Dopo aver parlato dell’ISO e del tempo di esposizione si chiude il discorso relativo al triangolo dell’esposizione analizando l’apertura del diaframma.

Il diaframma è un dispositivo meccanico sito all’interno degli obiettivi e costituito da un set di lamelle la cui posizione regola la dimensione del foro di entrata della luce all’interno della fotocamera. Qualsiasi sia l’apertura del diaframma, il set di lamelle è studiato in modo tale da garantire un’apertura più circolare possibile. Data la posizione del diaframma all’interno del sistema ottico, la sua apertura è l’unico parametro del triangolo dell’esposizione che non dipende dal corpo della macchina ma dall’obiettivo montato su di essa. Maggiore è l’apertura del diaframma e maggiore è la quantità di luce che entra all’interno del corpo macchina.

Per capire come il movimento delle lamelle influisca sull’apertura del diaframma, suggerisco di guardare il seguente video:

 

Definizione di apertura del diaframma

L’apertura del diaframma è spesso indicata mediante un parametro detto f-number. Tale parametro indica il rapporto tra la lunghezza focale del sistema ottico ed il diametro di ingresso della luce all’interno di esso:

Essendo definito come il rapporto tra due lunghezze, l’f-number è adimensionale, e quindi privo di unità di misura. Il suo valore è spesso espresso preceduto dal simbolo f/. Se quindi un sistema ottico è caratterizzato da un f-number pari a 5, questo sarà riportato come f/5.

Data la sua importanza per definire la quantità di luce in ingresso nel sistema ottico di una fotocamera (maggiore è l’f-number e minore è la luce in ingresso), esso risulta tra le specifiche degli obiettivi. In particolare, sugli obiettivi è riportato il valore minimo di f-number che l’obiettivo può raggiungere. Questo accade perché al valore minimo corrisponde l’apertura massima del diaframma (denominatore nella formula), e quindi il massimo flusso luminoso che può entrare nel sistema ottico. Tale valore minimo identifica la velocità della lente in quanto ad esso può essere associata la massima velocità dell’otturatore a parità di esposizione.

Per obiettivi a focale fissa, il valore minimo di f/number risulta univoco. Negli obiettivi a focale variabile (zoom), esso dipende dalla focale impostata (nominatore nella formula) . Per questo motivo sugli obiettivi zoom sono riportati i due valori di f/number ottenibili con la minima e la massima lunghezza focale dell’obiettivo:

Esposizione, obiettivo zoom, apertura del diaframma
L’obiettivo in figura è un obiettivo zoom la cui lunghezza focale varia dai 18 ai 55mm. I numer 3,5-5,6 rappresentano i valori limite del f-number minimo ottenibile specificatamente a 18mm e a 55mm

 

nelle fotocamere, i valori possibili di apertura di diaframma non sono espressi con una scala continua, ma da una successione di valori. Si tratta di una successione geometrica del tipo:

a cui corrisponde la seguente successione di valori: f/1 – f/1,4 – f/2 – f/2,8 – f/4 – f/5,6 – f/8 – f/11 – f/16 – f/22 – f/32 – f/45 – f/64 – f/90 – f/128. Ogni passaggio da un numero a quello successivo viene detto stop e consiste in un raddoppio o dimezzamento della quantità di luce in ingresso alla fotocamera a seconda che si passi al valore precedente (più piccolo) o successivo (più grande) nella successione di cui sopra.

In alcune fotocamere la successione può essere arricchita da valori intermedi a cui corrispondono variazione della luce di un fattore pari ad un terzo. In questi casi la successione geometrica è del tipo:

Poiché l’ f/number dipende dal diametro dell’apertura è anche possibile individuare una relazione tra l’area dell’apertura ed il suo valore:

Dato che l’area è direttamente proporzionale alla quantità di luce e inversamente proporzionale al quadrato dell’f-number, è possibile capire il motivo della prima serie geometrica riportata in questo articolo.

Altra definizione dell’f number è:

 

Dove AN è l’apertura numerica della lente e θ rappresenta l’angolo massimo del cono di luce che raggiunge l’elemento fotosensibile. E’ importante infine sottolineare che l’f/number così definito, descrive l’abilità del sistema ottico di raccogliere la luce da un oggetto che è posizionato a distanza infinita dall’obiettivo. Nella realtà invece, si ha a che fare con oggetti vicini. In questi casi, il parametro da considerare è il working f-number ovvero l’f-number effettivo. Esso è definito come:

dove m è l’ingrandimento parassiale del sistema ottico (rapporto tra l’altezza dell’immagine e quella del soggetto, esso è tendente a zero a distanza infinita) e P è l’ingrandimento del diametro di entrata dovuto al sistema ottico (pari a 1 per lenti simmetriche). La formula di cui sopra ci dice che per un oggetto a distanza vicina, il working f-number è sempre maggiore dell’f/number a causa dell’ingrandimento del sistema ottico (doppio se m=1!!). Ciò significa che normalmente la luce in ingresso risulta minore rispetto a quella che si avrebbe se il soggetto fosse a distanza infinita.

Effetto apertura del diaframma sull’estetica della foto

L’apertura del diaframma ha anche effetto sull’estetica della foto ed in particolare sulla profondità di campo. La profondità di campo è lo spazio dietro e avanti al soggetto che risulta a fuoco insieme ad esso. In particolare, diminuendo l’apertura del diaframma aumenta la profondità di campo. Ciò accade perché al diminuire dell’apertura del diaframma si eliminano gli effetti dovuti a raggi luminosi che colpiscono i bordi delle lenti. Tali raggi infatti, per effetti di aberrazione, sarebbero a fuoco in punti anteriori o posteriori l’elemento fotosensibile (pellicola o sensore). I raggi luminosi che invece colpiscono centralmente le lenti, giungono a fuoco proprio sul piano della lente. Si immagini allora di fotografare un soggetto. I raggi che colpiscono centralmente le lenti forniranno l’immagine a fuoco mentre i raggi che colpiscono le lenti ai bordi creeranno un effetto aureola intorno all’immagine costituita dai primi raggi (effetto sfuocato).

Riducendo l’apertura della lente, si eliminano i raggi di bordo, l’effetto aureola diminuisce e il soggetto ed il suo intorno risultano sempre più a fuoco. A questo punto si sarebbe indotti a pensare che con soggetti che non richiedono tempi di esposizione brevi, si dovrebbe utilizzare la minore apertura del diaframma possibile della fotocamera. In realtà non è così in quanto gli effetti di aberrazione vengono sostituiti da effetti di diffrazione che ad aperture basse possono creare defocus.

Normalmente il range migliore di scatto in termini di profondità di campo dipende anche dal sistema ottico in utilizzo. Obiettivi a focale fissa (4 elementi nel sistema ottico), consentono di usare aperture pari a f/11, mentre obiettivi a zoom (più di 6 elementi) hanno migliori prestazioni nel range F5,6 – f/8.

Per comprendere meglio come la profondità di campo varia con l’aperture del diaframma, si osservi il seguente set di foto:

Profondità di campo, apertura diaframma
Tre foto diverse dello stesso soggetto scattate con 3 diversi valori di apertura del diaframma. Al diminuire dell’apertura del diaframma, aumenta la profondità di campo (delimitata dalle linee gialle nelle tre figure)
Fotografia Digitale: Apertura del diaframma
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