Là tập hợp ánh sáng tổng thể của một ống kính chỉ phụ thuộc vào khẩu độ?

Ấn tượng của tôi là giá trị khẩu độ của ống kính quyết định khả năng thu thập ánh sáng của nó, nhưng tôi không chắc tôi hiểu cách thức hoạt động của nó ...

Khi xem xét thu thập ánh sáng trong kính thiên văn, nó phụ thuộc vào đường kính của vật kính (hoặc gương). Điều này có ý nghĩa hoàn hảo với tôi, vì ánh sáng được chiếu theo mọi hướng, vì vậy một khu vực lớn hơn có nghĩa là bạn thu thập được nhiều ánh sáng hơn. Đối với tôi, dường như nó cũng giống với ống kính máy ảnh - một ống kính lớn hơn sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn từ đối tượng và tập trung vào cảm biến.

Điều khiến tôi suy nghĩ về nó là tôi đã thấy một ống kính F / 0.95, nhưng nó trông không lớn hơn ống kính F / 2.8, vì vậy tôi không hiểu vật lý của nó sẽ hoạt động như thế nào.

Về cơ bản là có, khả năng thu thập ánh sáng của ống kính được xác định bởi khẩu độ tối đa của nó. Tốc độ truyền của các vật liệu được sử dụng cũng có ảnh hưởng nhưng nó rất nhỏ.

Trực giác của bạn là chính xác ở chỗ bạn sẽ mong muốn một ống kính khẩu độ lớn có nòng lớn, tuy nhiên khẩu độ được chỉ định là tỷ lệ của kích thước * rõ ràng của độ mở ống kính chia cho độ dài tiêu cự. Vì vậy, ống kính 200mm f / 2.0 phải có phần tử phía trước đủ lớn để nhìn thấy khẩu độ 200 / 2.0 = 100mm, vì vậy nòng súng phải có ít nhất 10cm. Tuy nhiên, một khẩu độ f / 2.0 chỉ có khẩu độ 10 mm, nhỏ so với hầu hết các kích thước ống kính.

Để làm phức tạp vấn đề ống kính góc rộng cần các yếu tố phía trước lớn hơn so với quy định bởi khẩu độ của chúng để ngăn chặn hiện tượng mờ trên khung. Đối với độ dài tiêu cự ngắn hơn khoảng 50mm, kích thước ống kính tăng khi tiêu cự giảm mặc dù khẩu độ, và do đó khả năng thu thập ánh sáng cũng giảm.

Đây là một ví dụ hay, ống kính Nikon này chỉ có f / 2.8:

nhưng là hoàn toàn lớn, do tính chất góc cực rộng của nó.

* lưu ý rằng 100mm f / 2.0 không có nghĩa là lỗ mở vật lý ở giữa ống kính thực sự có đường kính 50mm, chỉ có hình ảnh mở nói khi nhìn qua mặt trước của ống kính dường như có đường kính 50mm. Độ mở thực tế thường nhỏ hơn, nhưng phần tử phía trước ống kính phải đủ lớn để phù hợp với kích thước lý thuyết của nó.

Bạn gần như đúng rằng đường kính vật lý của ống kính có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất thu thập ánh sáng của ống kính.

Tuy nhiên, bạn cũng cần tính đến độ dài tiêu cự của ống kính.

Toán học khá đơn giản:

Khẩu độ tối đa (F-Stop) = Tiêu cự / Đường kính ống kính

Ví dụ: hãy chọn f / 4 vì đây là số tròn dễ dàng ...

• Để đạt được f / 4 chẳng hạn ở 400mm, đường kính của ống kính sẽ là 100mm.
• Để đạt được f / 4 ở 100mm, đường kính của ống kính sẽ phải là 25 mm.
• Để đạt được f / 4 ở 50mm, đường kính của ống kính sẽ là 12,5mm.

Vì vậy, giả sử, một ống kính 50mm, để đạt được f / 0.95 như bạn đã nêu trong câu hỏi của mình và vì nó nhỏ hơn f / 1, đường kính của ống kính thực sự sẽ cần phải lớn hơn một chút so với tiêu cự của ống kính tại 52,63mm.

Lưu ý có thể dễ dàng hơn để chuyển phương trình sang:

Đường kính ống kính = Tiêu cự / Khẩu độ tối đa (F-Stop)

Vì vậy, đối với câu hỏi ban đầu của bạn về ống kính f / 0.95 không lớn hơn nhiều so với ống kính af / 2.8, bạn sẽ cần đảm bảo rằng cả hai ống kính có cùng độ dài tiêu cự. Sau đó, bạn sẽ thấy rằng 0,95 thực sự lớn hơn 2,8 và sử dụng phương trình trên, bạn có thể tìm ra chính xác đường kính của các thấu kính vật lý nên ở mỗi ;-)

Tôi hy vọng điều đó đúng???

Những người khác đã giải thích sự khác biệt giữa học sinh đầu vào và ống kính phía trước. Tôi muốn thêm một từ cho lý do tại sao sức mạnh thu thập ánh sáng được đưa ra bởi các số F.

Sự khác biệt giữa kính thiên văn và ống kính nhiếp ảnh là bạn thường sử dụng kính viễn vọng để chụp ảnh các vật thể nhỏ (kích thước góc nhỏ). Sau đó, đối tượng của bạn sẽ hầu như luôn phù hợp trong lĩnh vực xem, không phân biệt độ dài tiêu cự của phạm vi. Ngược lại, bạn thường sử dụng máy ảnh để chụp toàn bộ khung cảnh hoàn toàn lấp đầy khung hình. Sau đó, độ dài tiêu cự ngắn hơn cho phép bạn chụp được nhiều cảnh hơn ... và do đó nhiều ánh sáng hơn!

Điều này tạo ra sự khác biệt lớn trong cách đánh giá cao sức mạnh của ánh sáng. Đối với một nhà thiên văn học, năng lượng thu thập ánh sáng là khả năng của một phạm vi thu thập thông lượng phát sáng từ một nguồn nhỏ cung cấp một độ chiếu sáng nhất định trên trái đất. Do đó, nó tương đương với diện tích bề mặt của đồng tử vào. Đối với một nhiếp ảnh gia, khả năng thu thập ánh sáng là khả năng của một ống kính (hoặc máy ảnh) để thu thập thông lượng phát sáng từ một cảnh mở rộng của độ chói trung bình nhất định . Sau đó, nó phụ thuộc vào cả học sinh đầu vào và lĩnh vực xem. Đó là lý do tại sao chúng tôi sử dụng số f thay vì đường kính khẩu độ thô.

Xem thêm câu trả lời này cho một câu hỏi liên quan .

Hãy suy nghĩ về việc dừng kính viễn vọng của bạn. Nhiều phạm vi đi kèm với nắp ống kính có một lỗ tròn cắt ở trung tâm với nắp thứ cấp trên đó.

Nếu bạn vận hành phạm vi của mình với nắp ống kính BẬT nhưng nắp thứ cấp TẮT thì bạn đã dừng phạm vi của mình. Phạm vi f8 của bạn bây giờ có thể là, phạm vi f20 mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với đường kính ống kính mục tiêu . Điều này thực sự làm tôi bối rối kể từ khi tôi bắt đầu sử dụng kính viễn vọng trước máy ảnh và tôi cũng có sự nhầm lẫn giống hệt bạn.

Bạn có một máy ảnh phim 35mm cũ ngồi xung quanh? Mở ra phía sau và nhìn qua ống kính, về cơ bản, mắt của bạn bây giờ là bộ phim. Nhấn nút chụp. Bạn sẽ thấy một tia sáng ngắn qua khẩu độ chủ yếu là hình tròn. (Thậm chí tốt hơn, cài đặt tốc độ màn trập chậm để đèn flash ngắn gọn hơn.) Bây giờ hãy chơi với cài đặt khẩu độ, so sánh, giả sử f2.8 với f16. Chú ý kích thước của lỗ tròn thay đổi như thế nào?

Nếu bạn không có máy ảnh phim cũ, hãy thử điều này với máy ảnh DSLR của bạn, nhưng nhìn về phía trước, hãy tìm thứ gì đó để thay đổi bên trong ống kính, trung tâm trực tiếp, khi bạn chơi với khẩu độ.

Máy ảnh bị dừng lại rất nhiều. Bạn cần làm điều này để vừa thay đổi độ dài phơi sáng cũng như kiểm soát độ sâu trường ảnh.

Kính thiên văn hiếm khi dừng lại. Bạn có thể chỉ muốn làm điều đó cho quan sát mặt trời hoặc mặt trăng. Tại sao? Bạn không cần thêm ánh sáng nhưng trừ khi bạn có khúc xạ APO, việc dừng nó xuống sẽ làm giảm quang sai màu đáng kể. Tôi đã có cơ hội nhìn thấy kính viễn vọng Galileo ở Philadelphia. Nó có thể có đường kính từ 1 đến 1,5 inch nhưng nó đã bị dừng lại ở một thứ nhỏ bé, như 0,5 "hoặc hơn thế! Điều này được thực hiện để giảm quang sai trong ống kính nguyên thủy của anh ta.