Czy ogólne zbieranie światła przez obiektyw zależy tylko od przysłony?

Mam wrażenie, że wartość przysłony obiektywu determinuje jego zdolność do zbierania światła, ale nie jestem pewien, czy rozumiem, jak to działa ...

Rozważając zbieranie światła w teleskopach, zależy to od średnicy soczewki obiektywu (lub lustra). Ma to dla mnie idealny sens, ponieważ światło promieniuje we wszystkich kierunkach, więc większy obszar oznacza, że ​​gromadzisz więcej światła. Wydaje mi się, że powinno być tak samo w obiektywach aparatu - większy obiektyw wychwytuje więcej stożka światła z obiektu i skupia go na czujniku.

Pomyślałem o tym, że widziałem obiektyw F / 0.95, ale nie wygląda on znacznie większy niż obiektyw F / 2.8, więc nie rozumiem fizyki, jak to by działało.

Zasadniczo tak, zdolność gromadzenia światła przez obiektyw zależy od jego maksymalnej apertury. Szybkość transmisji zastosowanych materiałów ma również wpływ, ale jest bardzo mała.

Twoja intuicja jest prawidłowa, ponieważ można oczekiwać, że obiektyw o dużej aperturze będzie miał dużą tubus, jednak apertura jest określona jako stosunek * pozornego ** rozmiaru otwarcia obiektywu podzielonego przez ogniskową. Tak więc obiektyw 200 mm f / 2.0 musi mieć przedni element wystarczająco duży, aby widzieć otwór 200 / 2,0 = 100 mm, więc tubus musi mieć co najmniej 10 cm. Jednak wydaje się, że 20 mm f / 2.0 ma tylko przysłonę 10 mm, która jest niewielka w porównaniu do większości rozmiarów obiektywów.

Aby skomplikować sprawę, obiektywy szerokokątne wymagają większych elementów przednich niż wynika to z ich apertury, aby zapobiec winietowaniu w całym kadrze. W przypadku ogniskowych krótszych niż około 50 mm rozmiary obiektywów zwiększają się wraz ze zmniejszaniem ogniskowej pomimo przysłon, a tym samym zmniejszają się także zdolności zbierania światła.

Oto dobry przykład: ten obiektyw Nikona ma tylko f / 2.8:

ale jest absolutnie ogromny ze względu na swój ekstremalnie szeroki kąt.

* należy zauważyć, że 100 mm f / 2.0 nie oznacza, że ​​fizyczny otwór w środku obiektywu ma w rzeczywistości średnicę 50 mm, tylko że obraz tego otworu w widoku z przodu obiektywu ma średnicę 50 mm. Rzeczywiste otwarcie jest często mniejsze, ale przedni element obiektywu musi być wystarczająco duży, aby pomieścić jego teoretyczny rozmiar.

Prawie masz rację, że fizyczna średnica soczewki ma bezpośredni wpływ na właściwości gromadzenia światła przez soczewkę.

Trzeba jednak również wziąć pod uwagę ogniskową obiektywu.

Matematyka jest dość prosta:

Maksymalna przysłona (F-Stop) = Ogniskowa / Średnica obiektywu

Jako przykład, wybierzmy f / 4, ponieważ jest to dość łatwa okrągła liczba ...

• Aby uzyskać wartość f / 4 na przykład przy 400 mm, średnica obiektywu wyniesie 100 mm.
• Aby osiągnąć f / 4 przy 100 mm, średnica obiektywu musiałaby wynosić 25 mm.
• Aby uzyskać wartość f / 4 przy 50 mm, średnica obiektywu wyniesie 12,5 mm.

Powiedzmy na przykład, obiektyw 50 mm, aby osiągnąć f / 0.95, jak podano w pytaniu, a ponieważ jest on mniejszy niż f / 1, średnica obiektywu będzie musiała być nieco większa niż ogniskowa obiektywu przy 52,63 mm.

Pamiętaj, że łatwiej jest zmienić równanie na:

Średnica soczewki = Ogniskowa / Maksymalna przysłona (F-Stop)

Jeśli chodzi o twoje pierwotne pytanie, czy obiektyw f / 0,95 nie jest znacznie większy niż obiektyw af / 2.8, musisz upewnić się, że oba obiektywy mają tę samą ogniskową. Wtedy zobaczysz, że 0,95 był rzeczywiście większy niż 2.8, a korzystając z powyższego równania możesz dokładnie ustalić, jakie powinny być średnice soczewek fizycznych ;-)

Mam nadzieję, że to ma sens?

Inni wyjaśnili już różnicę między źrenicą wejściową a soczewką przednią. Chciałbym dodać słowo, dlaczego moc zbierania światła jest podawana przez liczby F.

Różnica między teleskopem a soczewką fotograficzną polega na tym, że zwykle używa się teleskopu do obrazowania małych obiektów (małych pod kątem). Wówczas obiekt prawie zawsze będzie pasował w polu widzenia, niezależnie od ogniskowej lunety. W przeciwieństwie do tego najczęściej używasz aparatu, aby uchwycić całą scenę, która całkowicie wypełnia kadr. Następnie krótsze ogniskowe pozwalają uchwycić więcej sceny ... a zatem więcej światła!

To robi dużą różnicę w sposobie, w jaki doceniana jest „siła zbierająca światło”. Dla astronoma moc gromadzenia światła to zdolność lunety do zbierania strumienia świetlnego z małego źródła zapewniającego dane natężenie oświetlenia na Ziemi. Jest zatem równoważny powierzchni źrenicy wejściowej. Dla fotografa moc zbierania światła to zdolność obiektywu (lub aparatu) do zbierania strumienia świetlnego z rozszerzonej sceny o danej średniej luminancji . To zależy od źrenicy wejściowej i pola widzenia. Dlatego używamy liczb f zamiast surowych średnic apertury.

Zobacz także tę odpowiedź na powiązane pytanie .

Pomyśl o zatrzymaniu teleskopu. Wiele lunet wyposażonych jest w pokrywki obiektywu z wyciętym w środku okrągłym otworem z dodatkową pokrywką.

Jeśli korzystasz z lunety przy WŁĄCZONEJ osłonce obiektywu, ale dodatkowej nasadce WYŁĄCZONE, oznacza to, że celownik został zatrzymany. Luneta f8 może być teraz, powiedzmy, lunetą f20 bez żadnych zmian średnicy obiektywu . To mnie przeraziło, odkąd zacząłem oglądać teleskopy przed kamerami i miałem dokładnie to samo zamieszanie, co ty.

Czy masz w pobliżu starą kamerę filmową 35 mm? Otwórz plecy i spójrz przez obiektyw, zasadniczo twoje oko jest teraz filmem. Naciśnij migawkę. Zobaczysz krótki błysk światła przez przeważnie okrągły otwór. (Jeszcze lepiej, ustaw dłuższy czas otwarcia migawki, aby krótka lampa błyskowa była krótsza.) Teraz graj z ustawieniem przysłony, porównaj, powiedz f2.8 z f16. Zauważ, jak zmienia się rozmiar okrągłego otworu?

Jeśli nie masz starej kamery filmowej, wypróbuj to z lustrzanką, ale patrząc z przodu, poszukaj czegoś, co można zmienić w obiektywie, bezpośrednio na środku, podczas gry z przysłoną.

Aparaty są często zatrzymywane. Musisz to zrobić, aby zmienić zarówno długość ekspozycji, jak i kontrolować głębię ostrości.

Teleskopy rzadko są zatrzymywane. Prawdopodobnie chcesz to zrobić tylko dla obserwacji Słońca lub Księżyca. Dlaczego? Nie potrzebujesz dodatkowego światła, ale jeśli nie masz refraktora APO, zatrzymanie go znacznie zmniejszy aberrację chromatyczną. Miałem okazję zobaczyć teleskop Galileo w Filadelfii. Miał być może od 1 do 1,5 cala średnicy, ale został zatrzymany do czegoś maleńkiego, na przykład około 0,5 "! Miało to na celu zmniejszenie aberracji w jego prymitywnych soczewkach.