¿Por qué la imagen no se oscurece cuanto más se acerca?

La respuesta a esta pregunta gira en torno a explicar cómo funcionan los lentes de zoom porque tiene razón en su observación: a medida que aumenta el zoom a aumentos cada vez mayores, la imagen se atenúa a menos que se aplique alguna compensación. Supongamos que hace zoom de 25 mm a 50 mm, si el diámetro de trabajo de la apertura permanece sin cambios, el brillo de la imagen sufriría una pérdida de 4x en cuanto a su intensidad. Dicho de otra manera, cada duplicación de la distancia focal se atenuará, será solo un 25% más brillante que antes del zoom. Si es cierto, ¿cómo se evita esta pérdida de luz?

La cantidad de energía luminosa que puede entrar en la lente está directamente relacionada con el diámetro de trabajo del diafragma del iris (apertura). Cuanto mayor sea el diámetro de trabajo, mayor será el área de superficie y más luz podrá captar la lente.

El objetivo de zoom moderno tiene un truco bajo la manga que mantiene el mismo brillo de la imagen durante la mayor parte del zoom. Algunos zooms de gama alta mantienen el brillo de la imagen durante todo el zoom. Cómo funciona: el diámetro de la apertura, como se ve al mirar la lente desde el frente, parece más grande de lo que realmente es. Esto se debe a que el grupo frontal de elementos de lente de la lente de zoom aumenta, por lo que el diámetro de este círculo de entrada parece más grande que la realidad.

Además, a medida que hace zoom, la distancia desde el grupo de lentes frontales y el diafragma del iris también cambian. Esto induce un cambio de diámetro aparente. El hecho de que sea aparente y no un cambio real no es importante. Desde afuera mirando hacia adentro, este cambio parece real y esta acción permite que entre más y más energía de luz a medida que hace zoom.

Como dije antes, algunos zooms de gama alta son buenos para recorrer todo el zoom. Estos se llaman zooms de apertura constante. Los zooms de menor precio mantienen una apertura constante hasta el último 80% del zoom, estos fallan y sufren la pérdida de luz por la que pregunta.

¿Por qué la imagen no se oscurece cuanto más se acerca?

Si el tamaño de la pupila de entrada permanece constante, lo hace.

Pero muy pocos objetivos con zoom, incluso aquellos con aperturas máximas variables, mantienen el mismo tamaño de pupila de entrada a medida que se amplía el objetivo.

A medida que la distancia focal de su lente se alarga, menos fotones pasan a través de la lente para golpear el espejo/sensor.

Nuevamente, solo si el tamaño de la pupila de entrada permanece constante.

Pero para mantener el mismo número f, se requiere que el diámetro de la pupila de entrada se amplíe al mismo ritmo que la distancia focal. Si duplica la distancia focal, también debe duplicar el diámetro de la pupila de entrada, lo que cuadruplica el área del ep, para mantener el mismo número f.

El tamaño físico del diafragma es solo una parte de lo que determina la apertura máxima, expresada como un número f, de una lente. La ampliación entre el frente de la lente y la ubicación del diafragma también juega un papel. El número f de una apertura está determinado por la relación de la distancia focal de la lente dividida por el diámetro de la pupila de entrada , a menudo denominada apertura efectiva.

En un lenguaje sencillo, el diámetro de la pupila de entrada se define por la amplitud de la apertura del diafragma cuando se ve a través del frente de la lente .

En su ejemplo, una lente de 14 mm con un ángulo de visión de 114° tiene una pupila de entrada de 5 mm de ancho en f/2.8. Para las DSLR e incluso para la mayoría de las cámaras sin espejo, una lente de 14 mm es lo que se llama un diseño de enfoque retro. Es más o menos el equivalente a un teleobjetivo al revés. Entonces, el 'aumento' entre el diafragma de apertura y el frente de la lente es negativo. Es decir, ¡la pupila de entrada parece más pequeña que el tamaño real del diafragma físico! Por otro lado, una lente de 90 mm con un ángulo de visión de 27° requiere una pupila de entrada de 32 mm de diámetro para f/2.8. Eso es 6.4X más ancho, o 41X más área que la pupila de entrada de 5 mm de la lente de 14 mm en f/2.8.

Cuando las lentes de zoom de apertura constante se mueven para cambiar la distancia focal, lo que normalmente cambia es la ampliación entre la parte frontal de la lente y el diafragma, no el tamaño físico del diafragma. Este cambio en el aumento es lo que permite que la pupila de entrada parezca más grande en distancias focales más largas y más pequeña en distancias focales más cortas para el mismo diafragma físico. Un objetivo de 70-200 mm f/2,8 tiene una pupila de entrada de 25 mm de diámetro a 70 mm y f/2,8. A 200 mm, la pupila de entrada en f/2.8 tiene un poco más de 71 mm de ancho. El diafragma físico real es del mismo tamaño en ambos casos. Lo que ha cambiado es la cantidad de aumento entre el conjunto del diafragma y el frente de la lente.

Tenga en cuenta que este mismo principio suele aplicarse también a los objetivos con zoom de apertura variable. Tomemos, por ejemplo, un objetivo zoom de 18-300 mm f/3,5-5,6. A 18 mm, la pupila de entrada para f/3.5 tiene aproximadamente 5,14 mm de ancho. A 300 mm, la pupila de entrada para f/5,6 es más de diez veces superior a 53,6 mm de ancho. Tenga en cuenta que la mayoría de los objetivos zoom que alcanzan un máximo de 300 mm y f/5,6 tienen elementos frontales que tienen un diámetro ligeramente superior a los 54 mm. ¡El tamaño necesario de la pupila de entrada es la razón! Si la pupila de entrada a 300 mm tuviera todavía 5,14 mm de ancho como lo es a 18 mm y f/3,5, ¡la apertura máxima a 300 mm sería f/58!

Entonces, ¿por qué no todas las lentes de zoom usan suficiente aumento para permanecer en una apertura constante en todo el rango de zoom? Principalmente, el costo asociado con el tamaño, el peso y la complejidad adicionales necesarios para producir una lente de apertura constante.

El sistema de numeración f/stop se inventó especialmente para garantizar que diferentes lentes con el mismo número f/stop vean la misma exposición. Esto incluye sus lentes gran angular y teleobjetivo. F/número de parada = longitud focal / diámetro de apertura efectivo.

Además, la lente gran angular puede recolectar un mayor total de fotones (de un área más amplia). Sin embargo, una distancia focal 2 veces más larga (100 mm frente a 50 mm) hace que el sujeto parezca 2 veces más grande, excepto que nuestro teleobjetivo (y el mismo tamaño de sensor) recorta nuestra vista a 1/4 del área aún visible. Suponiendo que nuestro sujeto fuera una gran pared en blanco uniformemente iluminada (sin áreas especiales que compliquen esto), entonces vemos 1/4 de la luz (fotones, su argumento), pero en 1/4 del área, que es la misma luz por unidad de zona. La exposición se refiere a la luz por unidad de área, no al total de fotones en toda el área del encuadre (un borde brillante a la derecha del encuadre agrega fotones, pero no cambia la exposición adecuada de un lado oscuro a la izquierda).

Tus pupilas se dilatan para compensar mientras miras a través del visor.

Sí, su razonamiento es correcto, la imagen se oscurece a medida que aumenta el zoom, suponiendo que todos los demás factores permanezcan sin cambios .

Cuando se usa el modo de exposición automática, su cámara simplemente compensa el oscurecimiento ajustando el tiempo de exposición, ISO o apertura. Cambie al modo manual o examine la configuración de la foto que se muestra mientras hace zoom para ver las relaciones entre esos parámetros y el brillo aparente.