Цифровое оборудование

Диафрагма

Для регулировки освещенности светочувствительного элемента используется диафрагма.

Диафрагма представляет собой отверстие переменного диаметра, ограниченное непрозрачными краями и расположенное внутри объектива.

Световые лучи от каждой точки объекта съемки проходят через всю поверхность линзы и фокусируются в соответствующей точке в плоскости изображения.  Соответственно, количество света, приходящего в каждую точку плоскости изображения будет определяться площадью поверхности линзы. Линза большего диаметра соберет больше света в каждой точке изображения, чем линза небольшого диаметра. В результате, освещенность каждой точки изображения будет пропорциональна площади поверхности линзы, а следовательно, квадрату ее диаметра. Если часть поверхности линзы закрыть непрозрачной маской, то площадь ее поверхности, собирающая свет для формирования изображения уменьшится. Следовательно, уменьшится и освещенности каждой точки изображения.

Но с другой стороны, по отношению к светочувствительному элементу линза является источником света. При этом известно, что освещенность поверхности меняется обратно пропорционально квадрату расстояния до источника света. В данном случае, роль расстояния до источника света играет фокусное расстояние. Следовательно, освещенность поверхности светочувствительного элемента обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния.

Поскольку освещенность поверхности светочувствительного элемента зависит не только от диаметра отверстия диафрагмы, но и фокусного расстояния, для получения одинаковой освещенности светочувствительного элемента при разных фокусных расстояниях объектива требуется разный диаметр отверстия диафрагмы. Поэтому для того, чтобы измерять меру пропускания света объективом в универсальных единицах используют диафрагменные числа. Диафрагменное число равно отношению фокусного расстояния к диаметру отверстия диафрагмы. И тогда, освещенность поверхности светочувствительного элемента обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа.

Диафрагменные числа образуют шкалу, на которой каждое следующее значение диафрагмы соответствует уменьшению освещенности в два раза. Сами диафрагменные числа при этом отличаются друг от друга в раз. В результате, общепринятая шкала диафрагменных чисел выглядит следующим образом:

Классической конструкцией диафрагмы является так называемая ирисовая диафрагма. Ирисовая диафрагма представляет собой набор из нескольких поворачивающихся непрозрачных лепестков специальной формы, закрепленных внутри объектива и перекрывающих световой поток. Лепестки диафрагмы закрепляются на кольце, имеющем выступающие штырьки. Штырьки расположены по всей окружности кольца и делят его на равные части по числу лепестков диафрагмы. Каждый штырек служит осью, вокруг которой лепесток может поворачиваться либо закрывая внутреннюю часть кольца, поворачиваясь к его центру, либо наоборот, отрывая центральную часть кольца, поворачиваясь к его окружности. Для синхронного поворота лепестков на равные углы служит второе, поворачивающееся кольцо, большего диаметра, чем первое. На нем имеются такие же выступающие штырьки, а в хвостовой части каждого лепестка направляющая прорезь. При повороте внешнего кольца относительно внутреннего, расстояние между штырьками внутреннего и внешнего кольца изменяется. Изменяется и направление отрезка прямой, соединяющего штырек внешнего кольца с соответствующим ему штырьком внутреннего кольца. Поскольку направление лепестков диафрагмы совпадает с направлением этих отрезков, они поворачиваются на соответствующий угол.

Форма края каждого лепестка, участвующего в формировании отверстия диафрагмы представляет собой подобие спирали с очень большим шагом. В результате, фрагменты этих краев от нескольких лепестков складываются в окружность такого радиуса, который примерно соответствует радиусу кривизны границы лепестка. Конструкторы объективов стараются придать отверстию диафрагмы форму, максимально соответствующую форме круга, поскольку от формы отверстия диафрагмы зависит форма кружка нерезкости на изображении, что в конечном итоге влияет на характер и качество всего изображения.

В большинстве современных объективов применяется так называемая «прыгающая диафрагма». Дело в том, что для того, чтобы на зеркальной камере осуществлять наводку на резкость, необходимо, чтобы изображение в видоискателе было достаточно ярким. При больших значениях диафрагмы это не так, и наводить на резкость может быть затруднительно. Для этого предусмотрен механизм, позволяющий держать диафрагму в максимально открытом положении, до момента нажатия на кнопку спуска. И только после этого, в объективе автоматически устанавливается диафрагма, соответствующая заранее установленному значению. После того, как снимок сделан, такая диафрагма опять возвращается к максимально открытому положению. Для того, чтобы через объектив оборудованный такой диафрагмой можно было визуально контролировать не только наводку на резкость, но и глубину резкости, существует кнопка контроля глубины резкости. При нажатии на эту кнопку диафрагма закрывается до предустановленного значения на время нажатия кнопки и возвращается к открытому положению после ее отпускания. Съемка при этом не производится.

В компактных цифровых фотоаппаратах, работающих в полностью автоматическом режиме и имеющих несменную оптику, конструкция диафрагмы может быть сильно упрощена и совмещена с механизмом затвора. Поскольку в таких аппаратах съемка производится полностью под управлением автоматики, и отсутствует возможность управления глубиной резкости посредством перебора пар значений выдержка-диафрагма, вполне достаточно иметь два возможных отверстия диафрагмы. При этом отпадает потребность в сложном механизме ирисовой диафрагмы, вполне достаточно иметь два отдельных лепестка с соответствующими отверстиями необходимой величины и, заметим, идеально круглой формы. Еще несколько лепестков образуют ламельный затвор, и эта несложная конструкция управляется электромагнитом имеющим три устойчивых положения. Соответственно весь этот механизм также имеет три возможных положения:

1. Отверстие полностью закрыто лепестками затвора;
2. Отверстие перекрыто лепестком затвора с малым отверстием диафрагмы;
3. Отверстие перекрыто лепестком затвора с большим отверстием диафрагмы.

Самые примитивные цифровые фотоаппараты могут вообще не иметь возможности изменения отверстия диафрагмы и какого-либо механизма для этого. Но эти фотоаппараты скорее относятся к разряду web-камер, чем к полноценным фотоаппаратам.

Возвращаясь к традиционной конструкции ирисовой диафрагмы, следует отметить, что наилучшее качество изображения обеспечивает объектив с установленными средними значениями диафрагмы. При максимальном отверстии диафрагмы могут проявляться не до конца скорректированные оптические искажения объектива, а при минимальном отверстии диафрагмы возрастает влияние дифракции.