Diafragmă (optică)

O diafragmă este un element mecanic interpus pe calea luminii într-un instrument optic , condiționează cantitatea de lumină transmisă, precum și deschiderea sistemului.

Distingem diafragmele de câmp care limitează porțiunea obiectului care va fi imaginat de sistemul optic de diafragmele cu diafragmă care limitează unghiul razelor care trec prin sistem. Poate lua mai multe forme în funcție de aplicațiile pentru care este destinat, inclusiv sub forma unei diafragme de iris; orice element al sistemului poate constitui o membrană în sine: marginea obiectivului, cadrul, distanțierul, partea dedicată, senzorul, folia etc.

Istorie

Diafragme unice

Pe cele mai simple sau mai vechi dispozitive, diafragma este o gaură simplă pe un perete interpus pe calea luminii. Acesta este cazul în camera obscura , în Minox B și în camerele de unică folosință. În experimentele optice, rareori este necesară variația continuă a diafragmei, motiv pentru care este suficient un număr mic de diafragme simple (găuri găsite în plăci metalice).

Mai complex, mai multe găuri plasate pe un element mobil permit o ajustare succintă între presetările stabilite în mod arbitrar. Acest proces este utilizat pe scară largă pentru manipulări interferometrice ( Michelson ) sau pentru studierea aberațiilor optice ale unui sistem ( metoda punctului luminos ).

Diafragme de iris

Alte sisteme optice care necesită o compacitate mai mare sau un număr foarte mare de deschideri diferite utilizează diafragma irisului, care permite reglarea continuă între deschiderea completă și închiderea maximă.

O diafragmă a irisului constă dintr-un set de lamele metalice, a căror margine descrie un poligon regulat. În fotografie, majoritatea diafragmelor au 5 până la 9 lame. Deschiderea sau închiderea diafragmei irisului este controlată de urechile plasate pe inelul diafragmei. Acest proces mecanic permite deschiderea sau închiderea diafragmei numai cu un element de control plasat pe marginea diafragmei irisului. Această proprietate justifică și utilizarea sa preferată în optica fotografică și în orice sistem optic închis.

Numărul și forma lamelor care formează irisul sunt variabile, cu cât numărul acestora este mai mare, cu atât deschiderea va fi mai circulară. Forma acestei deschideri va da forma petelor fundalului neclară sau bokeh .

Principiul de funcționare optic

Diafragma unui sistem optic poate avea două roluri principale:

Diafragma de câmp

Diafragma de câmp definește aria spațiului model care va fi imaginat de sistemul optic. În funcție de diafragma de câmp, există două tipuri de configurații optice:

Diafragma diafragmei

Diafragma diafragmei este elementul mecanic care impune unghiul maxim al razelor de lumină în raport cu axa optică. Această diafragmă poate fi marginea unui obiectiv, detectorul sau o diafragmă aleasă pentru a limita deschiderea, cum ar fi o diafragmă iris. Într-un obiectiv fotografic, acesta este de obicei plasat între două lentile.

Diafragma are o mare importanță în fotografie: permite modificarea diafragmei numerice a sistemului utilizat pentru a controla adâncimea câmpului , luminozitatea și claritatea imaginii.

Influența asupra adâncimii câmpului

Adâncimea câmpului este direct legată de diafragma diafragmei prin:

unde N denotă deschiderea diafragmei, c cercul confuziei, D distanța față de subiect și f distanța focală.

Influența asupra cantității de lumină transmisă

Diafragma limitează cantitatea de lumină transmisă printr-un sistem optic. În practică (chiar și pentru diafragmele irisului) putem asimila diafragma unui disc.

Notând jumătatea unghiului din partea superioară a conului de deschidere și luminozitatea, obținem iluminarea pe planul imaginii  :

Influența asupra aberațiilor

Limitând unghiul dintre razele de lumină optice ale marginii pupilei , diafragma influențează aberațiile optice ale sistemului.

Rolul diafragmei este dublu pentru designul optic:

  • poziția sa face posibilă reducerea sau anularea anumitor aberații, dacă este bine aleasă ( coma de exemplu).
  • dimensiunea sa face posibilă reducerea aberațiilor, al căror termen crește brusc odată cu unghiul ( aberație sferică , astigmatism ).

Impactul dimensiunii diafragmei în designul optic explică de ce este folosit în fotografie pentru a alege în special claritatea imaginii.

Influența asupra vignetării

Vignetarea se referă la întunecarea periferiei unei imagini. Acest lucru provine din faptul că orice punct al detectorului nu vede același câmp datorită dimensiunilor lentilelor succesive. Vinetarea este amplificată la o deschidere mare, deoarece razele cu cel mai mare unghi sunt tăiate înainte de a ajunge la detector.

Aplicații

  • În interferometrie, diafragma face posibilă alegerea configurației sursei de lumină: sursă coerentă spațial fină sau sursă extinsă
  • În imagistică, diafragma permite filtrarea frecvenței (filtrarea frecvențelor înalte, de exemplu dacă diafragma este plasată în planul Fourier)
  • În microscopie, diafragma este un element fundamental al iluminatului Köhler, care permite în special controlul cantității și calității iluminatului.
  • Într-un obiectiv fotografic , importanța diafragmei sale este între două limite precise: larg deschisă, lumina abundentă, dar aberațiile cromatice și sfericitatea vor fi mai prezente, în caz contrar, diafragma scăzută, aceste defecte vor fi atenuate, dar claritatea este afectată și apar fenomene de difracție .
  • În radiologie, tuburile cu raze X sunt echipate cu o diafragmă formată din lamele de plumb, făcând posibilă limitarea suprafeței câmpului de iradiere. Această limitare face posibilă evitarea iradierii țesuturilor pacientului care nu sunt vizate de examinare, reducerea radiației împrăștiate și îmbunătățirea calității imaginii pentru instalațiile echipate cu detectoare digitale.

Sincronizarea cu corpul camerei

Controlul diafragmei înainte de fotografiere

Cu o cameră reflexă, obiectivul trece prin obiectiv și, prin urmare, prin diafragmă. Dacă diafragma este puternic închisă pentru a crește adâncimea câmpului , imaginea devine întunecată și vizează dificil. Primele SLR-uri, cum ar fi Alsaflex, au o „  preselecție  ” pentru a lăsa obiectivul larg deschis până la eliberare. Dar, dintr-o dată, nu mai este posibil să judecăm adâncimea câmpului cu ochiul. Camerele expert sunt, prin urmare, prevăzute cu o comandă (pârghie, buton etc.) care permite închiderea manuală a diafragmei la valoarea de fotografiere, dacă este necesar. Scopul se întunecă atunci, ceea ce este normal, iar claritatea percepută în vizor oferă o idee despre ceea ce va fi găsit în fotografie.

Este foarte ușor pentru lentilele vechi să acționeze asupra manetei de preselecție a diafragmei și să vadă că unele lentile ieftine au lame foarte reflectorizante, ceea ce nu este cazul lentilelor de bună calitate și mult mai scumpe.

Trecerea la contorul de lumină al cutiei

La dispozitivele automate sau semiautomate, diafragma este înclinată pe contorul de lumină .

Această sincronizare mecanică îndelungată este astăzi în principal electromecanică. Diafragma este cuplată la un motor electromecanic care roteste lamele. Pentru SLR-urile digitale, acesta este aproape întotdeauna cazul; pentru camerele digitale și compactele, aceasta este norma.

În modul Prioritate declanșator (S) , utilizatorul alege să seteze viteza de expunere, computerul determină valoarea diafragmei diafragmei pentru a obține iluminarea necesară în funcție de iluminarea măsurată prin obiectiv ( măsurare TTL ) sau de un senzor specific .

În modul Prioritate diafragmă (A) , utilizatorul alege să seteze diafragma, computerul va determina timpul de expunere pentru a obține iluminarea necesară.

În modul automat (P) , computerul determină un timp de expunere / pereche de deschidere în funcție de caracteristicile determinate de producător.

Această servoare permite, de asemenea, tehnica de bracketing , în care mai multe fotografii ale aceluiași subiect sunt realizate rapid, modificând valorile diafragmei în jurul unei valori centrale, în general mai mult sau mai puțin o valoare a diafragmei.

Limitele automatismelor

Pentru fotografiile cinematografice sau video, automatizarea valorii diafragmei pune două probleme caracteristice, cea a variației expunerii și cea a variației adâncimii câmpului în timpul aceleiași fotografii. Valoarea diafragmei se adaptează continuu la mișcarea camerei sau a subiectelor, în funcție de iluminarea percepută de obiectiv. Este fenomenul de pompare , care este deosebit de supărător, deoarece spre deosebire de adaptarea irisului ochiului, aceste variații nu sunt compensate de creier și devin perfect perceptibile.

Vezi și tu

Note și referințe

  1. Tamer Bécherrawy , Optică geometrică: cursuri și exerciții corectate , Bruxelles, De Boeck,ianuarie 2006, 402  p. ( ISBN  2-8041-4912-9 , citit online ) , p.  322-324
  2. Manual complet complet pentru fotografie pe Google Books
  3. Optical MP-PC-PSI-PT pe Google Books
  4. Fotografie digitală în stomatologie pe Google Books
  5. Lumina: experiențe, practică și know-how pe Google Cărți
  6. Optică geometrică: Memento pe Google Books
  7. [1] , curs de radiometrie la Institut d'Optique Graduate School, 2013-2014
  8. Optică - a 2 -a  ediție pe Google Cărți
  9. Stăpâniți expoziția de fotografie: tehnici, know-how și sfaturi pe Google Books
  10. Sidney F Ray, Sidney F Ray, Applied Photographic Optics , p.215-223
  11. Radiometrie. Fotometrie pe Google Cărți
  12. Optică în instrumente: informații generale pe Google Cărți
  13. Elemente de design optic pe Google Cărți
  14. Elemente de design optic pe Google Cărți
  15. Estimarea geometrică și potrivirea în modelarea automată pe Google Books
  16. Optică fizică: propagarea luminii pe Google Books
  17. De la optica electromagnetică la interferometrie: concepte și ilustrații pe Google Books
  18. Microscopie optică pe Google Books