Make your own free website on Tripod.com

Vliv difrakce a doby expozice na ostrost fotografií

Optické vady objektivů se, jak je dobře známo, projevují nejvíce při odcloněném objektivu. Proto je všeobecně doporučováno pracovat se zacloněným objektivem. Poněkud méně je známa skutečnost, že silné clonění vede opět ke ztrátě ostrosti vlivem ohybu světla. Dalším efektem při zaclonění je prodloužení expozice. Zkoušel jsem vliv těchto faktorů při praktických zkouškách a některé výsledky mě překvapily.

Ohyb světla

Teorie ...

Ohyb světla (difrakce) principiálně omezuje rozlišovací schopnosti optických soustav. Je důsledkem vlnové povahy světla. K difrakci dochází na všech částech objektivu, které omezují chod paprsků. Pro jednoduchost se uvažuje, že paprsky jsou omezovány pouze clonou. Difrakce je větší pro červené (dlouhovlnné) světlo. Na difrakci nemá vliv kvalita objektivu a nelze ji jeho konstrukcí omezit.

Ideální optická soustava bez vad by v případě bez difrakce zobrazila bodový zdroj světla opět jako bod. Vlivem difrakce dochází k "rozmazání" - zobrazí se nikoliv bod, ale kruhová ploška obklopená méně výraznými kroužky. Průměr plošky klesá s velikostí relativního clonového otvoru. Pro tentýž formát negativu tedy nezávisí na ohniskové vzdálenosti.

Pro kinofilm se udává jako hranice, kdy difrakce začíná zhoršovat kresbu objektivu, clona 8. To platí pro vynikající objektivy, resp. ve středu pole, u objektivu horší kvality je optimální clona vyšší, aby byl eliminován vliv optických vad objektivu, řekněme 11, dále se kvalita zobrazení opět zhoršuje. Pro větší formáty negativu, které nevyžadují tak vysoké zvětšení, se difrakce uplatňuje až při vyšších clonových číslech než 22.

... a praxe

Jak je to však v praxi - když se jedná o průměrné objektivy a uplatňuje se i vliv negativu a zvětšovacího objektivu? Zde je závislost MTF na cloně pro objektiv Prakticar 135/2,8 (střed negativu).

Výsledky nejsou nijak dramatické. Hodnoty kontrastu jsou skutečně optimální pro clonu 8, pokles pro clonu 22 však je velmi malý, prakticky neovlivní dojem ostrosti. Ostrost kresby, která je vyjádřena kontrastem pro 40 č/mm, je nejvyšší pro clonu 16 a výrazně klesá teprve pro clonu 22.

Jaký z toho plyne závěr? Není třeba se obávat, že zacloněním objektivu dojde ke dramatickému zhoršení ostrosti zobrazení, pokud nemáte mimořádně kvalitní objektivy. Pro běžné moderní objektivy určené pro amatérské potřeby se zhoršení ostrosti projevuje až při clonách vyšších než 16.

Difrakce a hloubka ostrosti

Při makrofotografii je i při značném zaclonění hloubka ostrosti obvykle velmi malá (viz např. tabulka). Snažíme se proto silněji zaclonit, aby se hloubka ostrosti zvětšila. Málokdo si však uvědomuje, že při větších měřítcích zobrazení se ohybové (difrakční) jevy začnou projevovat mnohem výrazněji.

Předpokládejme, že používáme mezikroužky nebo měchové zařízení. Při prodloužení výtahu rovném ohniskové vzdálenosti objektivu docílíme měřítka 1 : 1, ale zároveň se skutečná clona zvětší na dvojnásobek. Např. pro mezikroužek o délce 50 mm a základní objektiv f = 50 mm při cloně 8 (nastavené na objektivu) bude efektivní hodnota clonového čísla dvojnásobná, tj. 16. (Pozn.: tabulky hloubky ostrosti obvykle vycházejí z clony nastavené na objektivu). Použijeme-li delšího výtahu, např. 150 mm pro měřítko 3 : 1, bude při stejně nastavené cloně efektivní clonové číslo už čtyřnásobná - 32. To je v souladu s údaji o prodlužování expozice při makrosnímcích. (Efektivní clona je údaj clony korigovaný na prodloužení výtahu při makrofotografii, jde o poměr průměru clony a vzdálenosti hlavní roviny objektivu od filmu (viz). Např. nové makroobjektivy Nikon ukazují v hledáčku přímo korigované hodnoty efektivní clony, naopak Canon ukazuje nekorigované hodnoty, tj. údaj nastavený přímo na objektivu).

Při takto vysokých clonových číslech se však již uplatňují ohybové jevy velmi výrazně. Jak vyplývá z předešlého výkladu, pro docílení perfektní ostrosti by hodnota clonového čísla neměla přesáhnout 11, max. 16. Pro vyšší clony difrakce snižuje ostrost a kontrast kresby objektivu. To stejné platí bez vyjímky i pro makrofotografii, pouze je nutno vycházet z efektivních hodnot clony. Pro ty, kteří neradi počítají z hlavy, přidávám tabulku max. clonění v závislosti na měřítku spolu s dosažitelnou hloubkou ostrosti:

Měřítko Max. doporučená clona Dosažená hloubka ostrosti (mm)
1 : 3 16 9
1 : 2 16 5
1 : 1 11 1,2
2 : 1 8 0,3
3 : 1 5,6 0,15

Pro ilustraci ještě příklad, jak to vypadá v praxi. Následující snímek ukazuje ptačí pírko s jemným chmýřím, fotografované v měřítku 3 : 1 objektivem 50/1,8 (v normální poloze, bez reverzního kroužku). Tento poměrně nefotogenický objekt byl zvolen proto, že obsahuje jemnou strukturu v dostatečné hloubce.

clona 1,8    240 DPI clona 5,6   240 DPI clona 16, 249 DPI
detail, clona 1,8,  1200 DPI detail, clona 5,6,  1200 DPI detail, clona 16,  1200 DPI

V horní řadě je celkový záběr, v dolní zvětšený detail (rozlišení 1200 dpi). Použitá clona: levý snímek 2,8, prostřední 5,6, pravý 16 - tomu odpovídají efektivní clony 11 , 22 a 64. Zatímco levá dvojice ukazuje, že vady objektivu jsou ještě zřetelné, u pravé dvojice snímků je naopak zřetelná rovnoměrná slabá neostrost v celé hloubce pole, způsobená ohybem světla v důsledku vysokého zaclonění. Optimální ostrost je při cloně 5,6.

 

 

Jak dlouhý čas udržíte z ruky?

Ostrost snímku je limitována roztřesením při expozici . Moderní amatérské zrcadlovky jsou vybavovány zoomy, jejichž světelnost je nízká, typicky f/4, pro delší ohniska dokonce 5,6. Když uvážíme jejich nijak oslnivou optickou kvalitu, která vyžaduje zaclonit objektiv alespoň o dva stupně, dostáváme se do situace, vyžadující použití delších osvitových časů s rizikem rozhýbání snímku.

Nebezpečí rozřesení roste s ohniskovou vzdáleností objektivu. Obvykle se doporučuje používat čas, který je minimálně převrácenou hodnotou ohniskové délky objektivu. Např. pro objektiv f = 50 mm se doporučují časy 1/50 s a kratší. Zkusil jsem nasnímat při stejném osvětlení testovací hvězdici při různých kombinacích času a clony. Použil jsem standardní objektiv Prakticar 50/1,8. Výsledky ukazuje následující tabulka (při zvětšení na formát 9x13 je velikost hvězdice 7 mm, pro rozměr 18 x 24 cm je jeji velikost takováhle na monitoru 800x600, 15"):

clona

čas

 
16 1/8 s
11 1/15 s
8 1/30 s
5,6 1/60 s
4 1/125 s
2,8 1/250 s

Nejlepší ostrost je, zdá se, pro expozici 1/60, kdy už je objektiv zacloněn o tři stupně. Menší clonění se projeví zhoršením optické kresby objektivu. Překvapilo mě, že při osvitu třicetinou je rozhýbání nepozorovatelné a i patnáctina poskytla velmi dobrý výsledek. Jednalo se však o ideální podmínky, kdy nefoukal vítr, nebyl jsem udýchaný a měl jsem dost času na soustředění.


e-mail home english galerie

Copyright (c) Martin Rybák 1998. Poslední úprava 1.11.1998