Светосила

Светоси́ла объекти́ва — величина освещённости оптических изображений в (фокаьных) плоскостях различных оптических устройств.

Любой световой поток сквозь кольцо, которое ограничивает источник света, определяет мощность светового излучения этого потока и его называют полным световым потоком источника света. Его величина не может быть увеличена никакими оптическими устройствами. Световой поток сквозь оптическую систему (объектив) может только уменьшить свою мощность.

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.

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 контрастности 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 50mm/f0.7: 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: 1,4 — 2,8
• Цифровая автофокусная мыльница: 2,8 — 5,0
• Недорогой вариообъектив (зум) для зеркальной камеры: 3,5 — 5,6
• Автофокусная мыльница: 5,6
• Мыльница: 8 — 11

См. также

• Освещённость
• Контрастность

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