Таким образом, если диаметр действующего отверстия одного объектива вдвое больше, чем другого, то при одинаковом фокусном расстоянии обоих объективов светосила первого больше, чем второго, не в 2 раза, а в 22, т. е. в 4 раза.
Это наглядно подтверждает рис. 13. На нем изображены два объектива, причем диаметр одного вдвое больше, чем другого. Нетрудно видеть, что квадрат диаметра первого объектива по площади в четыре раза больше, чем второго.
Рис. 13. Светосила объектива прямо пропорциональна квадрату диаметра его действующего отверстия
Теперь посмотрим, какова зависимость светосилы от величины фокусного расстояния. Из курса физики известно, что освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой поверхности. Источником света в фотоаппарате служит объектив, освещаемой поверхностью — фотопленка, а расстоянием — фокусное расстояние объектива. Отсюда, если фокусное расстояние одного объектива вдвое больше, чем другого, то при одинаковом диаметре действующих отверстий обоих объективов светосила первого меньше, чем второго, не в 2 раза, а в 22, т. е. в 4 раза.
Суммируя все сказанное, светосилу объектива можно выразить так:
Таким образом, относительное отверстие характеризует светосилу объектива, но численно ее не выражает. В обиходе очень часто путают эти понятия, называя относительное отверстие светосилой, но грамотный фотограф никогда так не скажет. Интересуясь светосилой объектива, он спросит: каково его относительное отверстие?
На современном уровне развития оптической техники фотообъективы с относительным отверстием 1:1 считаются сверхсветосильными. Такие объективы очень редки.
Объективы с относительным отверстием 1:2 - 1:1,5 считаются весьма светосильными. Достаточно светосильны объективы с относительным отверстием порядка 1:3,5 - 1:2,8. Светосила объективов с относительным отверстием 1:4,5 - 1:4 в настоящее время считается средней, а с относительным отверстием 1:5,6 и меньше — небольшой.
Однако не следует слишком переоценивать значение светосилы. Возможность фотографировать с короткими выдержками при неблагоприятных световых условиях зависит не только от светосилы; не в меньшей мере она зависит от светочувствительности фотоматериала, а светочувствительность современных фотопленок так высока, что вести съемку с короткими выдержками в большинстве случаев можно и при не очень большой светосиле объектива. И уж ни в коем случае не следует думать, что чем больше светосила объектива, тем выше резкость изображения, которое он дает. Резкость изображения не зависит от светосилы. Она зависит главным образом от конструкции объектива и точности его изготовления.
Таким образом, светосила объектива не так уж важна, как может показаться на первый взгляд, и стремление во что бы то ни стало приобрести фотоаппарат с очень светосильным объективом не всегда оправданно.
Посмотрите внутрь объектива, и вы увидите в нем устройство, состоящее из нескольких тонких лепестков дуговой формы, расположенных по кругу, — это диафрагма (рис. 14).
Рис. 14. Диафрагма
С помощью специального привода (движка или рифленого кольца, опоясывающего оправу объектива) эти лепестки можно свести к центру объектива и тем самым уменьшить его действующее отверстие. Но с уменьшением действующего отверстия уменьшается светосила объектива и увеличивается выдержка при съемке. К чему же такое устройство?
Если на заре фотографии, когда не было хороших объективов, пользовались диафрагмой, — это понятно: диафрагма позволяла улучшить резкость изображения на краях снимка. Но зачем она теперь, когда современные объективы и так, без всякой диафрагмы, дают отличное, вполне резкое изображение по всему полю кадра? Зачем диафрагмировать объектив, если это не дает ничего, кроме ненужного увеличения выдержки?
Диафрагма крайне необходима, и пользоваться ею приходится очень часто. И вот почему.
В подавляющем большинстве случаев нам приходится фотографировать объекты, расположенные не в одной плоскости, а имеющие какую-то протяженность в глубь пространства или состоящие из нескольких планов, расположенных на разном расстоянии от фотоаппарата.
Рассуждая теоретически, получить на одном снимке резкое изображение предметов, разно удаленных от фотоаппарата, невозможно, поскольку каждому расстоянию от предмета до объектива соответствует определенное расстояние от объектива до пленки, при котором изображение предмета получается резким. Практически же такая съемка не только возможна, но успешно осуществляется на каждом шагу. В чем же причина такого явления? И нет ли здесь какого-то противоречия между теорией и практикой?
Конечно, никакого противоречия нет. Секрет заключается в особенностях нашего зрения. Когда мы фотографируем одновременно несколько предметов, расположенных на разном расстоянии от объектива, то, конечно, не все они получаются на снимке одинаково резкими. Наиболее резким будет изображение того предмета, по которому произведена наводка на резкость. Изображение всех других предметов, расположенных ближе и дальше, теоретически получается нерезким, но нерезкость эта иногда бывает настолько незначительной, что человеческий глаз не в состоянии ее обнаружить. Понятно, что с увеличением расстояния между предметом, по которому произведена наводка на резкость, и предметами, расположенными ближе и дальше, нерезкость изображения последних постепенно возрастает и в конце концов становится заметной на глаз, но в известных пределах она совершенно незаметна, что и позволяет фотографировать с достаточной резкостью многоплановые объекты.
Свойство объектива практически резко изображать на одном снимке предметы, расположенные от него на разном расстоянии, называется глубиной резкости объектива, а расстояние между передней и задней границами резкости — глубиной резкоизображаемого пространства.
Рис. 15. Диафрагма позволяет увеличить глубину резко изображаемого пространства: 1 — снимок сделан с наводкой на чайник, 2 — на чашку, 3 — на сахарницу при уменьшенном отверстии диафрагмы
В разных случаях глубина резко изображаемого пространства получается разной и зависит от ряда условий, но во всех случаях она тем больше, чем меньше действующее отверстие объектива, т. е. отверстие диафрагмы. Таким образом, диафрагмируя объектив, можно увеличить глубину резко изображаемого пространства, и именно в этом заключается главное назначение диафрагмы.
На рис. 15 приведены три снимка одного и того же сюжета. Сфотографированы три предмета: чайник, сахарница и чашка, расположенные на столе на разном расстоянии от фотоаппарата. Первые два снимка сделаны при наибольшем отверстии диафрагмы, т. е. при полной светосиле объектива.
Первый снимок был сделан с наводкой на резкость на ближайший предмет. Два дальних предмета получились на снимке нерезко, причем нерезкость дальнего предмета сильнее, чем среднего. Это понятно: дальний предмет расположен дальше от плана наводки, чем средний.
На втором снимке наводка была сделана на дальний предмет. Нерезко получились два ближних. Не лучше обстояло дело, если бы мы произвели наводку на средний предмет, так как в этом случае нерезко получились бы дальний и ближний предметы.
Когда же наводка была сделана на средний предмет, но отверстие диафрагмы было уменьшено, удалось получить на снимке резкое изображение всех трех предметов (третий снимок). Таково действие диафрагмы. Чем же оно объясняется?
Как мы уже говорили в главе 1, изображение предмета, рисуемое объективом, состоит из мельчайших точек. Опытом установлено, что изображение это представляется нам резким, если диаметр каждой такой точки[6] не превышает 0,1 мм. Изображение каждой точки образуется конически сходящимся пучком лучей, падающих из объектива на поверхность пленки, и находится в точке пересечения этих лучей, т. е. в вершине светового конуса (рис. 16). При этом диаметр полученных точек обычно очень мал и иногда не превышает 0,01 мм. Поэтому, если поместить пленку строго точно в плоскости пересечения лучей, то изображение точки безусловно будет резким.
Рис. 16. Схема действия диафрагмы
Попробуем теперь сместить пленку, т. е. придвинуть ее к объективу или, наоборот, отнести ее немного дальше, как обозначено на рисунке пунктиром. Как в том, так и в другом случае пленка будет пересекать конус лучей и вместо точки на ней появится световой кружок. Теоретически изображение станет в этом случае нерезким, но если диаметр светового кружка не превышает 0,1 мм, то нам такое изображение будет казаться резким. Таким образом, практически без потери резкости расстояние между объективом и поверхностью пленки можно в каких-то пределах менять. А это значит, что если поместить пленку точно в плоскость пересечения лучей, идущих от плоскости наводки, то можно получить на пленке резкое изображение предметов, расположенных ближе и дальше плоскости наводки, конечно, в известных пределах. Расстояние, в пределах которого можно перемещать пленку, и характеризует глубину резкости. Последняя, очевидно, тем больше, чем больше это расстояние.
