La raccolta della luce complessiva di un obiettivo dipende solo dall'apertura?

La mia impressione è che il valore di apertura di un obiettivo determini la sua capacità di raccolta della luce, ma non sono sicuro di capire come funziona ...

Quando si considera la raccolta della luce nei telescopi, dipende dal diametro della lente (o specchio) dell'obiettivo. Questo ha perfettamente senso per me, poiché la luce viene irradiata in tutte le direzioni, quindi un'area più ampia significa che raccogli più luce. Mi sembra che dovrebbe essere lo stesso anche per gli obiettivi della fotocamera: un obiettivo più grande catturerebbe più cono di luce dal soggetto e lo focalizzerebbe sul sensore.

Ciò che mi ha fatto pensare è che ho visto un obiettivo F / 0,95, ma non sembra enormemente più grande degli obiettivi F / 2.8, quindi non capisco la fisica di come funzionerebbe.

In sostanza sì, la capacità di raccolta della luce di un obiettivo è determinata dalla sua apertura massima. Anche le velocità di trasmissione dei materiali utilizzati hanno un effetto, ma sono molto ridotte.

L'intuizione è corretta in quanto ci si aspetterebbe che un obiettivo ad apertura grande abbia un barilotto grande, tuttavia l'apertura è specificata come un rapporto della dimensione * apparente ** dell'apertura dell'obiettivo divisa per la lunghezza focale. Quindi un obiettivo da 200 mm f / 2.0 deve avere un elemento frontale abbastanza grande da vedere un'apertura da 200 / 2,0 = 100 mm, quindi la canna deve essere di almeno 10 cm. Tuttavia, un 20mm f / 2.0 sembra avere solo un'apertura di 10mm, che è piccola rispetto alla maggior parte degli obiettivi.

Per complicare le cose, gli obiettivi grandangolari hanno bisogno di elementi frontali più grandi di quelli dettati dalla loro apertura per evitare la vignettatura attraverso il telaio. Per lunghezze focali inferiori a circa 50 mm, le dimensioni dell'obiettivo aumentano quando la lunghezza focale diminuisce nonostante le aperture, e quindi anche la capacità di raccolta della luce, diminuendo.

Ecco un bell'esempio, questo obiettivo Nikon è solo f / 2.8:

ma è assolutamente enorme, a causa della sua natura estremamente grandangolare.

* notare che 100 mm f / 2.0 non significa che l'apertura fisica al centro dell'obiettivo abbia in realtà un diametro di 50 mm, solo che l'immagine di detta apertura, vista attraverso la parte anteriore dell'obiettivo, sembra avere un diametro di 50 mm. L'apertura effettiva è spesso più piccola, ma l'elemento frontale dell'obiettivo deve essere abbastanza grande da contenere le sue dimensioni teoriche.

Hai quasi ragione sul fatto che il diametro fisico dell'obiettivo ha un effetto diretto sulle proprietà di raccolta della luce dell'obiettivo.

Tuttavia, è necessario prendere in considerazione anche la lunghezza focale dell'obiettivo.

La matematica è abbastanza semplice:

Apertura massima (F-Stop) = Lunghezza focale / Diametro dell'obiettivo

Ad esempio, scegliamo f / 4 in quanto è un bel numero rotondo facile ...

• Per ottenere f / 4 ad esempio a 400 mm, il diametro dell'obiettivo sarà 100 mm.
• Per ottenere f / 4 a 100 mm, il diametro dell'obiettivo dovrebbe essere di 25 mm.
• Per ottenere f / 4 a 50 mm, il diametro dell'obiettivo sarà di 12,5 mm.

Quindi, diciamo, un obiettivo da 50 mm, per ottenere f / 0,95 come indicato nella domanda, e poiché questo è inferiore a f / 1, il diametro dell'obiettivo dovrà effettivamente essere leggermente più grande della lunghezza focale dell'obiettivo a 52,63 millimetri.

Nota che potrebbe essere più semplice cambiare l'equazione in:

Diametro dell'obiettivo = Lunghezza focale / Apertura massima (F-Stop)

Per quanto riguarda la tua domanda originale su un obiettivo f / 0.95 non molto più grande di un obiettivo af / 2.8, devi assicurarti che entrambi gli obiettivi avessero la stessa lunghezza focale. Quindi vedresti che lo 0,95 era davvero più grande del 2.8 e usando l'equazione sopra, puoi capire esattamente quali diametri delle lenti fisiche dovrebbero essere in ciascuno ;-)

Spero che abbia un senso???

Altri hanno già spiegato la differenza tra la pupilla d'ingresso e l'obiettivo anteriore. Vorrei aggiungere una parola sul perché il potere di raccolta della luce è dato dai numeri F.

La differenza tra un telescopio e un obiettivo fotografico è che di solito si utilizza un telescopio per immagini di piccoli oggetti (di piccole dimensioni angolari). Quindi il soggetto si adatterà quasi sempre al campo visivo, indipendentemente dalla lunghezza focale dell'oscilloscopio. Al contrario, molto spesso usi una fotocamera per catturare un'intera scena che riempie completamente il fotogramma. Quindi, lunghezze focali più brevi ti consentono di catturare più scena ... e quindi più luce!

Ciò fa una grande differenza nel modo in cui viene apprezzato il "potere di raccolta della luce". Per un astronomo, il potere di raccolta della luce è la capacità di un ambito di raccogliere flusso luminoso da una piccola fonte che fornisce un determinato illuminamento sulla terra. È quindi equivalente alla superficie della pupilla d'ingresso. Per un fotografo, il potere di raccolta della luce è la capacità di un obiettivo (o di una fotocamera) di raccogliere il flusso luminoso da una scena estesa con una luminanza media data . Dipende quindi sia dalla pupilla d'ingresso che dal campo visivo. Ecco perché usiamo i numeri f anziché i diametri di apertura grezzi.

Vedi anche questa risposta a una domanda correlata .

Pensa a fermare il telescopio. Molti cannocchiali sono dotati di tappi delle lenti che hanno un foro circolare al centro con un tappo secondario su quello.

Se si utilizza l'oscilloscopio con il copriobiettivo ATTIVO ma con il copriobiettivo secondario DISATTIVATO, si è arrestato l'oscilloscopio. L'oscilloscopio F8 potrebbe ora essere, ad esempio, un oscilloscopio f20 senza modifiche al diametro dell'obiettivo . Questo mi ha davvero spaventato da quando ho iniziato con i telescopi davanti alle telecamere e avevo la stessa confusione che hai tu.

Hai una vecchia macchina da presa da 35 mm seduta in giro? Apri la schiena e guarda attraverso l'obiettivo, in sostanza, il tuo occhio è ora il film. Premi l'otturatore. Vedrai un breve lampo di luce attraverso l'apertura prevalentemente circolare. (Ancora meglio, imposta la velocità dell'otturatore su un valore più basso in modo che il breve flash sia meno breve.) Ora gioca con l'impostazione dell'apertura, confronta, dì f2.8 con f16. Notare come cambia la dimensione del foro circolare?

Se non hai una vecchia macchina da presa, prova questa con la tua DSLR, ma guardando nella parte anteriore, cerca qualcosa da cambiare all'interno dell'obiettivo, diretto al centro, mentre giochi con l'apertura.

Le telecamere si fermano molto. È necessario eseguire questa operazione sia per modificare la lunghezza dell'esposizione sia per controllare la profondità di campo.

I telescopi vengono raramente fermati. Probabilmente vuoi farlo solo per l'osservazione solare o lunare. Perché? Non hai bisogno della luce extra ma a meno che tu non abbia un rifrattore APO, fermarlo diminuirà considerevolmente l'aberrazione cromatica. Ho avuto la possibilità di vedere il telescopio Galileo a Filadelfia. Aveva forse un diametro da 1 a 1,5 pollici, ma è stato fermato a qualcosa di minuscolo, come 0,5 "o giù di lì! Questo è stato fatto per ridurre le aberrazioni nelle sue lenti primitive.