Таинственная Светосила

Как Вы уже знаете, кроме фокусного расстояния, у объектива есть еще одно важное свойство – светосила. Понять физический смысл этого красивого и загадочного слова очень просто: если представить на миг, что свет – жидкий, а объектив – это труба, то пропускная способность этой трубы и есть светосила. Геометрическая светосила – это идеальная величина, равная отношению диаметра линзы к ее фокусному расстоянию. Реальная светосила всегда меньше геометрической, потому что линзы не идеально прозрачны. Чтобы свести к минимуму оптические искажения, в конструкции объектива используется несколько линз (иногда больше десяти). Свет, проходя через многочисленные оптические элементы, частично поглощается и отражается от наружных и внутренних поверхностей стекла. Основное достоинство светосильной оптики в том, что, пропуская много света, она позволяет фотографировать в условиях низкой освещенности.

Фотография идеально подходит в качестве иллюстрации марксистской концепции о единстве и борьбе противоположностей которую, как известно, теоретики диалектического материализма беззастенчиво позаимствовали у древнекитайских философов. Высокая светосила, например, дает возможность снимать в сумерках, но не безвозмездно, потому что светосильность накладывает определенные ограничения на физические размеры оптики. Например, если максимальное относительное отверстие – f/1.4, это значит, что при фокусном расстоянии в 50 мм диаметр передней линзы будет 50/1, 4 = 35, 7 мм. А если фокусное расстояние – 85 мм или вообще 200? На практике 300мм-объектив с максимальной светосилой f/2.8 имеет диаметр резьбы под фильтр 110 мм, и он настолько тяжел и громоздок, что без штатива им пользоваться довольно затруднительно. Но вес и размер – это еще не все. Чем выше светосила, тем сложнее бороться с оптическими искажениями (теми самыми аберрациями). Поэтому в светосильной оптике применяется стекло с примесями редкоземельных металлов и специальные многослойные просветляющие покрытия, что иногда приводит к невообразимой себестоимости производства.

Мы помним, что светосилу можно уменьшать, закрывая диафрагму и увеличивая ГРИП. Но и это еще не все. Очень важно понимать разницу между общей резкостью и четкостью (контурной резкостью) изображения. Детали изображения, находящиеся в зоне резкости, кажутся различимыми, но при этом контуры предметов могут быть слегка размытыми. По-настоящему четкими будут только те участки изображения, на которые был сфокусирован объектив. Если объектив хорошего качества, то при изменении значения диафрагмы контурная резкость в точке фокуса постоянна, а меняется только глубина резкости. Правда, даже у самых лучших объективов контурная резкость сохраняется до f/11. Более сильное диафрагмирование приводит к дальнейшему увеличению глубины резкости, но четкость изображения падает, потому что становятся заметными эффекты дифракции света на краю отверстия.

Уменьшение четкости при диафрагмировании не так заметно у специально оптимизированных объективов, предназначенных для макросъемки (фотографирования с масштабом 1: 1 и больше). Поскольку глубина резкости зависит от масштаба, при таком сильном увеличении создать необходимую зону резкости возможно только при значениях диафрагмы f/32 и больше. Макро-объективы прекрасно себя ведут на любых значениях диафрагмы, но они непригодны для портретной съемки, потому что из-за высокой разрешающей способности регистрируют каждый изъян на коже лица.

Открытая диафрагма
Contax Carl Zeiss Planar 80mm f/2 @ f/2
Contax 645/Kodak DCS ProBack 645c (1.5 кроп-фактор)

Передний план в резкости, в то время как размытие заднего плана позволяет сосредоточить внимание зрителя на главном действующем лице.

Закрытая диафрагма
Contax Carl Zeiss Planar 80mm f/2 @ f/8
Contax 645/Kodak DCS ProBack 645c (1.5 кроп-фактор)

На этом примере задний план настолько резок, что различимы надписи и рисунки на доске. Чтобы задний план не отвлекал, голова девушки выделена светом.

Пропускная способность объектива пропорциональна площади относительного отверстия (это вполне очевидный факт, который справедлив не только для оптических систем: чем толще труба, тем больше сквозь нее может пройти воды за единицу времени). Поскольку линза, как и труба, имеет круглое сечение, площадь рабочего отверстия P = пR2. То есть, пропускная способность изменяется в два раза при изменении диаметра на корень из двух, то есть, примерно на 1, 4. Следовательно, при уменьшении выдержки вдвое экспозиция останется неизменной, если диафрагму увеличить в 1, 4 раза, удвоив, таким образом, пропускную способность.

Посмотрите на шкалу диафрагмы на оправе объектива. Нетрудно заметить, что числа на ней – это геометрическая прогрессия с фактором 1, 4:

1 1, 4 2 2, 8 4 5, 6 8 11 16 22 32 (для простоты f/х записывается как х)

Поскольку свет обладает кумулятивными свойствами, при увеличении пропускной способности вдвое (то есть, при уменьшении значения диафрагмы в 1, 4 раза), в два раза меньше времени требуется на попадание того же количества света на фотоматериал. Эта закономерность является общей, то есть, она справедлива для любого объектива и фотоаппарата.