Ist die Gesamtlichtsammlung eines Objektivs nur von der Blende abhängig?

Mein Eindruck ist, dass der Blendenwert eines Objektivs die Fähigkeit zum Sammeln von Licht bestimmt, aber ich bin nicht sicher, ob ich verstehe, wie es funktioniert ...

Bei der Betrachtung der Lichtsammlung in Teleskopen ist dies vom Durchmesser der Objektivlinse (oder des Spiegels) abhängig. Das ist für mich sehr sinnvoll, da das Licht in alle Richtungen abgestrahlt wird und Sie durch eine größere Fläche mehr Licht sammeln. Mir scheint, es sollte auch bei Kameralinsen so sein - ein größeres Objektiv würde mehr Licht vom Motiv auffangen und auf den Sensor fokussieren.

Was mich zum Nachdenken veranlasste, war, dass ich ein F / 0,95-Objektiv gesehen habe, das aber nicht sehr viel größer aussieht als F / 2,8-Objektive. Daher verstehe ich die Physik nicht, wie das funktionieren würde.

Im Wesentlichen ja, die Lichtsammelfähigkeit einer Linse wird durch ihre maximale Apertur bestimmt. Die Übertragungsraten der verwendeten Materialien wirken sich ebenfalls aus, sind jedoch sehr gering.

Ihre Intuition ist insofern richtig, als Sie erwarten würden, dass ein Objektiv mit großer Blende einen großen Tubus aufweist. Die Blende wird jedoch als Verhältnis der * scheinbaren ** Größe der Objektivöffnung geteilt durch die Brennweite angegeben. Ein 200-mm-1: 2,0-Objektiv muss also ein Frontelement haben, das groß genug ist, um eine Blende von 200 / 2,0 = 100 mm zu sehen. Daher muss der Tubus mindestens 10 cm lang sein. Ein 20-mm-1: 2,0-Objektiv scheint jedoch nur eine Apertur von 10 mm zu haben, was im Vergleich zu den meisten Objektivgrößen gering ist.

Weitwinkelobjektive benötigen aus Komplikationsgründen größere Frontelemente als durch ihre Blende vorgegeben, um eine Vignettierung über den Rahmen zu verhindern. Bei Brennweiten unter etwa 50 mm nehmen die Linsengrößen zu, wenn die Brennweite trotz der Blendenöffnungen abnimmt , und daher nimmt auch die Fähigkeit zum Sammeln von Licht ab.

Hier ist ein schönes Beispiel, dieses Nikon-Objektiv ist nur 1: 2,8:

ist aber aufgrund seiner extremen Weitwinkelcharakteristik absolut riesig.

* Beachten Sie, dass 100 mm 1: 2,0 nicht bedeuten, dass die physische Öffnung in der Mitte des Objektivs tatsächlich einen Durchmesser von 50 mm hat, sondern dass das Bild dieser Öffnung, wenn es durch die Vorderseite des Objektivs betrachtet wird, einen Durchmesser von 50 mm aufweist. Die tatsächliche Öffnung ist häufig kleiner, aber das Linsenfrontelement muss groß genug sein, um seine theoretische Größe aufzunehmen.

Sie sind fast richtig, dass der physikalische Durchmesser der Linse einen direkten Einfluss auf die Lichtsammeleigenschaften der Linse hat.

Sie müssen jedoch auch die Brennweite des Objektivs berücksichtigen.

Die Mathematik ist ganz einfach:

Maximale Blende (Blende) = Brennweite / Durchmesser des Objektivs

Als Beispiel wählen wir f / 4, da es eine schöne einfache runde Zahl ist ...

• Um beispielsweise bei 400 mm eine Blende von 4 zu erreichen, beträgt der Durchmesser des Objektivs 100 mm.
• Um 1: 4 bei 100 mm zu erreichen, müsste der Durchmesser der Linse 25 mm betragen.
• Um 1: 4 bei 50 mm zu erreichen, beträgt der Durchmesser des Objektivs 12,5 mm.

Nehmen wir zum Beispiel ein 50-mm-Objektiv, um 1: 0,95 zu erzielen, wie Sie in Ihrer Frage angegeben haben, und da dies weniger als 1: 1 ist, muss der Durchmesser des Objektivs tatsächlich etwas größer sein als die Brennweite des Objektivs bei 52,63 mm.

Beachten Sie, dass es möglicherweise einfacher ist, die Gleichung umzustellen auf:

Objektivdurchmesser = Brennweite / Maximale Apertur (Blende)

Damit Ihre ursprüngliche Frage zu einem 1: 0,95-Objektiv nicht viel größer als ein 1: 2,8-Objektiv ist, müssen Sie sicherstellen, dass beide Objektive die gleiche Brennweite haben. Dann würden Sie sehen, dass die 0,95 tatsächlich größer als die 2,8 war, und mit der obigen Gleichung können Sie genau herausfinden, welche Durchmesser die physikalischen Linsen jeweils haben sollten ;-)

Ich hoffe das ergibt Sinn???

Andere haben bereits den Unterschied zwischen Eintrittspupille und Frontlinse erklärt. Ich möchte ein Wort hinzufügen, warum Lichtsammelkraft durch F-Nummern gegeben ist.

Der Unterschied zwischen einem Teleskop und einem Fotoobjektiv besteht darin, dass Sie normalerweise ein Teleskop verwenden, um kleine Objekte (kleine Winkel) abzubilden . Dann passt Ihr Motiv fast immer in das Sichtfeld, unabhängig von der Brennweite des Oszilloskops. Im Gegensatz dazu verwenden Sie meistens eine Kamera, um eine ganze Szene aufzunehmen, die den Rahmen vollständig ausfüllt. Mit kürzeren Brennweiten können Sie dann mehr von der Szene aufnehmen ... und damit mehr Licht!

Dies macht einen großen Unterschied in der Art und Weise, wie „Lichtsammelkraft“ geschätzt wird. Für einen Astronomen ist Lichtsammelkraft die Fähigkeit eines Oszilloskops, den Lichtstrom von einer kleinen Quelle zu sammeln, die eine bestimmte Beleuchtungsstärke auf der Erde liefert . Es entspricht also der Oberfläche der Eintrittspupille. Für einen Fotografen ist die Lichtsammelleistung die Fähigkeit eines Objektivs (oder einer Kamera), den Lichtstrom von einer erweiterten Szene mit einer bestimmten durchschnittlichen Luminanz zu sammeln . Es kommt dann sowohl auf die Eintrittspupille als auch auf das Blickfeld an. Aus diesem Grund verwenden wir Blendenzahlen anstelle von Rohöffnungsdurchmessern.

Siehe auch diese Antwort auf eine verwandte Frage .

Denken Sie daran, Ihr Teleskop auszuschalten. Viele Zielfernrohre werden mit Linsenkappen geliefert, die in der Mitte ein kreisförmiges Loch haben, auf dem sich eine zweite Kappe befindet.

Wenn Sie Ihr Zielfernrohr mit eingeschalteter Objektivkappe und ausgeschalteter Sekundärkappe betreiben, haben Sie Ihr Zielfernrohr jetzt angehalten. Ihr f8-Zielfernrohr könnte jetzt beispielsweise ein f20-Zielfernrohr sein, ohne dass sich der Objektivdurchmesser ändert . Das hat mich wirklich ausgeflippt, da ich vor der Kamera mit Teleskopen angefangen habe und genau die gleiche Verwirrung hatte, die Sie haben.

Haben Sie eine alte 35-mm-Filmkamera? Öffne den Rücken und schaue durch die Linse, im Grunde ist dein Auge jetzt der Film. Drücken Sie den Auslöser. Sie sehen einen kurzen Lichtblitz durch die meist kreisförmige Öffnung. (Noch besser, stellen Sie die Verschlusszeit so ein, dass der kurze Blitz kürzer ist.) Spielen Sie jetzt mit der Blendeneinstellung, vergleichen Sie beispielsweise f2.8 mit f16. Beachten Sie, wie sich die Größe des kreisförmigen Lochs ändert?

Wenn Sie keine alte Filmkamera haben, probieren Sie dies mit Ihrer DSLR aus. Schauen Sie jedoch nach vorne, und achten Sie beim Spielen mit der Blende direkt in der Mitte des Objektivs auf Änderungen.

Kameras werden häufig angehalten. Sie müssen dies tun, um sowohl die Länge der Belichtung als auch die Schärfentiefe zu steuern.

Teleskope werden selten angehalten. Sie möchten dies wahrscheinlich nur zur Beobachtung von Sonne oder Mond tun. Warum? Sie brauchen kein zusätzliches Licht, aber wenn Sie keinen APO-Refraktor haben, wird die chromatische Aberration beträchtlich verringert, wenn Sie ihn ausschalten. Ich hatte die Gelegenheit, das Galileo-Teleskop in Philadelphia zu sehen. Es hatte vielleicht einen Durchmesser von 1 bis 1,5 Zoll, wurde aber auf etwas Winziges wie 0,5 Zoll oder so eingestellt. Dies wurde getan, um die Aberrationen in seinen primitiven Linsen zu reduzieren.