Светосила

Светосила

Светоси́ла объекти́ва — Светосилой оптического прибора принято называть величину, характеризующую освещенность изображения.

Иногда светосилой неправильно называют величину знаменателя максимального относительного отверстия.

Численное выражение светосилы

Светосила $J\!$ пропорциональна площади действующего отверстия объектива ${\pi \over 4} \cdot d^2$ (где $d\!$ — диаметр действующего отверстия), делённой на квадрат главного фокусного расстояния, т. е. ${\pi \over 4}d^2 :f^2$, или ${\pi \over 4}\cdot\left({d \over f}\right)^2$. Следовательно, светосила объектива тем выше, чем больше его относительное отверстие.

Выразив ${d \over f}$ через ${1 \over K}$, где $K\!$ — число шкалы диафрагмы, получим:

$J={\pi \over 4} \cdot {1 \over K^2}$

Из формулы следует, что чем больше число диафрагмы, тем меньше светосила объектива. Таким образом, диафрагмирование уменьшает светосилу объектива.

Для сравнения светосилы двух объективов необходимо брать отношение квадратов знаменателей относительных отверстий:

${K_2^2 \over K_1^2}=\left({K_2 \over K_1}\right)^2$

Например, светосила объективов с относительными отверстиями 1:4 и 1:8 будет отличаться в ${8^2 \over 4^2}=4$ раза.

Учет светосилы при съёмке

Если объекты съёмки расположены от фотоаппарата не в фотографической бесконечности, а ближе, то освещённость оптического изображения уменьшается, так как сопряжённое фокусное расстояние, т. е. расстояние от изображения до задней главной плоскости объектива, всегда больше его главного фокусного расстояния. В этом случае фактическая светосила объектива тоже уменьшается. До масштаба 1:10, что приблизительно соответствует расстояниям от объекта съёмки до фотоаппарата более десяти фокусных расстояний объектива, уменьшение светосилы в расчет не принимают. При репродуцировании в крупном масштабе и макрофотосъёмке уменьшение светосилы необходимо учитывать, так как оно влечет за собой увеличение выдержки. В современных фотокамерах изменение светосилы учитывается автоматически.

Эффективная светосила

Относительное отверстие объектива является геометрическим понятием и характеризует его светосилу только условно. При прохождении светового потока через объектив часть его поглощается массой стекла, а часть отражается и рассеивается поверхностью линз, поэтому световой поток доходит ослабленным до светочувствительного элемента. Светосила, учитывающая эти потери, называется эффективной светосилой.

Не следует путать эффективную светосилу с так называемой «эквивалентной светосилой», которая, якобы, приводит к единому значению светосилы для систем с различным кроп-фактором.

Потери света в объективе

Потеря света, уменьшающая прозрачность $T\!$ объектива, определяется по формуле:

$T=(1-P)^n \cdot (1-\alpha)^m$

где $P\!$ — доля света, теряемая при отражении одной поверхностью раздела; $n\!$ — число поверхностей раздела воздух-стекло; $\alpha\!$ — поглощение света 1 см стекла; $m\!$ — суммарная толщина линз в см.

Величина $T\!$ называется коэффициентом светопропускания объектива.

В среднем у непросветлённых объективов при прохождении света сквозь линзы световой поток ослабляется на 1 % на каждый сантиметр толщины стекла и на 5 % за счет отражения лучей на каждой поверхности раздела воздух-стекло. Среднее значение коэффициента светопропускания у непросветлённых объективов составляет 0,65, а у просветлённых — 0,9. Световой поток, проходя через непросветлённый объектив, ослабляется в среднем примерно на 1/3. У просветленных объективов световой поток ослабляется в среднем на 0,1, поэтому поправку в выдержку вносить необязательно. В настоящее время все объективы выпускаются просветлёнными.

Внутренние отражения света в объективе

Отраженные и рассеянные линзами объектива лучи света равномерно засвечивают светочувствительный элемент. Эти лучи уменьшают контраст оптического изображения. Снижение контраста происходит потому, что рассеянный свет для ярких участков изображения составляет очень небольшой процент, а для слабо освещённых — весьма значительный. Поэтому светорассеяние сильно уменьшает различие деталей в тенях и менее значительно в света́х.

Светорассеяние увеличивается при наличии царапин на линзах объектива и особенно при потертости их поверхности в центре, сильной запылённости, сколов стекла около оправы. Поэтому с фотографическими объективами необходимо обращаться бережно.

Аналогично действуют и лучи, рассеиваемые оправой объектива, диафрагмой, стенками фотоаппарата.

Типичные значения знаменателя максимального относительного отверстия объективов разных классов

• Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7: 0,7
• Leica Noctilux для дальномерной фотокамеры: 1,0
• Юпитер-3 для дальномерной фотокамеры (оптическая схема «зоннар»): 1,5
• Объективы с постоянным фокусным расстоянием для зеркальной камеры: 1,2 — 4
• Цифровая автофокусная мыльница: 2,8 — 5,0
• Вариообъектив среднего ценового диапазона для зеркальной камеры: 2,8 — 4
• Недорогой вариообъектив для зеркальной камеры: 3,5 — 5,6
• Автофокусная мыльница: 5,6
• Мыльница: 8 — 11

Литература

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъемка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.
• Тамицкий Э. Д., Горбатов В. А. Учебная книга по фотографии., М., «Лёгкая индустрия», 1976