Warum wird das Bild nicht dunkler, je mehr Sie hineinzoomen?

Je länger die Brennweite Ihres Objektivs ist, desto weniger Photonen passieren das Objektiv und treffen auf den Spiegel / Sensor.

Warum sehen Sie keine Verdunkelung, wenn Sie in den Sucher schauen und mit einem Zoomobjektiv zoomen und umgekehrt aufhellen?

Warum brauchen Teleobjektive keine längeren Verschlusszeiten als Weitwinkelobjektive?

Bei der Beantwortung dieser Frage geht es darum, die Funktionsweise von Zoomobjektiven zu erläutern, da Sie bei Ihrer Beobachtung richtig liegen: Wenn Sie auf immer höhere Vergrößerungen zoomen, wird das Bild abgeblendet, sofern keine Kompensation angewendet wird. Angenommen, Sie zoomen von 25 mm auf 50 mm. Wenn der Arbeitsdurchmesser der Blende unverändert bleibt, würde die Bildhelligkeit in Bezug auf ihre Intensität um das Vierfache nachlassen. Anders ausgedrückt wird jede Verdoppelung der Brennweite dunkler, sie ist nur 25% so hell wie vor dem Zoom. Wenn ja, wie wird dieser Lichtverlust verhindert?

Die Menge an Lichtenergie, die in das Objektiv eindringen kann, hängt direkt vom Arbeitsdurchmesser der Irisblende (Apertur) ab. Je größer der Arbeitsdurchmesser ist, desto mehr Licht kann die Linse sammeln.

Das moderne Zoomobjektiv hat einen Trick in der Tasche, der die Bildhelligkeit während des größten Teils des Zooms konstant hält. Bei einigen High-End-Zooms bleibt die Bildhelligkeit während des gesamten Zooms erhalten. So funktioniert es: Der Durchmesser der Blende, wenn Sie von vorne in das Objektiv schauen, erscheint größer als er tatsächlich ist. Dies liegt daran, dass die vordere Gruppe von Linsenelementen des Zoomobjektivs vergrößert wird, wodurch der Durchmesser dieses Eintrittskreises größer als die Realität erscheint.

Wenn Sie zoomen, ändert sich auch der Abstand von der vorderen Linsengruppe und der Irisblende. Dies führt zu einer scheinbaren Durchmesseränderung. Die Tatsache, dass es offensichtlich ist und keine wirkliche Veränderung ist, ist unwichtig. Von außen nach innen wirkt diese Änderung real und diese Aktion lässt beim Zoomen immer mehr Lichtenergie einfließen.

Wie ich bereits sagte, sind einige High-End-Zooms gut, um den gesamten Zoom durchzugehen. Diese werden als Zooms mit konstanter Blende bezeichnet. Niedrigpreisige Zooms behalten eine konstante Blende bei, bis etwa die letzten 80% des Zooms erreicht sind. Diese fallen aus und leiden unter dem Lichtverlust, nach dem Sie fragen.

Das Blendenzahlensystem wurde speziell entwickelt, um sicherzustellen, dass verschiedene Objektive mit derselben Blendenzahl die gleiche Belichtung erhalten. Dies schließt Ihre Weitwinkel- und Teleobjektive ein. Blendenzahl = Brennweite / effektiver Blendendurchmesser.

Außerdem kann das Weitwinkelobjektiv insgesamt mehr Photonen (aus einem größeren Bereich) sammeln. Eine Brennweite von 2x länger (100 mm gegenüber 50 mm) lässt das Motiv jedoch 2x größer erscheinen, mit der Ausnahme, dass unser Teleobjektiv (und dieselbe Sensorgröße) unseren Blick auf 1/4 des noch sichtbaren Bereichs beschneidet. Angenommen, unser Motiv war eine große, gleichmäßig beleuchtete leere Wand (keine speziellen Bereiche, um dies zu erschweren), dann sehen wir 1/4 des Lichts (Photonen, Ihre Argumentation), aber in 1/4 der Fläche, die das gleiche Licht pro Einheit von ist Bereich. Bei der Belichtung geht es um Licht pro Flächeneinheit, nicht um die Gesamtzahl der Photonen im gesamten Bildbereich (ein heller rechter Bildrand fügt Photonen hinzu, ändert jedoch nicht die richtige Belichtung einer dunklen linken Seite).

Warum wird das Bild nicht dunkler, je mehr Sie hineinzoomen?

Wenn die Größe der Eintrittspupille konstant bleibt, ist dies der Fall.

Nur sehr wenige Zoomobjektive, auch solche mit variabler maximaler Blende, behalten die gleiche Eintrittspupillengröße bei, wenn das Objektiv gezoomt wird.

Je länger die Brennweite Ihres Objektivs ist, desto weniger Photonen passieren das Objektiv und treffen auf den Spiegel / Sensor.

Auch hier nur, wenn die Eintrittspupillengröße konstant bleibt.

Um jedoch die gleiche Blendenzahl beizubehalten, muss der Durchmesser der Eintrittspupille mit der gleichen Rate skaliert werden wie die Brennweite. Wenn Sie die Brennweite verdoppeln, müssen Sie auch den Durchmesser der Eintrittspupille verdoppeln, wodurch sich die Fläche der Blendenzahl vervierfacht, um die gleiche Blendenzahl beizubehalten.

Die physikalische Größe der Blende ist nur ein Teil dessen, was die als Blendenzahl ausgedrückte maximale Apertur einer Linse bestimmt. Eine Vergrößerung zwischen der Vorderseite des Objektivs und der Position der Blende spielt ebenfalls eine Rolle. Die Blendenzahl einer Apertur wird durch das Verhältnis der Brennweite der Linse geteilt durch den Durchmesser der Eintrittspupille bestimmt , was häufig als effektive Apertur bezeichnet wird.

In einfacher Sprache wird der Eintrittspupillendurchmesser dadurch definiert, wie weit die Öffnung der Blende bei Betrachtung durch die Vorderseite der Linse erscheint .

In Ihrem Beispiel hat ein 14-mm-Objektiv mit einem Blickwinkel von 114 ° eine 5 mm breite Eintrittspupille bei 1: 2,8. Bei DSLRs und selbst bei den meisten spiegellosen Kameras wird ein 14-mm-Objektiv als Retrofokus-Design bezeichnet. Es ist mehr oder weniger das Äquivalent eines rückwärts gedrehten Teleobjektivs. Die "Vergrößerung" zwischen der Aperturblende und der Vorderseite des Objektivs ist also negativ. Das heißt, die Eintrittspupille erscheint kleiner als die tatsächliche Größe des physischen Zwerchfells! Andererseits erfordert ein 90-mm-Objektiv mit einem Blickwinkel von 27 ° eine Eintrittspupille mit einem Durchmesser von 32 mm für 1: 2,8. Das ist 6,4-fach breiter oder 41-fach größer als die 5-mm-Eintrittspupille des 14-mm-Objektivs bei 1: 2,8.

Wenn Zoomobjektive mit konstanter Apertur bewegt werden, um die Brennweite zu ändern, ändert sich normalerweise die Vergrößerung zwischen der Vorderseite des Objektivs und der Blende, nicht die physikalische Größe der Blende. Diese Änderung der Vergrößerung ermöglicht es, dass die Eintrittspupille bei längeren Brennweiten größer und bei kürzeren Brennweiten bei derselben physikalischen Blende kleiner erscheint. Ein 70-200 mm 1: 2,8-Objektiv hat eine Eintrittspupille mit 25 mm Durchmesser bei 70 mm und 1: 2,8. Bei 200 mm ist die Eintrittspupille bei 1: 2,8 etwas mehr als 71 mm breit. Die tatsächliche physikalische Membran ist in beiden Fällen gleich groß. Was sich geändert hat, ist die Vergrößerung zwischen der Blendeneinheit und der Vorderseite des Objektivs.

Beachten Sie, dass dasselbe Prinzip normalerweise auch für Zoomobjektive mit variabler Blende gilt. Nehmen Sie zum Beispiel ein 18-300 mm 1: 3,5-5,6-Zoomobjektiv. Bei 18 mm ist die Eintrittspupille für 1: 3,5 ungefähr 5,14 mm breit. Bei 300 mm ist die Eintrittspupille für 1: 5,6 mehr als zehnmal so breit wie bei 53,6 mm. Beachten Sie, dass die meisten Zoomobjektive, die bei 300 mm und 1: 5,6 maximal sind, Frontelemente haben, deren Durchmesser etwas größer als 54 mm ist. Die benötigte Eintrittspupillengröße ist der Grund! Wenn die Eintrittspupille bei 300 mm noch 5,14 mm breit wäre, wie es bei 18 mm und 1: 3,5 ist, wäre die maximale Öffnung bei 300 mm 1: 58!

Warum verwenden nicht alle Zoomobjektive eine ausreichende Vergrößerung, um die Blende über den gesamten Zoombereich konstant zu halten? In erster Linie die Kosten, die mit der zusätzlichen Größe, dem Gewicht und der Komplexität verbunden sind, die zur Herstellung einer Linse mit konstanter Apertur erforderlich sind.

Ihre Pupillen weiten sich, um dies auszugleichen, während Sie durch den Sucher schauen.

Ja, Ihre Überlegungen sind richtig. Das Bild wird dunkler, wenn Sie hineinzoomen, vorausgesetzt, alle anderen Faktoren bleiben unverändert .

Wenn der automatische Belichtungsmodus verwendet wird, gleicht Ihre Kamera die Verdunkelung einfach durch Anpassen von Belichtungszeit, ISO oder Blende aus. Wechseln Sie in den manuellen Modus oder überprüfen Sie beim Zoomen die angezeigten Fotoeinstellungen, um die Beziehungen zwischen diesen Parametern und der scheinbaren Helligkeit zu erkennen.