Относительное отверстие

Геометрическое относительное отверстие ${\displaystyle N}$ выражают в виде дроби[2]:

${\displaystyle N={D \over f'}}$,

где ${\displaystyle D}$ обозначает диаметр входного зрачка, а ${\displaystyle f'}$ — заднее фокусное расстояние. Относительное отверстие принято обозначать соотношением двух чисел, написанных через двоеточие. При этом первое число всегда принимается за единицу, например 1:5,6. В современной литературе более широкое распространение получило обозначение относительного отверстия в виде дроби с числителем f, например f/5,6. Для зеркально-линзовых объективов площадь входного зрачка рассчитывается по более сложному закону, поскольку его центральная часть экранирована[1]. В этом случае диафрагма может иметь форму не круга, а кольца, и для нахождения диаметра входного зрачка необходимо реальный входной зрачок (кольцо) заменить при расчёте кругом эквивалентной площади. Диаметр найденного круга и будет являться искомым диаметром входного зрачка для применения в дальнейших расчётах.

Квадрат относительного отверстия называется светосилой и определяет соотношение яркости объекта и освещённости его изображения в фокальной плоскости[1]. Эффективное относительное отверстие вычисляется с учётом коэффициента светопропускания ${\displaystyle \tau }$ оптической системы, учитывающего общую толщину стекла и количество границ воздух/стекло. Коэффициент, снижающий прозрачность объектива, определяется по формуле:

${\displaystyle \tau =(1-P)^{n}\cdot (1-\alpha )^{m}}$,

где ${\displaystyle P}$ — доля света, теряемая при отражении одной поверхностью раздела сред;

${\displaystyle n}$ — число поверхностей раздела воздух/стекло;

${\displaystyle \alpha }$ — удельное поглощение света в 1 сантиметре стекла;

${\displaystyle m}$ — суммарная толщина линз объектива в сантиметрах.

Для объективов без просветления ${\displaystyle \tau }$ не превышает 0,65. Объективы с просветлением теряют не более 10% света при его прохождении и рассеянии.

Приведённые способы расчёта геометрического и эффективного относительного отверстия справедливы только при фокусировке объектива на «бесконечность». Для конечных дистанций знаменатель дроби увеличивается из-за выдвижения объектива, приводя к уменьшению относительного отверстия. Эффект особенно заметен при макросъёмке, когда сопряжённое фокусное расстояние может превосходить расчётное в два и более раз. В этом случае пренебрегать изменением относительного отверстия недопустимо и требуются поправки при расчёте экспозиции[3].

Шкала диафрагмы объектива (нижняя), размеченная в диафрагменных числах. Положение кольца соответствует относительному отверстию f/8

Если принять диаметр входного зрачка равным единице, геометрическое относительное отверстие может быть выражено следующим образом[4]:

${\displaystyle N={D \over f'}={1 \over k}}$.

В этом случае знаменатель относительного отверстия ${\displaystyle k}$ называют диафрагменное число или «число диафрагмы». Диафрагменное число вычисляется как отношение фокусного расстояния объектива к диаметру его входного зрачка и обозначается цифрой. Диафрагменное число является величиной, обратной относительному отверстию[5][6].

${\displaystyle k={f' \over D}={1 \over N}}$.

Этот параметр наиболее удобен для разметки шкал диафрагмы, поскольку не содержит дробей[7]. Регулировочная шкала ирисовой диафрагмы киносъёмочных объективов и фотообъективов старых типов (без автофокуса) градуируется в диафрагменных числах эффективного относительного отверстия, учитывающих потери света при его прохождении через стекло.

Каждое деление такой шкалы соответствует изменению светосилы в два раза, а относительного отверстия — в ${\displaystyle {\sqrt {2}}\approx 1,41}$ раз[7][2]. Исключение могут составлять самые малые значения диафрагменного числа, соответствующие оптическим возможностям объектива и не укладывающиеся в стандартный ряд[8]. Такое строение шкалы диафрагменных чисел используется с 1950-х годов, когда появилось понятие экспозиционного числа, и позволяет при повороте кольца на одно деление менять экспозицию точно на одну экспозиционную ступень.

На современных фотообъективах такая шкала (как и кольцо регулировки диафрагмы) отсутствует, и установка диафрагмы производится дистанционно органами управления фотоаппарата. Шкала диафрагменных чисел современных цифровых фотоаппаратов имеет промежуточные значения, соответствующие 1/3 экспозиционной ступени:

При автоматическом управлении экспозицией относительное отверстие регулируется бесступенчато, поэтому диафрагменное число может принимать любые дробные значения.

• Светосила
• Диафрагма объектива
• Аббе, Эрнст
• Апертура (оптика)

• Гордийчук, И. Б. Справочник кинооператора / И. Б. Гордийчук, В. Г. Пелль. — М. : Искусство, 1979. — 440 с. — 30 000 экз.

• Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 228. — 447 с. — 100 000 экз.

• Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин. Краткий справочник фотолюбителя / Н. Н. Жердецкая. — М.: «Искусство», 1985. — С. 179—184. — 367 с. — 100 000 экз.

• Фомин А. В. § 4. Фотографические объективы // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 124—130. — 256 с. — 50 000 экз.

• Хокинс Э., Эйвон Д. Фотография: Техника и искусство / А. В. Шеклеин. — М.: «Мир», 1986. — С. 45—55. — 280 с. — 50 000 экз.