretisk grænse bestemt af lysets bølgeegenskaber. Det beregnes ved hjælp af en matematisk sammenhæng:

hvor

Da luftens brydningsindeks er tæt på enhed, kan den maksimalt opnåelige relative blænde for ethvert optisk system ikke overstige f/0,5 eller 2:1 [* 1] . Følgelig overstiger den maksimalt opnåelige blænde, der er lig med kvadratet af denne værdi, ikke 4:1.

Effektiv blænde

Den geometriske blænde karakteriserer kun delvist lystransmissionen af ​​linsen, da den ikke tager højde for gennemsigtigheden af ​​dens linser . Når lysstrømmen passerer gennem linsen, absorberes en del af den af ​​glasmassen, og en del reflekteres og spredes af overfladen af ​​linserne og rammen, så lysstrømmen når det lysfølsomme element svækket. Lysstyrken , som tager højde for linsens transmittans , kaldes den effektive lysstyrke (i nogle kilder den fysiske lysstyrke [7] ). Den effektive lysstyrke er altid lavere end den geometriske [8] .

Effektiv blænde , som nævnt ovenfor, bestemmer forholdet mellem billedets belysning og motivets lysstyrke [1] :

,

hvor er systemets lystransmissionskoefficient. I moderne optik bruges belægninger til at øge lystransmissionen , hvilket reducerer lystab. For ikke-coatede linser, når lyset passerer gennem linsen, dæmpes lysstrømmen med 1 % for hver centimeter glastykkelse og med 5 % på grund af refleksion af stråler ved hver luft-glas-grænseflade. Gennemsnitsværdien af ​​lystransmissionskoefficienten for ikke-coatede linser er 0,65, og for coatede linser er den  0,9. Lysstrømmen, der passerer gennem en uoplyst linse, er i gennemsnit svækket med omkring 1/3. For coatede linser dæmpes lysstrømmen i gennemsnit med 0,1, stort set uden effekt på eksponeringen .

I komplekse zoomobjektiver med flere objektiver , selv i nærvær af belægning, øges tabene, hvilket bringer forskellen mellem den geometriske og effektive blændeåbning til værdier, der skal tages i betragtning. I filmoptik, hvor forskellen mellem den geometriske og effektive lysstyrke kan være betydelig, er en separat betegnelse for effektive relative åbninger i form af bogstavet " T " vedtaget. For eksempel angiver T1.3 den effektive relative blænde for objektivet f / 1.3 med den tilsvarende effektive blænde. I praktisk kinematografi er den kvadratiske afhængighed af blændeforholdet af den relative blænde udeladt, hvilket kalder det effektive blændeforhold for den maksimale effektive relative blænde "T". På billederne af fotografiske linser er den geometriske maksimale relative blænde indikeret, hvilket kendetegner det største geometriske blændeforhold, mens mellemliggende blændeværdier er markeret med hensyn til den effektive relative blænde, under hensyntagen til lystransmissionen af ​​glas [5] . På rammerne af moderne filmoptik er effektive relative åbninger tværtimod angivet med en ekstra betegnelse med bogstavet "T".

Den praktiske værdi af lysstyrke

Blænde påvirker indirekte kvaliteten af ​​astronomiske instrumenter, der har en linse: teleskoper og astrografer . Dens værdi er uløseligt forbundet med den maksimale blænde , som bestemmer den minimale lysstyrke af himmellegemer, der er tilgængelige for registrering ved visuelle eller fotografiske midler. For at udføre vellykkede observationer skabes optiske instrumenter med den højest mulige lysstyrke, som gør det muligt at detektere stjerner og deres hobe på store afstande. For andre observationsanordninger bestemmer objektivets blændeforhold den minimale belysning, ved hvilken det stadig er muligt at skelne objekter, der er synlige gennem det optiske system.

Inden for fotografering og biograf er maksimal blænde ikke mindre vigtig. Den bestemmer den mindste lukkerhastighed, hvormed optagelse er mulig under en bestemt scenebelysning . Blænden er især vigtig ved video- og filmoptagelser, da den maksimale lukkerhastighed i dette tilfælde ikke kan være længere end optagelsesperioden for ét billede i modsætning til fotografering, hvor eksponeringen kan vare flere sekunder eller endda minutter. Men i fotografering begrænser objektivets blænde den minimale belysning, hvor det stadig er muligt at optage med øjeblikkelige lukkertider uden et stativ . Det engelske navn på det hurtige objektiv med hurtig linse (bogstaveligt talt - "hurtigt objektiv") understreger dets egnethed til at optage objekter i hurtig bevægelse ved korte lukkertider.

Det skal ikke glemmes, at ved den maksimale relative blændeåbning er kvaliteten af ​​det resulterende billede dårligere end ved mellemstore blændeåbninger, på trods af det perfekte objektivdesign [9] . Vignettering når sine maksimale værdier også ved fuld blænde [10] . Derudover er dybdeskarpheden meget lille og utilstrækkelig til en skarp visning af objekter, der strækker sig ind i rammens dybde. Dette er mest iøjnefaldende, når du optager fra korte afstande, så blændeforholdet på makroobjektiver er ofte relativt lille. Ikke desto mindre gør brugen af ​​ultrahurtige objektiver med åben blænde det muligt at opnå kunstneriske effekter i fotografi og biograf, som er utilgængelige for optik med lav blænde. En stor maksimal blændeåbning er karakteristisk for portrætlinser , som tillader resterende sfærisk aberration og blødt optisk mønster [11] .

I projektionslinser bestemmer blændeværdien lyseffektiviteten af ​​hele projektoren og i sidste ende lysstyrken af ​​billedet på skærmen. Ubrugeligheden af ​​en stor dybdeskarphed og et lille vinkelfelt gør det muligt at fremstille de fleste linser til projektion af flade objekter med tilstrækkelig hurtig blænde.

Klassificering af optik efter lysstyrke

Linser med forskellige værdier af maksimal geometrisk blænde er normalt opdelt i flere grupper. Ud over konventionel optik med lav blændeåbning kan objektiver være hurtige og superblænde . I kinematografi omfatter den første gruppe optik med en maksimal relativ blændeåbning over f/2.8, og den anden gruppe starter med f/1.5 [12] . På grund af de større billedstørrelser betragtes optik i fotografering som superblænde, startende fra f/2.0 [13] . Den maksimale blænde for de bedste ultrahurtige objektiver nærmer sig den teoretiske grænse på f/0,5 for optagelse i luften [* 2] :

For forskellige udstyrsklasser er følgende objektivblændeværdier typiske [23] :

Højt blændeforhold opnås let i normale objektiver med deres små dimensioner og relativt lave omkostninger. Mens små aberrationer og høj opløsning opretholdes, kræver forøgelse af lysstyrken begrænsning af vinkelfeltet [24] . Derfor er blændeforholdet for vidvinkelobjektiver normalt lavere, mens blændeforholdet for langfokusobjektiver er begrænset af kromatisk aberration, som vokser i forhold til brændvidden og kan elimineres med stor besvær. Dimensioner på hurtige vidvinkel- og teleobjektiver kan øges flere gange sammenlignet med mindre hurtige modparter. I overensstemmelse med princippet om invarians af optiske systemer er produktet af tangenten af ​​vinkelfeltet, kvadratroden af ​​brændvidden og blændeforholdet en konstant for ethvert anastigmatobjektiv med det samme niveau af deres optiske perfektion [25] .

Høj blænde er påkrævet fra objektiver designet til billedholografi . Dette skyldes behovet for at kombinere en bred (150-200 mm) indgangspupil med et stort vinkelfelt , hvilket svarer til en kort brændvidde. Der er således tilvejebragt et bredt synsfelt, samtidig med at flere vinkler bevares [26] . Således er lysstyrken af ​​OKG-2 holografisk filmlinse skabt i USSR med en indgangspupildiameter på 200 mm og en brændvidde på 150 f/0,75 [27] .

Se også

Noter

  1. ↑ Udsagnet er sandt i luft og andre medier med tætte brydningsindekser
  2. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar-objektiv, skabt til markedsføringsformål, betragtes som en teknisk kuriosum, fordi den er uegnet til praktisk fotografering

Kilder

  1. ↑ 1 2 En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 35.
  2. ↑ Butikov, 1986 , s. 363.
  3. ↑ Generelt fotografikursus, 1987 , s. atten.
  4. ↑ Filmudstyr, 1988 , s. 81.
  5. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , s. 152.
  6. ↑ Volosov, 1978 , s. 75.
  7. ↑ Volosov, 1978 , s. 76.
  8. ↑ En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 35.
  9. ↑ En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 34.
  10. ↑ Generelt fotografikursus, 1987 , s. tyve.
  11. ↑ Volosov, 1978 , s. 316.
  12. ↑ Filmudstyr, 1988 , s. 82.
  13. ↑ Generelt fotografikursus, 1987 , s. 19.
  14. ↑ Carl Zeiss Super Q Gigantar 40mm F / 0,33: det hurtigste objektiv eller producentens ironi? . Kameralabs. Hentet 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 17. november 2015.
  15. ↑ Michael Zhang. Carl Zeiss Super-Q-Gigantar 40 mm f/0.33: Det hurtigste objektiv nogensinde lavet?  (engelsk) . Nyheder . Petapixel (6. august 2013). Dato for adgang: 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 7. december 2015.
  16. ↑ Linser udviklet hos GOI, 1963 , s. 269.
  17. ↑ Luiz Paracampo. Verdens hurtigste linse  (engelsk) . USSR-billede (25. december 2007). Hentet 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 17. november 2015.
  18. ↑ Top 10 hurtigste linser  . "Kadrr". Hentet 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 17. november 2015.
  19. ↑ Vladimir Samarin. Handevision Ibelux 40mm f/0.85: en ny rekordholder . "Fototips" (28. december 2013). Hentet 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 17. november 2015.
  20. ↑ Produkter | Mitakon-ZY  optik . Hentet 31. august 2020. Arkiveret fra originalen 5. august 2020.
  21. ↑ Ken Rockwell. Canon 50mm f/1.0 L  (engelsk) . Anmeldelser (oktober 2013). Hentet 14. november 2015. Arkiveret fra originalen 13. november 2015.
  22. ↑ Jupiter-3 . ZENIT kamera. Hentet 16. april 2019. Arkiveret fra originalen 8. april 2019.
  23. ↑ Kameraer, 1984 , s. 43.
  24. ↑ Theory of Optical Systems, 1992 , s. 243.
  25. ↑ Volosov, 1978 , s. 295.
  26. ↑ Billedholografi og holografisk kinematografi, 1987 , s. 128.
  27. ↑ Billedholografi og holografisk kinematografi, 1987 , s. 129.

Litteratur