Pourquoi l'image ne s'assombrit-elle pas plus vous zoomez?

À mesure que la distance focale de votre objectif s'allonge, moins de photons passent à travers l'objectif pour toucher le miroir / capteur.

Pourquoi ne voyez-vous pas un assombrissement lorsque vous regardez dans le viseur et effectuez un zoom avant avec un zoom, et un éclaircissement inversement?

Pourquoi les téléobjectifs n'ont-ils pas besoin de temps d'obturation plus longs que les objectifs grand angle?

La réponse à cette question consiste à expliquer le fonctionnement des zooms car vous avez raison dans votre observation: lorsque vous zoomez à des grossissements de plus en plus élevés, l'image s'assombrit à moins qu'une compensation ne soit appliquée. Supposons que vous zoomiez de 25 mm à 50 mm, si le diamètre de travail de l'ouverture reste inchangé, la luminosité de l'image subirait une perte de 4x quant à son intensité. Autrement dit, chaque doublement de la distance focale diminuera, il ne sera que 25% aussi lumineux qu'avant le zoom. Si c'est vrai, comment cette perte de lumière est-elle évitée?

La quantité d'énergie lumineuse qui peut pénétrer dans l'objectif est directement liée au diamètre de travail du diaphragme à iris (ouverture). Plus le diamètre de travail est grand, plus la surface est grande, plus la lentille peut recueillir de lumière.

L'objectif zoom moderne a une astuce dans sa manche qui maintient la luminosité de l'image la même la plupart du zoom. Certains zooms haut de gamme conservent la luminosité de l'image tout au long du zoom. Comment cela fonctionne: Le diamètre de l'ouverture tel que vu en regardant l'objectif de face semble plus grand qu'il ne l'est réellement. En effet, le groupe avant d'éléments de l'objectif de l'objectif zoom grossit ainsi le diamètre de ce cercle d'entrée semble plus grand que la réalité.

De plus, lorsque vous zoomez, la distance par rapport au groupe d'objectifs avant et au diaphragme à iris change également. Cela induit un changement apparent de diamètre. Le fait qu'il soit apparent et qu'il ne s'agisse pas d'un véritable changement est sans importance. De l'extérieur, ce changement semble réel et cette action permet à de plus en plus d'énergie lumineuse d'entrer lorsque vous zoomez.

Comme je l'ai dit plus tôt, certains zooms haut de gamme permettent de parcourir l'intégralité du zoom. On parle de zoom à ouverture constante. Les zooms moins chers gardent une ouverture constante jusqu'à environ 80% du zoom, ils échouent et subissent la perte de lumière que vous demandez.

Le système de numérotation f / stop est spécialement inventé pour garantir que différents objectifs avec le même numéro f / stop verront la même exposition. Cela inclut vos objectifs grand angle et téléobjectif. F / nombre d'arrêt = distance focale / diamètre d'ouverture effectif.

En outre, l'objectif grand angle peut collecter plus de photons totaux (à partir d'une zone plus large). Cependant, une distance focale 2x plus longue (100 mm vs 50 mm) fait apparaître le sujet 2x plus grand, sauf que notre téléobjectif (et la même taille de capteur) recadre notre vue sur 1/4 de la zone encore visible. En supposant que notre sujet était un grand mur blanc uniformément éclairé (pas de zones spéciales pour compliquer cela), alors nous voyons 1/4 de la lumière (photons, votre argument), mais dans 1/4 de la zone, qui est la même lumière par unité de région. L'exposition concerne la lumière par unité de surface, pas le nombre total de photons dans toute la zone du cadre (un bord droit brillant du cadre ajoute des photons, mais ne modifie pas l'exposition appropriée d'un côté sombre gauche).

Pourquoi l'image ne s'assombrit-elle pas plus vous zoomez?

Si la taille de la pupille d'entrée reste constante, c'est le cas.

Mais très peu d'objectifs zoom, même ceux avec des ouvertures maximales variables, conservent la même taille de pupille d'entrée que l'objectif est zoomé.

À mesure que la distance focale de votre objectif s'allonge, moins de photons passent à travers l'objectif pour toucher le miroir / capteur.

Encore une fois, seulement si la taille de la pupille d'entrée reste constante.

Mais pour maintenir le même nombre f, le diamètre de la pupille d'entrée doit évoluer au même rythme que la distance focale. Si vous doublez la distance focale, vous devez également doubler le diamètre de la pupille d'entrée, qui quadruple la surface de l'ep, pour maintenir le même nombre f.

La taille physique du diaphragme n'est qu'une partie de ce qui détermine l'ouverture maximale, exprimée en nombre f, d'un objectif. Le grossissement entre l'avant de l'objectif et l'emplacement du diaphragme joue également un rôle. Le nombre f d'une ouverture est déterminé par le rapport de la distance focale de l'objectif divisé par le diamètre de la pupille d'entrée , souvent appelé ouverture effective.

Dans un langage simple, le diamètre de la pupille d'entrée est défini par la largeur de l'ouverture du diaphragme lorsqu'il est vu à travers l'avant de la lentille .

Dans votre exemple, un objectif de 14 mm avec un angle de vue de 114 ° a une pupille d'entrée de 5 mm de large à f / 2,8. Pour les reflex numériques et même la plupart des appareils photo sans miroir, un objectif de 14 mm est ce que l'on appelle un design rétrofocus. C'est plus ou moins l'équivalent d'un téléobjectif tourné vers l'arrière. Le «grossissement» entre le diaphragme d'ouverture et l'avant de l'objectif est donc négatif. Autrement dit, la pupille d'entrée semble plus petite que la taille réelle du diaphragme physique! En revanche, un objectif de 90 mm avec un angle de vue de 27 ° nécessite une pupille d'entrée de 32 mm de diamètre pour f / 2,8. C'est 6,4 fois plus large, soit 41 fois plus de surface que la pupille d'entrée de 5 mm de l'objectif 14 mm à f / 2,8.

Lorsque les objectifs à zoom à ouverture constante sont déplacés pour changer la distance focale, le grossissement entre l'avant de l'objectif et le diaphragme est ce qui change normalement, pas la taille physique du diaphragme. Ce changement d'agrandissement est ce qui permet à la pupille d'entrée d'apparaître plus grande à des focales plus longues et plus petite à des focales plus courtes pour le même diaphragme physique. Un objectif 70-200 mm f / 2,8 a une pupille d'entrée de 25 mm de diamètre à 70 mm et f / 2,8. À 200 mm, la pupille d'entrée à f / 2,8 est un peu plus de 71 mm de large. Le diaphragme physique réel est de la même taille dans les deux cas. Ce qui a changé, c'est le grossissement entre le diaphragme et l'avant de l'objectif.

Notez que ce même principe est généralement utilisé avec les zooms à ouverture variable. Prenez, par exemple, un zoom 18-300 mm f / 3,5-5,6. À 18 mm, la pupille d'entrée pour f / 3,5 a une largeur d'environ 5,14 mm. À 300 mm, la pupille d'entrée pour f / 5,6 est plus de dix fois supérieure à 53,6 mm de large. Notez que la plupart des zooms qui atteignent un maximum de 300 mm et f / 5,6 ont des éléments avant légèrement supérieurs à 54 mm de diamètre. La taille nécessaire de la pupille d'entrée est la raison! Si la pupille d'entrée à 300 mm avait encore une largeur de 5,14 mm comme elle l'est à 18 mm et f / 3,5, l'ouverture maximale à 300 mm serait de f / 58!

Alors pourquoi tous les zooms n'utilisent-ils pas suffisamment d'agrandissement pour rester à une ouverture constante sur toute la plage de zoom? Principalement le coût associé à la taille, au poids et à la complexité supplémentaires nécessaires pour produire une lentille à ouverture constante.

Vos pupilles se dilatent pour compenser tout en regardant dans le viseur.

Oui, votre raisonnement est correct, l'image devient plus sombre lorsque vous zoomez, en supposant que tous les autres facteurs restent inchangés .

Lorsque le mode d'exposition automatique est utilisé, votre appareil photo compense simplement l'assombrissement en ajustant le temps d'exposition, l'ISO ou l'ouverture. Passez en mode manuel ou examinez les paramètres photo affichés pendant le zoom pour voir les relations entre ces paramètres et la luminosité apparente.