Как определить светосилу объектива: Светосила объектива — Уроки фотографии

— Определите эффективный размер диафрагмы по диафрагме / размеру сенсора / фокусному расстоянию / размеру CoC

Размер апертуры объектива — это фактический диаметр диафрагмы. Эффективная диафрагма, вероятно, больше, потому что вероятностно-собирающие линзы предшествуют диафрагме. Такая конструкция приводит к тому, что диаметр отверстия кажется больше жизни. Эффективная диафрагма рассчитывается путем деления фактического фокусного расстояния объектива на эффективный диаметр диафрагмы.

Вы можете самостоятельно измерить эффективную диафрагму, поместив кальку перед объективом. Затем установите диафрагму объектива на любое желаемое значение числа f. Теперь направьте фонарик в объектив сзади. Вы увидите спроецированный на кальку освещенный круг. Измерьте диаметр этого круга, и вы вычислили неточное измерение эффективной апертуры. Этого значения будет достаточно для большинства приложений.

Мы делим фактическое фокусное расстояние на эффективную диафрагму для вычисления числа f.Число f действительно только для центра проецируемого изображения на пленке или цифровом датчике. Если вы исследуете пятно на проецируемом изображении, которое находится не по центру, оно станет более тусклым. Это потому что; круглая апертура отображается как круг только на оси. Точки вне оси видны пленкой / датчиком, как если бы апертура имела эллиптическую форму. Форма эллипса имеет меньшую площадь поверхности, чем круг, поэтому результирующее проецируемое изображение с этой точки обзора будет более тусклым.

Кроме того, фактическое фокусное расстояние действительно только тогда, когда камера снимает объект на бесконечности ∞.Объекты ближе, чем ∞, попадают в фокус дальше от объектива. При работе крупным планом рабочее фокусное расстояние увеличивается. Число f, вычисленное с использованием опубликованного фокусного расстояния, будет недействительным. Этот факт, известный как «фактор сильфона», становится важным при работе с крупным планом и макросъемке, если нужно избегать недодержки.

Настоящий макрообъектив имеет встроенные средства защиты от недоэкспонирования при работе с близкого расстояния.

Почему мои настройки диафрагмы меняются при увеличении объектива цифрового зеркального фотоаппарата?

Фокусное отношение объектива (иногда называемое значением диафрагмы или Av, но чаще как фокусное отношение или диафрагма и записываемое с использованием сокращенного f / __) на самом деле является фокусным расстоянием объектива. линза делится на диаметр светлой диафрагмы.

Другими словами, если объектив имел физическое отверстие диафрагмы диаметром 25 мм и фокусное расстояние 100 мм, то фокусное расстояние было бы f / 4, потому что 100 ÷ 25 = 4. Если вы увеличите фокусное расстояние до 200 мм, но не меняйте физический размер диафрагмы, тогда он станет 200 ÷ 4 = 8 … теперь это f / 8. В этом примере единственное, что вы намеренно изменили, — это фокусное расстояние, но соотношение фокусных расстояний изменяется как побочный эффект математики.

В некоторых объективах используется оптика, способная поддерживать фокусное соотношение даже при настройке фокусного расстояния (а это, как правило, более дорогие объективы.)

Зная, что фокусное отношение — это фокусное расстояние, деленное на диаметр чистой апертуры, это также означает, что «длинные» линзы с «низкими» фокусными отношениями, вероятно, будут очень тяжелыми, потому что низкое фокусное отношение требует большого физического диаметра (по сравнению с фокусное расстояние объектива). Это означает, что каждый стеклянный элемент внутри объектива имеет гораздо больший диаметр … что также означает, что они толще, а это значит, что они тяжелее.

Вы можете задаться вопросом, почему используются фокусные соотношения вместо того, чтобы просто указывать физический диаметр апертуры.Оказывается, что для определения количества света, попадающего на датчик, важно соотношение. например Если у объектива диаметр апертуры 25 мм, вы действительно не знаете, сколько света будет доставлено на датчик, если вы также не знаете фокусное расстояние.

Я использую мысленный эксперимент с туннелем на склоне горы. Если диаметр туннеля составляет 20 футов, и вы стоите у входа в туннель, он будет довольно ярким, потому что свет под разными углами может достигать вас, пока вы находитесь у входа в туннель.По мере того, как вы углубляетесь в туннель, угол света, необходимый для проникновения вглубь туннеля, становится все более и более узким, и следствием этого является то, что чем дальше вы идете, тем темнее и темнее становится свет. Фокусные отношения работают так.

Это означает, что когда вы используете экспонометр для снятия показаний измерителя, вам не нужно сообщать измерителю что-либо о фокусном расстоянии вашего объектива … он может рекомендовать настройки экспозиции на основе фокусного отношения независимо от фактического фокусного расстояния.

Еще одна вещь, на которую стоит обратить внимание.2. Если вы увеличите радиус на 1,4 (или √2, если быть точным), то вы точно удвоите площадь этого круга.

Вот созданная мной таблица, показывающая степени квадратного корня из 2 … от 0 до 9. Обратите внимание, что слева изменяется только степень, а справа вы получаете список целых f-ступеней. Каждая целая диафрагма уменьшает количество света ровно наполовину. f / 1,4 позволяет вдвое меньше света проходить через объектив по сравнению с f / 1,0. f / 2 вдвое меньше света по сравнению с f / 1.4 … и так далее.

Производители фотоаппаратов округляют значения, используемые в фотографии, потому что использование точных (не округленных) значений не приведет к заметному изменению экспозиции (то есть сотые доли диафрагмы не будут заметны) и упрощает запоминание значений.

Как узнать, какую диафрагму использовать • PhotoTraces

Каждый начинающий фотограф знает, что диафрагма объектива определяет количество света, попадающего в камеру. Чем больше диафрагма, тем больше света попадает на матрицу камеры.

Однако у диафрагмы есть вторая функция, равная или даже более важная. Выбор диафрагмы определит, как будет выглядеть наше изображение с точки зрения резкости.

Цель этой статьи — помочь вам понять, когда использовать большую, а когда маленькую диафрагму, независимо от условий освещения.

Диафрагма и глубина резкости

Как я уже сказал, размер апертуры определяет количество света, попадающего в камеру.Но, помимо света, диафрагма напрямую влияет на глубину резкости ваших изображений.

Под глубиной резкости (часто сокращенно DOF) мы понимаем область приемлемой резкости на фотографии. Когда глубина резкости мала, только небольшая часть нашего изображения кажется резкой. В большом размере наша фотография может выглядеть резкой от переднего плана к фону.

Важно: чем больше вы открываете диафрагму, тем меньше глубина резкости и наоборот: чем больше вы ее закрываете, тем больше она становится.

Малая или большая глубина резкости — какая мне нужна?

Выбор глубины резкости зависит от типа фотографии, которую вы хотите сделать.

Если вы хотите снимать пейзажи, вам нужны резкие изображения во всем. Следовательно, вам нужно создать большую глубину резкости, используя маленькую диафрагму, начиная с f / 8.

См. Также : Портрет и пейзаж: 5 основных отличий

Если, однако, вы хотите снимать портреты с размытым фоном, вам нужно широко открыть диафрагму (желательно выбрать f / 2.8 или выше), чтобы получить небольшую глубину резкости.

Создание большой или малой глубины резкости с помощью диафрагмы

Теперь, когда мы понимаем, как выбор диафрагмы влияет на глубину резкости, давайте посмотрим, как это работает в пейзажной и портретной фотографии.

Портретная съемка

При портретной съемке необходимо визуально отделить объект от окружающего пространства. В идеале у вас должен быть резкий объект, выделяющийся на размытом фоне.

Вот как этого добиться:

a) Используйте режим приоритета диафрагмы

Этот режим позволяет вам выбирать диафрагму, не задумываясь о выдержке. Для меня это самый удобный способ фотографировать, особенно когда вас больше всего волнует глубина резкости.

б) Выберите максимально широкую диафрагму

Выберите максимально широкую диафрагму, поддерживаемую вашим объективом. Хороший светосильный объектив позволяет открывать диафрагму до f / 1.4, но f / 2.8 тоже отлично работает.

c) Используйте большее фокусное расстояние

По возможности используйте объектив с фокусным расстоянием более 50 мм. Объектив 85 мм идеально подходит для портретов. Если у вас есть зум-объектив, убедитесь, что вы снимаете с максимально возможным фокусным расстоянием.

См. Также : Как сгладить кожу в Lightroom

г) Подойдите ближе к объекту

Чем ближе вы находитесь к объекту, тем меньше будет глубина резкости.

Съемка пейзажей

При съемке пейзажей вам нужна очень большая глубина резкости.Ваша цель — фотография, на которой все кажется резким — от цветов на переднем плане фотографии до гор, которые видны позади.

Вот как это сделать:

a) Используйте режим приоритета диафрагмы

Опять же, здесь вы в основном будете работать с диафрагмой, поэтому выберите этот режим и не беспокойтесь о выдержке. Скорее всего, вы все равно снимаете со штатива.

b) Выберите диафрагму от f / 8 до f / 13

Диафрагма в диапазоне от f / 8 до f / 13 может обеспечить резкость во всем кадре.

Вы можете использовать даже меньшую диафрагму, но, как правило, оптическое качество вашего объектива лучше всего в середине поддерживаемого диапазона диафрагмы.

Пожалуйста, ознакомьтесь с моим руководством, чтобы понять, какие настройки диафрагмы (диафрагмы) лучше всего использовать при съемке пейзажей: Диафрагма для пейзажной фотографии

c) Используйте малое фокусное расстояние

Чем меньше фокусное расстояние вашего объектива, тем большей глубины резкости вы можете достичь. Здесь вы вряд ли ошибетесь, поскольку линзы с малым фокусным расстоянием также являются широкоугольными.И если вы снимаете пейзажи, у вас обязательно есть один из них.

г) Сфокусируйтесь на одну треть в рамку

Если вы сфокусируетесь на одной трети кадра, вы можете получить снимок с максимальной резкостью от переднего плана к фону.

Эта третья точка фокусировки известна как «гиперфокальное расстояние», и вы можете найти точную точку для своего объектива с помощью онлайн-калькуляторов.

Тема стала менее запутанной?

Эта статья помогла вам понять, как правильно выбрать диафрагму? Или у вас остались вопросы? Позвольте мне знать в комментариях ниже.

Статьи, относящиеся к теме «Как узнать, какую диафрагму использовать»

Ultimate Guide to Aperture + Free Aperture Video Series

При съемке студийного стробоскопа я обычно устанавливаю низкое значение ISO около 100-400, а затем оставляю его на одном конкретном значении.

AKA установил и забыл.

После того, как вы установили начальную точку ISO на камере или экспонометре вне камеры, мы обычно обозначаем мощность строба «диафрагмой», полностью исключая выдержку из разговора.

Почему?

Рад, что вы спросили.

Как мы только что узнали из видео выше, выдержка не влияет на экспозицию при использовании вспышек, только диафрагма и ISO. И помните, для ISO я его установил и забыл.

Storytime! Когда я впервые снимал со вспышкой, мое изображение получилось слишком ярким…

Итак, я сделал то, что сделал бы любой здравомыслящий фотограф, и немного отрегулировал выдержку в ручном режиме. Практически в любой другой ситуации это позволило бы скорректировать экспозицию…

Но, к моему полному удивлению и разочарованию, фотография выглядела точно так же! Несмотря на то, что я отрегулировал выдержку, фотография все равно была слишком яркой и переэкспонированной на лице моего объекта!

Что с этим?

После множества проб и ошибок, разговоров с друзьями и поисков души (JK 😂) я понял, что выдержка влияет ТОЛЬКО на доступный или естественный свет, но не на свет от стробоскопа.

Это означает, что выдержка только поможет отрегулировать яркость фона (например, гор), на которую не падает свет от стробоскопа. Например, независимо от того, насколько она мощная, ваша вспышка не осветит горы вдалеке.

Когда вы снимаете со вспышкой на объект, вы имеете дело со вспышкой света, эквивалентной примерно 1/4000 секунды, поэтому скорость затвора практически не влияет на вспышку — если только вы не увеличьте выдержку, и тогда на изображении появятся черные полосы из-за проблем с синхронизацией затвора.

Мощность строба измеряется в основном по диафрагме. При использовании стробоскопа вы можете в значительной степени контролировать только экспозицию, устанавливая диафрагму.

Итог: диафрагма — это то, что напрямую влияет на экспозицию при использовании вспышки, так что имейте это в виду!

Это также то, как вы управляете глубиной резкости при световой фотографии.

Вот несколько фотографий, которые я сделал с помощью вспышки во время настройки диафрагмы, чтобы получить правильный вид, который я задумал.

Bigshot: Learn — Imaging Lens

Свойства линзы

Диафрагма : Общая светопринимающая площадь линзы называется ее апертурой [1].Чем больше диафрагма, тем большее количество света получает объектив из каждой точки сцены и, следовательно, тем ярче изображение. Размер диафрагмы (отверстия) можно регулировать с помощью регулируемой вручную диафрагмы или диафрагмы или , которая размещается рядом с линзой. Это позволяет нам увеличить размер диафрагмы при фотографировании темных объектов и уменьшить диафрагму при фотографировании очень ярких объектов. Таким образом, радужная оболочка объектива камеры служит той же цели, что и радужная оболочка человеческого глаза.Используйте кнопки на рисунке 10, чтобы увидеть, как работает диафрагма объектива.

Фокусное расстояние : На рисунке 11 показана простая выпуклая линза. Каждая из двух поверхностей линзы является частью сферы радиуса R. Пунктирная линия, соединяющая центры этих сфер, называется оптической осью . Линза собирает падающие световые лучи, параллельные оптической оси, в одну точку на оптической оси, называемую фокусной точкой .Расстояние между фокусной точкой и центром объектива называется фокусным расстоянием (f) [2] объектива. Это мера фокусирующей способности линзы, которая связана с радиусом кривизны (R) и показателем преломления (n) линзы следующим образом [3]:

Более толстые линзы с меньшим радиусом кривизны R имеют меньшее фокусное расстояние, а более тонкие линзы с большим радиусом кривизны R имеют большее фокусное расстояние. Фокусное расстояние — важнейшее свойство объектива, оно определяет, где именно формируется изображение.

Список литературы

Анатомия микроскопа — числовая апертура и разрешение

Числовая апертура объектива микроскопа является мерой его способности собирать свет и разрешать мелкие детали образца на фиксированном расстоянии до объекта. Световые волны, формирующие изображение, проходят через образец и входят в объектив в виде перевернутого конуса, как показано на рисунке 1.Продольный срез этого светового конуса показывает угловую апертуру, значение которой определяется фокусным расстоянием объектива.

Угол µ составляет половину угловой апертуры ( A ) и связан с числовой апертурой следующим уравнением :

Числовая апертура ( NA ) = n (sin µ )

, где n — показатель преломления среды формирования изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом образца, значение в диапазоне от 1.От 00 для воздуха до 1,51 для специализированных иммерсионных масел. Многие авторы заменяют переменную α на µ в уравнении числовой апертуры. Из этого уравнения очевидно, что, когда формирующая среда представляет собой воздух (с показателем преломления n = 1,0), числовая апертура зависит только от угла µ , максимальное значение которого составляет 90 °. Таким образом, sin угла µ имеет максимальное значение 1,0 (sin (90 °) = 1), что является теоретической максимальной числовой апертурой объектива, работающего с воздухом в качестве среды изображения (при использовании «сухого» микроскопа цели).

Числовая апертура

Изучите, как размер и угловая апертура световых конусов объектива изменяются с числовой апертурой.

На практике, однако, трудно достичь числовой апертуры выше 0,95 с сухими объективами. На рисунке 2 показан ряд световых конусов, полученных от объективов с различным фокусным расстоянием и числовой апертурой. По мере изменения световых конусов угол µ увеличивается с 7 ° на рис. 2 (а) до 60 ° на рис. 2 (с), в результате чего числовая апертура увеличивается с 0.От 12 до 0,87, приближаясь к пределу, когда воздух является средой изображения.

Изучая уравнение числовой апертуры, становится очевидным, что показатель преломления является ограничивающим фактором при достижении числовой апертуры больше 1.0. Следовательно, чтобы получить более высокие рабочие числовые апертуры, показатель преломления среды между передней линзой объектива и образцом должен быть увеличен. Теперь доступны объективы микроскопов, которые позволяют получать изображения в альтернативных средах, таких как вода (показатель преломления = 1.33), глицерин (показатель преломления = 1,47) и иммерсионное масло (показатель преломления = 1,51). С этими объективами следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить нежелательные артефакты, которые могут возникнуть, когда объектив используется с другой иммерсионной средой, чем он был разработан. Мы предлагаем, чтобы микроскописты никогда не использовали объективы, предназначенные для масляной иммерсии с глицерином или водой, хотя недавно были представлены несколько новых объективов, которые будут работать с несколькими средами. Если есть сомнения, обратитесь к производителю.

Большинство объективов с диапазоном увеличения от 60 до 100 крат (и выше) предназначены для использования с иммерсионным маслом. Изучая приведенное выше уравнение числовой апертуры, мы обнаруживаем, что наибольшая теоретическая числовая апертура, достижимая с иммерсионным маслом, составляет 1,51 (когда sin ( µ ) = 1). На практике, однако, большинство масляных иммерсионных объективов имеют максимальную числовую апертуру 1,4, а наиболее распространенные числовые апертуры находятся в диапазоне от 1,0 до 1,35.

Посетителям предлагается изучить изменения числовой апертуры с изменениями в µ , используя наш интерактивный учебник на Java , в котором исследуется, как числовая апертура и увеличение связаны с угловой апертурой объектива.

Числовая апертура объектива также в определенной степени зависит от величины коррекции оптической аберрации. Объективы с высокой коррекцией обычно имеют гораздо большую числовую апертуру для соответствующего увеличения, как показано в таблице 1 ниже. Если мы возьмем серию типичных объективов с 10-кратным увеличением в качестве примера, мы увидим, что для плановых объективов с коррекцией плоского поля увеличение числовой апертуры соответствует коррекции хроматической и сферической аберрации : планахромат, N.А. = 0,25; план-флюорит, N.A. = 0,30; и план-апохромат, N.A. = 0,45.

Числовая апертура объектива

Таблица 1

Эта особенность увеличения числовой апертуры при увеличении коэффициента оптической коррекции в серии объективов с одинаковым увеличением сохраняется во всем диапазоне увеличений, как показано в таблице 1.Большинство производителей стремятся обеспечить максимально возможную коррекцию и числовую апертуру своих объективов для каждого класса объективов.

Разрешение объектива микроскопа определяется как наименьшее расстояние между двумя точками на образце, которые все еще можно различить как два отдельных объекта. Разрешение — это в некоторой степени субъективная ценность в микроскопии, потому что при большом увеличении изображение может казаться нерезким, но все же разрешаться с максимальной разрешающей способностью объектива.Числовая апертура определяет разрешающую способность объектива, но полное разрешение микроскопической системы также зависит от числовой апертуры конденсора подэлемента. Чем выше числовая апертура всей системы, тем лучше разрешение.

Правильная юстировка оптической системы микроскопа также имеет первостепенное значение для обеспечения максимального разрешения. Конденсор подэтапа должен быть согласован с объективом в отношении числовой апертуры и регулировки апертурной ирисовой диафрагмы для точного формирования светового конуса.Спектр длин волн света, используемого для изображения образца, также является определяющим фактором разрешения. Более короткие длины волн способны в большей степени разрешать детали, чем более длинные волны. Существует несколько уравнений, которые были выведены для выражения взаимосвязи между числовой апертурой, длиной волны и разрешением :

Где R — разрешение (наименьшее разрешаемое расстояние между двумя объектами), NA — числовая апертура, λ соответствует длине волны, NA (obj) соответствует числовой апертуре объектива, а NA (Cond) соответствует числовой апертуре конденсатора. Обратите внимание, что уравнения (1) и (2) отличаются коэффициентом умножения, который равен 0,5 для уравнения (1) и 0.61 для уравнения (2) . Эти уравнения основаны на ряде факторов (включая множество теоретических расчетов, выполненных физиками-оптиками) для учета поведения объективов и конденсаторов, и их не следует рассматривать как абсолютную величину какого-либо одного общего физического закона. В некоторых случаях, таких как конфокальная и флуоресцентная микроскопия, разрешение может фактически превышать пределы, установленные любым из этих трех уравнений. Другие факторы, такие как низкий контраст образца и неправильное освещение, могут способствовать снижению разрешения и, чаще всего, реальному максимальному значению R (около 0.25 мкм с использованием длины волны среднего спектра 550 нанометров) и числовой апертуры от 1,35 до 1,40 на практике не реализованы. В таблице 2 приведены разрешение списка ( R ) и числовая апертура ( NA ) по увеличению и коррекции объектива.

Разрешение и числовая апертура

Таблица 2

Объективы идеально совмещены с микроскопом. конденсатора, то мы можем подставить числовую апертуру объектива в уравнения (1) и (2) , с добавленным результатом, что уравнение (3) сводится к уравнению (2) .Важно отметить, что увеличение не является фактором ни в одном из этих уравнений, потому что только числовая апертура и длина волны освещающего света определяют разрешение образца. Как мы уже упоминали (и это видно из уравнений), длина волны света является важным фактором разрешения микроскопа. Более короткие длины волн дают более высокое разрешение (более низкие значения для R ) и наоборот. Наибольшая разрешающая способность в оптической микроскопии достигается с помощью света, близкого к ультрафиолетовому, — самой короткой эффективной длины волны изображения.За ближним ультрафиолетовым светом следует синий, затем зеленый и, наконец, красный свет, что позволяет различать детали образца. В большинстве случаев микроскописты используют белый свет, излучаемый вольфрамово-галогенной лампой для освещения образца. Спектр видимого света составляет около 550 нанометров, это основная длина волны зеленого света (наши глаза наиболее чувствительны к зеленому свету). Именно эта длина волны использовалась для расчета значений разрешения в таблице 2. Числовое значение апертуры также важно в этих уравнениях, и более высокие числовые апертуры также обеспечивают более высокое разрешение, как видно из таблицы 2.Влияние длины волны света на разрешение при фиксированной числовой апертуре (0,95) показано в таблице 3.

Разрешение в зависимости от длины волны

Таблица 3

Когда свет от различных точек образца проходит через объектив и воссоздается в виде изображения, различные точки Образцы появляются на изображении в виде небольших узоров (не точек), известных как узоров Эйри .Это явление вызвано дифракцией или рассеянием света при его прохождении через мельчайшие части и промежутки в образце и круглую заднюю апертуру объектива. Центральный максимум паттернов Эйри часто называют диском Эйри , который определяется как область, заключенная в первый минимум паттерна Эйри и содержащая 84 процента световой энергии. Эти диски Эйри состоят из небольших концентрических светлых и темных кругов, как показано на рисунке 3.На этом рисунке показаны диски Эйри и их распределение интенсивности в зависимости от разделительного расстояния.

Рисунок 3 (a) иллюстрирует гипотетический диск Эйри, который по существу состоит из дифракционной картины, содержащей центральный максимум (обычно называемый максимумом нулевого порядка ), окруженный концентрическими максимумами 1-го, 2-го, 3-го и т. Д. последовательно уменьшающаяся яркость, составляющая распределение интенсивности. Два диска Эйри и их распределения интенсивности на пределе оптического разрешения показаны на рисунке 3 (b).В этой части рисунка расстояние между двумя дисками превышает их радиус, и они разрешимы. Предел, при котором два диска Эйри могут быть разделены на отдельные объекты, часто называют критерием Рэлея . На рисунке 3 (c) показаны два диска Эйри и их распределения интенсивности в ситуации, когда межцентровое расстояние между максимумами нулевого порядка меньше, чем ширина этих максимумов, и два диска не могут быть индивидуально разрешены с помощью критерия Рэлея. .

Чем меньше диски Эйри, проецируемые объективом при формировании изображения, тем больше деталей образца становится различимым. Объективы с более высокой коррекцией (флюориты и апохроматы) производят диски Эйри меньшего размера, чем объективы с более низкой коррекцией. Аналогичным образом объективы с более высокой числовой апертурой также способны производить диски Эйри меньшего размера. Это основная причина того, что объективы с высокой числовой апертурой и полной коррекцией оптической аберрации могут различать более мелкие детали в образце.

На рисунке 4 показано влияние числовой апертуры на размер дисков Эйри, снятых с помощью ряда гипотетических объективов с одинаковым фокусным расстоянием, но с разными числовыми апертурами. С маленькими числовыми апертурами размер диска Эйри большой, как показано на рисунке 4 (а). Однако по мере увеличения числовой апертуры и угла светового конуса объектива размер диска Эйри уменьшается, как показано на рисунках 4 (b) и 4 (c). Результирующее изображение на уровне диафрагмы окуляра на самом деле представляет собой мозаику из дисков Эйри, которые мы воспринимаем как светлые и темные.Если два диска расположены слишком близко друг к другу, так что их центральные точки значительно перекрываются, две детали, представленные этими перекрывающимися дисками, не разрешаются и не разделяются и, таким образом, отображаются как один, как показано выше на рисунке 3.

Airy Disk Basics

Узнайте, как Диски Эйри реагируют на близкое приближение изменением своего размера.

При формировании изображения важно понимать природу дифрагированных световых лучей, перехватываемых объективом. Только в тех случаях, когда высшее (1-е, 2-е, 3-е и т. Д.) порядки дифрагированных лучей захватываются, может работать интерференция для воссоздания изображения в промежуточной плоскости изображения объектива. Когда захватываются только лучи нулевого порядка, практически невозможно восстановить узнаваемое изображение образца. Когда к лучам нулевого порядка добавляются световые лучи 1-го порядка, изображение становится более когерентным, но все еще недостаточно детализированным. Только когда лучи более высокого порядка рекомбинированы, изображение будет представлять истинную архитектуру образца.Это является причиной необходимости больших числовых апертур (и последующих меньших дисков Эйри) для получения изображений с высоким разрешением с помощью оптического микроскопа.

В повседневных рутинных наблюдениях большинство микроскопистов не пытаются получить изображение с максимально возможным разрешением с помощью своего оборудования. Только в особых условиях, таких как светлое поле с большим увеличением, флуоресценция, ДИК и конфокальная микроскопия, мы стремимся достичь пределов возможностей микроскопа. В большинстве случаев использования микроскопа нет необходимости использовать объективы с высокой числовой апертурой, потому что образец легко разрешается с использованием объективов с меньшей числовой апертурой.Это особенно важно, потому что высокая числовая апертура и большое увеличение сопровождаются недостатками очень малой глубины резкости (это относится к хорошей фокусировке в области чуть ниже или чуть выше исследуемой области) и короткого рабочего расстояния. Таким образом, в образцах, где разрешение менее критично, а увеличение может быть ниже, лучше использовать объективы с меньшим увеличением и небольшой числовой апертурой, чтобы получать изображения с большим рабочим расстоянием и большей глубиной резкости.

Тщательное расположение апертурной диафрагмы конденсатора подэтапа также имеет решающее значение для управления числовой апертурой, и неизбирательное использование этой диафрагмы может привести к ухудшению качества изображения (как обсуждалось в разделе, посвященном конденсаторам подэтапа ). Другие факторы, такие как контрастность и эффективность освещения, также являются ключевыми элементами, влияющими на разрешение изображения.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Драйв двух корпоративных центров., Melville, New York, 11747.

Майкл У. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 Ист. Пол Дирак, доктор, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

Апертура и разрешение фотографии

Диафрагма — это главный фактор, определяющий потенциальное разрешение объектива. Я использую потенциал, потому что недостатки конструкции и производства линз также сильно повлияют на фактическое разрешение объектива. Итак, если предположить идеальный объектив, диафрагма является основным определяющим фактором разрешения в большинстве ситуаций визуализации.

Относительный размер апертуры по отношению к детектору определяет размер диска Эйри. Это включает в себя две величины: 1) размер апертуры и 2) расстояние, на котором апертура находится от детектора. Большая апертура, расположенная близко к детектору, даст наивысшее возможное разрешение.

Для меня проще всего определить относительный размер апертуры в терминах угла, который апертура образует с детектором. Большая апертура, расположенная близко к детектору, позволит свету под большим количеством углов падения попадать в детектор.Та же самая диафрагма, расположенная дальше, уменьшит это разнообразие углов.

Угол, который апертура образует с детектором, определяет величину дифракции. Большой угол приведет к меньшей дифракции, а малый угол даст больше. Больше дифракции означает больший диск Эйри.

Реальный размер апертуры можно выразить как эффективная апертура . Настройка диафрагмы на объективе применима только для фокусировки на бесконечность. Это означает, что диафрагма f / 8 фокусируется на фокусном расстоянии объектива.Две линзы с диафрагмой f / 8 будут иметь одинаковую величину дифракции при первоначальном фокусе независимо от фокусного расстояния, поскольку расчет f / числа уже компенсирует различное расстояние от диафрагмы до детектора.

По мере того, как линза фокусируется ближе, чем бесконечность, диафрагма удаляется от детектора. Это увеличенное расстояние уменьшит угол, который отверстие образует с детектором, и, таким образом, увеличит дифракцию и размер диска Эйри. Расстояние от апертуры до детектора будет m + 1.

Относительный размер апертуры может быть выражен как эффективная апертура . Эффективная апертура может быть выражена как:

N ‘= N * (m + 1) (где N’ — эффективная диафрагма, N — фактическая установка диафрагмы, m — увеличение)

Объектив f / 8 будет иметь эффективную диафрагму f / 16 при работе с увеличением 1: 1. Эффективная апертура является наиболее важным определяющим фактором дифракции и, следовательно, разрешения, которое линза обеспечивает на детекторе.Это означает, что с увеличением увеличения эффективная диафрагма также увеличивается. Эффективная диафрагма с f / 16 при 1: 1 даст такое же количество дифракции, как и реальная апертура с f / 16 при фокусировке на бесконечность.

Проницательные люди могут сказать: «Эй, поскольку эффективная диафрагма увеличивается с увеличением увеличения, я не должен больше получать разрешение объектива, когда я увеличиваю увеличение». Здесь в игру вступает фактор (m + 1). При малом увеличении «+1» дает большую разницу в эффективной диафрагме, чем при большом увеличении.

В качестве примера: если я работаю с 1: 1 и f / 8, моя эффективная диафрагма будет равна 16. При 2: 1 моя эффективная диафрагма 24. Увеличение увеличилось вдвое, но моя эффективная диафрагма увеличилась только на 50%. это означает, что я получу больше деталей из изображения при 2: 1, чем 1: 1. Этот эффект уменьшается по мере увеличения увеличения, и в конечном итоге вы не получите значительного увеличения разрешения объектива за счет увеличения увеличения и обычно называется пустым увеличением .

По мере увеличения увеличения единственным эффективным способом увеличения разрешения изображения является увеличение диафрагмы, уменьшая, таким образом, эффективную диафрагму.