Чи загальний збір світла лінзи залежить лише від діафрагми?

Моє враження, що значення діафрагми об'єктива визначає його здатність до збору світла, але я не впевнений, що розумію, як це працює ...

Розглядаючи збір світла в телескопах, це залежить від діаметра об'єктива (або дзеркала). Це має для мене ідеальний сенс, оскільки світло випромінюється в усі сторони, тому більша площа означає, що ви збираєте більше світла. Мені здається, він повинен бути таким же і в об'єктивах камери - більший об'єктив збирає більше об'єкта світла від об'єкта і фокусує його на датчику.

Що мене змусило замислитись над тим, що я бачив об'єктив F / 0,95, але він не виглядає надзвичайно більшим, ніж об'єктиви F / 2.8, тому я не розумію фізики, як це буде працювати.

По суті так, здатність до збору світла лінзи визначається її максимальною апертурою. Швидкість передачі використовуваних матеріалів також має ефект, але вона дуже мала.

Ваша інтуїція правильна в тому, що ви б очікували, що велика діафрагма має велику бочку, проте діафрагма визначається як відношення * очевидного ** розміру отвору лінзи, розділеного на фокусну відстань. Отже, об'єктив 200 мм f / 2.0 повинен мати передній елемент достатньо великий, щоб бачити діафрагму 200 / 2,0 = 100 мм, тому ствол повинен бути не менше 10 см. Однак 20 мм f / 2.0 має діафрагму 10 мм, що мало порівняно з більшістю розмірів об'єктива.

Для ускладнення питань ширококутні лінзи потребують більших передніх елементів, ніж це продиктовано їх діафрагмою, щоб запобігти віньєтування через кадр. Для фокусних відстаней, коротших приблизно на 50 мм, розміри лінз збільшуються, оскільки фокусна відстань зменшується, незважаючи на діафрагми, і, таким чином, здатність до збору світла також зменшується.

Ось чудовий приклад, що цей об'єктив Nikon має лише f / 2.8:

але абсолютно величезна, завдяки своєму надзвичайно ширококутному характеру.

* зауважте, що 100 мм f / 2.0 не означає, що фізичний отвір посередині об'єктива - це насправді діаметр 50 мм, лише те, що зображення зазначеного отвору при погляді через передню частину лінзи здається діаметром 50 мм. Насправді отвір часто менший, але передній елемент об'єктива повинен бути досить великим, щоб він міг відповідати його теоретичним розмірам.

Ви майже впевнені, що фізичний діаметр лінзи безпосередньо впливає на властивості лінзи, що збирають світло.

Однак також потрібно враховувати фокусну відстань лінзи.

Математика досить прямо вперед:

Максимальна діафрагма (F-Stop) = Фокусна відстань / Діаметр об'єктива

Як приклад, давайте вибрати f / 4, оскільки це хороший простий круглий номер ...

• Для досягнення f / 4, наприклад, 400мм, діаметр об'єктива складе 100мм.
• Для досягнення f / 4 на 100 мм діаметр об'єктива повинен бути 25 мм.
• Для досягнення f / 4 на 50 мм діаметр об'єктива складе 12,5 мм.

Так, скажімо, 50-мм об'єктив, щоб досягти f / 0,95, як ви заявляли у своєму запитанні, і оскільки це менше f / 1, діаметр об'єктива насправді повинен бути трохи більшим, ніж фокусна відстань об'єктива при 52,63мм.

Зауважте, може бути простіше переключити рівняння на:

Діаметр об'єктива = Фокусна відстань / Максимальна діафрагма (F-Stop)

Що стосується вашого первинного запитання щодо об'єктива f / 0,95, який не є значно більшим за об'єктив af / 2,8, вам слід переконатися, що обидві лінзи були однакової фокусної відстані. Тоді ви побачите, що 0,95 дійсно більший, ніж 2,8, і, використовуючи рівняння, наведене вище, ви можете розробити, який саме діаметр має бути в кожному лінзі ;-)

Сподіваюся, це має сенс ???

Інші вже пояснили різницю між вхідним зінцем і передньою лінзою. Я хотів би додати слово, чому потужність збору світла надається F-числами.

Різниця між телескопом і фотооб'єктивом полягає в тому, що ви зазвичай використовуєте телескоп для зображення невеликих предметів (маленьких кутових розмірів). Тоді ваш предмет майже завжди поміститься в поле зору, незалежно від фокусної відстані області. Навпаки, ви найчастіше використовуєте камеру для зйомки цілої сцени, яка повністю заповнює кадр. Тоді, менші фокусні відстані дозволяють вам захопити більше сцени ... а отже, і більше світла!

Це має велику різницю в оцінці "сили збору світла". Для астронома потужність збору світла - це здатність простору збирати світловий потік з невеликого джерела, що забезпечує задану освітленість на землі. Тому він еквівалентний площі поверхні вхідного зіниці. Для фотографа потужність збору світла - це здатність об'єктива (або камери) збирати світловий потік із розширеної сцени заданої середньої яскравості . Потім це залежить як від вхідного зіниці, так і від поля зору. Тому ми використовуємо f-числа замість необроблених діаметрів діафрагми.

Дивіться також цю відповідь на пов'язане питання .

Подумайте про зупинку телескопа. Багато приладів поставляються з кришками об'єктивів, які мають в центрі круглий отвір, із вторинною кришкою.

Якщо ви використовуєте сферу застосування з кришкою об'єктива, але вторинну кришку вимкнено, ви тепер зупинили сферу дії. Ваша область f8 тепер може бути, скажімо, областю f20 без будь-яких змін діаметра об'єктива . Це насправді злякало мене, оскільки я почав у телескопах перед камерами, і у мене була така ж плутанина, що і у вас.

У вас сидить старий 35-мм плівковий фотоапарат? Відкрийте спину і подивіться крізь лінзу, по суті, ваше око зараз є плівкою. Натисніть на затвор. Ви побачите короткий спалах світла в основному круглої діафрагми. (Ще краще, встановіть швидкість затвора повільно, щоб короткий спалах був менш коротким.) Тепер пограйте з налаштуванням діафрагми, порівняйте, скажімо, f2.8 з f16. Зауважте, як змінюється розмір круглого отвору?

Якщо у вас немає старої плівкової камери, спробуйте це з DSLR, але, дивлячись спереду, шукайте щось, що можна змінити всередині об'єктива, прямого центру, коли ви граєте з діафрагмою.

Камери дуже зупиняються. Це потрібно зробити, щоб змінити довжину експозиції, а також контролювати глибину різкості.

Телескопи рідко зупиняються. Напевно, ви хочете робити це лише для сонячного або місячного спостереження. Чому? Вам не потрібно додаткового світла, але якщо у вас немає рефрактора APO, його зупинка значно зменшить хроматичну аберацію. У мене був шанс побачити телескоп Галілео у Філадельфії. Він був, можливо, діаметром від 1 до 1,5 дюймів, але він був зупинений на щось крихітне, як 0,5 "або близько! Це було зроблено для зменшення аберацій у його примітивних об'єктивах.