Ich mache Bilder von einer Lichtquelle in einem wissenschaftlichen Labor und dachte, ich hätte all diese Dinge gut verstanden, aber jetzt zweifle ich nach einigen Ergebnissen an mir selbst. Das Wichtigste ist für mich, die größtmögliche Lichtintensität von meiner Quelle auf meinen Kamerasensor zu bekommen.
Wie wir alle wissen, fällt das verfügbare Licht mit 1/r^2 von der Quelle ab. Wenn Sie also näher sind, haben Sie im Prinzip eine bessere Chance, mehr Licht zu bekommen.
Unterschiedliche Objektive haben jedoch unterschiedliche Fähigkeiten, Licht zu sammeln, basierend auf ihrer Blendengröße (die als Blendenwert angegeben wird).
Eine typische Frage für uns ist also: Wenn wir eine bestimmte Lichtquelle haben, die wir abbilden, und wir haben zwei verschiedene Objektive mit zwei verschiedenen Brennweiten, aber der GLEICHEN minimalen Blende (z. B. 1,4), welches wird mehr sammeln hell? Angenommen, wir passen den Abstand von der Quelle so an, dass jedes Objektiv den gleichen Bereich abbildet.
Vielleicht haben wir also ein 25-mm-f1,4-Objektiv und ein 50-mm-f1,4-Objektiv. Wenn beide so positioniert sind, dass sie denselben Bereich abbilden (dh das 50-mm-Objektiv ist weiter von der Quelle entfernt als das 25-mm-Objektiv), was würde mehr Licht sammeln?
Beginnen wir mit Objektiven an derselben Stelle und wenden uns dann dem weiter entfernten Bewegen des längeren Objektivs zu, um das gleiche Sichtfeld zu erhalten.
Linsen an der gleichen Stelle
Das 50-mm-1:1,4-Objektiv hat eine effektive Blende, die den doppelten Durchmesser und die vierfache Fläche des 25-mm-1:1,4-Objektivs hat. Das 50-mm-Objektiv sammelt daher viermal so viel Licht (viermal so viele Photonen) von der Lichtquelle wie das 25-mm-Objektiv (vorausgesetzt, alle anderen Aspekte des Aufbaus sind identisch und die Lichtquelle passt in das Sichtfeld beider Objektive). ).
Das 50-mm-Objektiv erzeugt jedoch ein Bild, das in jeder Dimension doppelt so groß ist wie das 25-mm-Objektiv. Das bedeutet, dass die 4x so viele Photonen auf einer 4x größeren Fläche auf dem Sensor verteilt werden. Das Ergebnis ist, dass jede Linse die gleiche Anzahl von Photonen pro Pixel auf dem Sensor aufzeichnet. Aus diesem Grund arbeiten Fotografen mit Blendenzahlen: Bei der fotografischen Belichtung geht es darum, die Anzahl der Zählungen pro Pixel in einem vernünftigen Bereich zu halten (hoch genug für ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis, ohne den maximalen Wert zu überschreiten, den das Pixel aufzeichnen kann).
In diesem Setup hängt die Frage, „was mehr Licht sammelt“, davon ab, ob Sie auf Pixelbasis denken oder die Zählungen über das gesamte Bild der Lichtquelle integrieren.
Abstand der Linsen angepasst, um die gleiche Vergrößerung zu ergeben
Angenommen, wir bewegen das 50-mm-Objektiv doppelt so weit weg, sodass das Bild der Lichtquelle dieselbe Größe hat wie beim 25-mm-Objektiv.
Im Vergleich zur vorherigen Situation hat das 50-mm-Objektiv einen 1/r^2-Verlust von (1/2)^2 = 1/4, sodass es 1/4 so viele Photonen sammelt wie zuvor. Das heißt, es sammelt die gleiche Anzahl von Photonen wie das 25-mm-Objektiv bei halber Entfernung. Und da wir die Entfernung verschoben haben, um die Bildgröße gleich zu machen, fallen diese Photonen in den gleichen Bereich auf dem Sensor wie das 25-mm-Objektiv bei halber Entfernung.
Das 50-mm-1:1,4-Objektiv in doppelter Entfernung wie das 25-mm-1:1,4-Objektiv sammelt also tatsächlich die gleiche Anzahl von Photonen und bildet sie in denselben Bereich auf dem Sensor ab. Sowohl die Gesamtzahl der Photonen als auch die Photonen pro Pixel sind also für die beiden Setups gleich.
Hinweis: Es gibt eine Vielzahl realer Faktoren, die diese Äquivalenz leicht ins Wanken bringen könnten. Zum Beispiel weist AJ Henderson darauf hin, dass die funktionierende Blendenzahl für Objekte nicht im Unendlichen variiert und dass echte Objektive keine perfekte Transmission haben .
Ihre 25-mm-1:1,4- und 50-mm-1:1,4-Objektive sammeln genau die gleiche Lichtmenge - einer der Hauptgründe dafür, dass die Blendenzahl ein nützliches Konzept ist, ist, dass sie direkt die Fähigkeit zum Sammeln von Licht darstellt.
A. J. Henderson
Michael C