Ảnh hưởng của hiệu ứng STF đến khẩu độ và DOF

Minolta 135mm f/2.8 STF , Sony FE 100mm f/2.8 GM STF OSS , Laowa 105mm f/2 STF , Fujifilm XF 56mm f/1.2 R APD là những ống kính Smooth Trans Focus hiện đang có trên thị trường, hay còn gọi là các ống kính STF. Điểm đặc biệt là các ống kính này có khả năng làm mịn bokeh bằng việc sử dụng Apodization Filter (APD) đặt ở trong ống kính. Loại filter này bản chất giống như filter ND (Neutral density) nhưng thay vì cản ánh sáng đồng đều trên toàn bộ bề mặt kính lọc, filter APD có màu đen từ rìa ngoài và trong dần vào tâm. Sự thay đổi này theo một gradient khác nhau tùy thuộc khả năng chế tạo và mức độ làm mịn bokeh mà nhà thiết kế muốn. Do ánh sáng đi qua phần rìa filter (thực chất là một thấu kính) bị chặn lại nên phần nét phân biệt bóng tròn bokeh và khu vực xung quanh cũng bị xóa nhòa và tạo cảm giác bokeh mịn hơn bình thường.

Hiện nay ống kính Sony 100mm f/2.8 GM là ống kính có filter APD tốt nhất do mức độ cản ánh sáng đi qua vùng rìa thấu kính rất cao mà hệ quả là lượng ánh sáng đi qua ống kính chỉ tương đương T5.6 , trong khi ống kính có khẩu độ f/2.8 (giảm 2 stop ). Thế hệ trước của FE 100mm GM là ống kính Minolta/Sony 135mm f/2.8 STF có mức truyền sáng tương đương T4.5 (giảm 1.37 stop ) nên mức độ làm mịn không bằng ống kính mới nhất này của Sony.

Tuy nhiên câu hỏi đặt ra là khẩu độ hiệu dụng hay khẩu độ thực tế của ống kính STF , ví dụ như trong trường hợp của FE 100mm GM, thực ra là bao nhiêu, và hệ quả là độ sâu trường ảnh (DOF) của ống kính dạng này sẽ như thế nào so với ống kính thường không dùng filter APD?

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy cùng quay lại định nghĩa cơ bản về khẩu độ và công thức tính DOF.

Về cơ bản, khẩu độ của một ống kính ( f- number, ký hiệu là N ) được xác định bằng tỷ lệ của tiêu cự ống kính (f) chia cho đường kính lỗ khẩu (D) hay N = f/D. Trong công thức tính này, lỗ khẩu được định nghĩa là đường kính vòng tròn giới hạn ánh sáng nằm ở trung tâm của ống kính (vị trí trung tâm này khác nhau tùy thiết kế của từng ống kính). Vì chỉ là một vòng tròn vật lý nên ánh sáng đi qua lỗ tròn này không bị suy giảm về cường độ. Tuy nhiên, trong trường hợp của ống kính STF, do filter APD cản khá nhiều ánh sáng từ vùng rìa "lỗ tròn" này nên thực tế chúng ta không thể dùng đường kính vật lý của filter APD để áp dụng cho công thức tính.

Trong trường hợp ống kính 100mm GM, giá trị đường kính D này sẽ là một giá trị nằm giữa 17.8 mm (100 mm / 5.6) và 35.7 mm (100 mm / 2.8) và chúng ta chỉ có thể tính chính xác được nếu biết gradient màu đen mà Sony dùng cho filter APD, hoặc xác định bằng thực nghiệm thông qua DOF. Nói cách khác, khẩu độ hiệu dụng với ống kính STF sẽ luôn luôn nhỏ hơn khẩu độ của ống kính khi không có filter APD do đường kính lỗ khẩu thực tế không bằng đường kính lỗ khẩu vật lý. Như vậy giá trị N của ống kính STF lớn hơn giá trị N của ống kính tương đương không có filter APD .

Nói tới độ sâu trường nét DOF, công thức tính các bạn có thể xem ở dưới, với f là tiêu cự (tính bằng mm), N là khẩu độ (ví dụ như 2.8), c là Circle of confusion (giá trị này cố định theo từng loại cảm biến máy ảnh và chúng ta không cần quan tâm tới trong bài viết này) và s là khoảng cách từ máy ảnh tới điểm lấy nét.

Như vậy, nếu hai ống kính có cùng tiêu cự ( f ), sử dụng cùng một máy ảnh (có giá trị Circle of confusion hay c giống nhau), lấy nét với khoảng cách như nhau (cùng giá trị s ) thì ống kính nào có giá trị khẩu độ N lớn hơn sẽ có DOF dày hơn trong cùng một điều kiện chụp . Như đã nói ở trên, khẩu độ N của ống kính STF lớn hơn khẩu độ thường nên hệ quả là độ dày DOF của ống kính STF sẽ lớn hơn ống kính thường (và mỏng hơn thấu kính có giá trị f-stop tương đương T-stop của ống kính STF, trong trường hợp của 100mm GM là f/5.6).

Trong thực tế, đánh giá trên trang Imaging-resource đã khẳng định DOF của ống kính FE 100mm GM tương đương khoảng f/4 (trong khi khẩu độ thiết kế là f/2.8 và T-stop là T5.6). Do gradient của filter APD giảm mức cản sáng dần từ rìa vào tâm nên một cách tính nhanh khẩu độ và DOF hiệu dụng của ống kính STF là lấy trung bình (khẩu độ lớn nhất + T-stop lớn nhất) . Ví dụ như FE 100mm GM có khẩu độ và DOF hiệu dụng là (2.8 + 5.6) / 2 = 4.2