Dlaczego obraz nie staje się ciemniejszy w miarę powiększania?

W miarę wydłużania się ogniskowej obiektywu przez obiektyw przepływa coraz mniej fotonów, które uderzają w lustro / czujnik.

Dlaczego nie widzisz ciemnienia, gdy patrzysz w wizjer i powiększasz obiektywem zmiennym, i rozjaśniasz na odwrót?

Dlaczego teleobiektywy nie potrzebują dłuższych czasów otwarcia migawki niż obiektywy szerokokątne?

Odpowiedź na to pytanie polega na wyjaśnieniu, w jaki sposób działają obiektywy zmiennoogniskowe, ponieważ masz rację w swojej obserwacji: w miarę przybliżania się do coraz większych powiększeń obraz przygasa, chyba że w jakiś sposób zostanie zastosowana kompensacja. Załóżmy, że powiększasz od 25 mm do 50 mm, gdyby średnica robocza przysłony pozostała niezmieniona, jasność obrazu poniósłaby czterokrotną utratę intensywności. Inaczej mówiąc, każde podwojenie ogniskowej będzie przyciemnione, będzie tylko 25% tak jasne, jak przed powiększeniem. Jeśli to prawda, w jaki sposób zapobiega się utracie światła?

Ilość energii świetlnej, która może dostać się do soczewki, jest bezpośrednio związana z roboczą średnicą przysłony tęczówki (przysłony). Im większa średnica robocza, tym większa powierzchnia, tym więcej światła może zgromadzić soczewka.

Nowoczesny obiektyw zmiennoogniskowy ma w rękawie sztuczkę, która utrzymuje jasność obrazu tak samo, jak większość zoomu. Niektóre zaawansowane powiększenia utrzymują jasność obrazu podczas całego powiększenia. Jak to działa: Średnica otworu widziana podczas patrzenia w obiektyw od przodu wydaje się większa niż w rzeczywistości. Wynika to z tego, że przednia grupa elementów soczewki zoomu powiększa, a zatem średnica tego okręgu wejściowego wydaje się większa niż w rzeczywistości.

Ponadto podczas powiększania zmienia się również odległość od przedniej grupy soczewek i przysłony przysłony. To powoduje pozorną zmianę średnicy. Fakt, że jest to widoczna, a nie rzeczywista zmiana, jest nieistotny. Patrząc z zewnątrz, zmiana wydaje się realna, a ta akcja pozwala na wejście większej ilości energii świetlnej podczas powiększania.

Jak powiedziałem wcześniej, niektóre wysokiej klasy zoomy są dobre, aby przejść przez cały zoom. Są to tak zwane stałe powiększenia przysłony. Tańsze powiększenia utrzymują stałą wartość przysłony aż do około 80% przybliżenia, które zawodzą i cierpią z powodu utraty światła, o którą pytasz.

System numeracji f / stop został specjalnie opracowany, aby zapewnić, że różne obiektywy o tym samym numerze f / stop zobaczą tę samą ekspozycję. Dotyczy to zarówno obiektywów szerokokątnych, jak i teleobiektywów. F / stop number = ogniskowa / efektywna średnica apertury.

Ponadto, obiektyw szerokokątny może gromadzić więcej ogólnej liczby fotonów (z większego obszaru). Jednak ogniskowa 2x dłuższa (100 mm w porównaniu do 50 mm) sprawia, że ​​obiekt wydaje się 2x większy, z wyjątkiem tego, że nasz teleobiektyw (i ten sam rozmiar czujnika) przycina nasz widok do 1/4 widocznego obszaru. Zakładając, że naszym przedmiotem była duża równomiernie oświetlona pusta ściana (bez specjalnych obszarów, które mogłyby to skomplikować), wtedy widzimy 1/4 światła (fotony, twój argument), ale w 1/4 obszaru, który jest tym samym światłem na jednostkę powierzchnia. Ekspozycja dotyczy światła na jednostkę powierzchni, a nie całkowitej liczby fotonów w całym obszarze ramki (jasna prawa krawędź ramki dodaje fotony, ale nie zmienia prawidłowej ekspozycji ciemnej lewej strony).

Dlaczego obraz nie staje się ciemniejszy w miarę powiększania?

Jeśli wielkość źrenicy wejściowej pozostaje stała, tak jest.

Jednak bardzo niewiele obiektywów zmiennoogniskowych, nawet tych o zmiennej maksymalnej przysłonie, utrzymuje ten sam rozmiar źrenicy wejściowej, co obiektyw.

W miarę wydłużania się ogniskowej obiektywu przez obiektyw przepływa coraz mniej fotonów, które uderzają w lustro / czujnik.

Ponownie, tylko jeśli wielkość źrenicy wejściowej pozostaje stała.

Aby jednak zachować tę samą liczbę f, średnica źrenicy wejściowej musi być powiększana w tym samym tempie, co ogniskowa. Jeśli podwoisz długość ogniskowej, musisz także podwoić średnicę źrenicy wejściowej, która czterokrotnie zwiększa powierzchnię ep, aby zachować tę samą wartość przysłony.

Fizyczny rozmiar przysłony jest tylko częścią tego, co określa maksymalny otwór przysłony, wyrażony jako liczba f, obiektywu. Odgrywa również rolę powiększenie między przodem obiektywu a położeniem przysłony. Liczba f przysłony jest określana przez stosunek ogniskowej obiektywu podzielony przez średnicę źrenicy wejściowej , często określany jako efektywny otwór.

Mówiąc prościej, średnica źrenicy wejściowej jest określona przez to, jak szerokie jest otwarcie otworu diafragmy, patrząc od przodu soczewki .

W twoim przykładzie obiektyw 14 mm z kątem widzenia 114 ° ma źrenicę wejściową o szerokości 5 mm przy przysłonie f / 2.8. W przypadku lustrzanek cyfrowych i nawet większości bezlusterkowców obiektyw 14 mm jest nazywany konstrukcją retrofocus. Jest to mniej więcej odpowiednik teleobiektywu odwróconego do tyłu. Zatem „powiększenie” między przysłoną apertury i przednią częścią obiektywu jest ujemne. Oznacza to, że źrenica wejściowa wydaje się mniejsza niż rzeczywisty rozmiar przepony fizycznej! Z drugiej strony obiektyw 90 mm o kącie widzenia 27 ° wymaga źrenicy wejściowej o średnicy 32 mm dla f / 2.8. To o 6,4 x szerszy lub 41 x większy obszar niż źrenica wejściowa 5 mm obiektywu 14 mm przy przysłonie f / 2.8.

Po przesunięciu obiektywów zmiennoogniskowych o stałej wartości przysłony w celu zmiany ogniskowej, powiększenie między przodem obiektywu a przysłoną zwykle się zmienia, a nie fizyczny rozmiar przesłony. Ta zmiana powiększenia powoduje, że źrenica wejściowa wydaje się większa przy dłuższych ogniskowych i mniejsza przy krótszych ogniskowych dla tej samej fizycznej przysłony. Obiektyw 70–200 mm f / 2.8 ma źrenicę wejściową o średnicy 25 mm przy 70 mm i f / 2.8. Przy 200 mm źrenica wejściowa dla f / 2.8 ma odrobinę ponad 71 mm szerokości. Rzeczywista fizyczna membrana jest w obu przypadkach tego samego rozmiaru. To, co się zmieniło, to wielkość powiększenia między zespołem przysłony i przednią częścią soczewki.

Zwróć uwagę, że ta sama zasada obowiązuje zwykle także w przypadku obiektywów zmiennoogniskowych. Weźmy na przykład obiektyw zmiennoogniskowy 18–300 mm f / 3,5–5,6. Przy 18 mm źrenica wejściowa dla f / 3.5 ma około 5,14 mm szerokości. Przy 300 mm źrenica wejściowa dla f / 5.6 jest ponad dziesięciokrotnie większa niż przy 53,6 mm szerokości. Zwróć uwagę, że większość obiektywów zmiennoogniskowych o maksymalnej ogniskowej 300 mm i przysłonie f / 5.6 ma przednie elementy, które mają nieco większą średnicę niż 54 mm. Potrzebna wielkość źrenicy wejściowej jest powodem! Gdyby źrenica wejściowa przy 300 mm nadal miała 5,14 mm szerokości, tak jak przy 18 mm i f / 3,5, maksymalny otwór przy 300 mm wynosiłby f / 58!

Dlaczego więc nie wszystkie obiektywy zmiennoogniskowe używają wystarczającego powiększenia, aby pozostawać na stałym otworze w całym zakresie ogniskowych? Przede wszystkim koszt związany z dodatkowym rozmiarem, wagą i złożonością potrzebną do uzyskania obiektywu o stałej aperturze.

Twoje źrenice rozszerzają się, aby to zrekompensować, patrząc przez wizjer.

Tak, twoje rozumowanie jest prawidłowe, obraz staje się ciemniejszy podczas powiększania, przy założeniu, że wszystkie inne czynniki pozostaną niezmienione .

Gdy używany jest tryb automatycznej ekspozycji, aparat po prostu kompensuje przyciemnienie, dostosowując czas ekspozycji, czułość ISO lub przysłonę. Przełącz do trybu ręcznego lub sprawdź wyświetlane ustawienia zdjęcia podczas powiększania, aby zobaczyć związki między tymi parametrami a pozorną jasnością.