ズームインすると画像が暗くなるのはなぜですか？

レンズの焦点距離が長くなると、レンズを通過してミラー/センサーに到達する光子が少なくなります。

ビューファインダーを覗いてズームレンズでズームインしたときに暗くなり、逆に明るくなるのはなぜですか？

なぜ望遠レンズは広角レンズよりも長いシャッター時間を必要としないのですか？

この質問に対する答えは、観察が正しいためにズームレンズがどのように機能するかを説明することを中心に展開します。25mmから50mmにズームすると、開口部の動作直径が変わらない場合、画像の輝度はその強度に関して4倍の損失になります。別の言い方をすれば、焦点距離を2倍にすると暗くなり、ズーム前の明るさのわずか25％になります。正しい場合、この光損失はどのように防止されますか？

レンズに入ることができる光エネルギーの量は、虹彩絞り（開口部）の作用直径に直接関連しています。作業径が大きくなるほど、表面積が大きくなり、レンズがより多く集光できます。

最新のズームレンズには、ほとんどのズームで画像の明るさを同じに保つスリーブがあります。一部のハイエンドズームは、ズーム全体を通して画像の明るさを維持します。これがどのように機能するか：レンズを正面から見たときに見られる開口部の直径は、実際よりも大きく見えます。これは、ズームレンズのレンズ要素の前のグループが拡大するため、この入射円の直径が現実よりも大きく見えるためです。

さらに、ズームすると、前部レンズ群と虹彩絞りからの距離も変化します。これにより、見かけ上の直径の変化が生じます。それが明らかであり、実際の変更ではないという事実は重要ではありません。外から見ると、この変化は本物のように見えます。このアクションにより、ズームするにつれて、より多くの光エネルギーを入力できます。

前に言ったように、いくつかのハイエンドズームはズーム全体を通過するのに適しています。これらは、一定開口ズームと呼ばれます。低価格のズームは、ズームの最後の80％程度まで一定の開口を維持します。これらは失敗し、あなたが求めている光の損失を被ります。

番号付けのf / stopシステムは、同じf / stop番号の異なるレンズが同じ露出を見ることができるように特別に考案されました。これには、広角レンズと望遠レンズが含まれます。F /ストップ番号=焦点距離/有効口径。

また、広角レンズは（より広い領域から）より多くの光子を全体的に収集できます。ただし、焦点距離が2倍長い（100 mm対50 mm）と、被写体が2倍大きく見えます。ただし、望遠レンズ（および同じセンサーサイズ）を使用すると、視野が1/4に見えます。被写体が大きく均等に照明された空白の壁（これを複雑にする特別な領域がない）であると仮定すると、1/4の光（光子、引数）が表示されますが、1/4の領域では、単位あたりの同じ光ですエリア。露光は、フレーム領域全体の総フォトンではなく、単位面積あたりの光についてです（フレームの明るい右端はフォトンを追加しますが、暗い左側の適切な露光は変更しません）。

ズームインすると画像が暗くなるのはなぜですか？

入射瞳のサイズが一定のままである場合は、一定です。

しかし、可変最大開口を備えたズームレンズであっても、レンズがズームされるときと同じ入射瞳サイズを維持するズームレンズはほとんどありません。

レンズの焦点距離が長くなると、レンズを通過してミラー/センサーに到達する光子が少なくなります。

繰り返しますが、入射瞳のサイズが一定のままである場合のみです。

ただし、同じF値を維持するには、入射瞳の直径が焦点距離と同じ割合で拡大する必要があります。同じ焦点距離を維持するには、焦点距離を2倍にした場合、入射瞳の直径（epの面積を4倍にする）も2倍にする必要があります。

絞りの物理的なサイズは、レンズのF値として表される最大開口を決定するものの一部にすぎません。レンズの前面と絞りの位置の間の倍率も影響します。開口のf値は、レンズの焦点距離を入射瞳の直径で割った比によって決まります。これは、有効開口と呼ばれることもあります。

簡単な言葉で言えば、入射瞳の直径は、レンズの前面から見たときに、絞りの開口部がどれだけ広く見えるかによって定義されます。

あなたの例では、画角114°の14mmレンズにはf / 2.8で5mm幅の入射瞳があります。DSLRおよびほとんどのミラーレスカメラにとっても、14mmレンズはレトロフォーカス設計と呼ばれるものです。多かれ少なかれ、望遠レンズが後方に向きを変えるのと同等です。そのため、開口絞りとレンズの前面の間の「倍率」は負になります。つまり、入射瞳は実際の横隔膜のサイズよりも小さく見えます！一方、画角27°の90mmレンズでは、f / 2.8の場合、直径32mmの入射瞳が必要です。これは、f / 2.8での14mmレンズの5mmの入射瞳よりも6.4倍広い、または41倍の面積です。

定口径ズームレンズを動かして焦点距離を変えると、レンズの前面と絞りの間の倍率は、通常は変わるものであり、絞りの物理的なサイズではありません。この倍率の変化により、同じ物理絞りで入射瞳が長い焦点距離で大きく見え、短い焦点距離で小さく見えるようになります。70-200mm f / 2.8レンズは、直径70mmおよびf / 2.8で直径25mmの入射瞳を持っています。200mmでは、f / 2.8の入射瞳は幅が71mmを少し超えています。実際の物理的な横隔膜は、両方のケースで同じサイズです。変更されたのは、ダイアフラムアセンブリとレンズの前面の間の倍率です。

この同じ原理は通常、可変開口ズームレンズでも同様に作用することに注意してください。たとえば、18-300mm f / 3.5-5.6ズームレンズを考えてみましょう。18mmでは、f / 3.5の入射瞳幅は約5.14mmです。300mmでは、f / 5.6の入射瞳は幅53.6mmの10倍以上です。最大300mmおよびf / 5.6でズームアウトするほとんどのズームレンズには、直径54mmよりわずかに大きいフロントエレメントがあります。必要な入射瞳サイズが理由です！300mmの入射瞳の幅が5.14mmのままで、18mmとf / 3.5の場合、300mmの最大開口はf / 58になります。

それでは、なぜすべてのズームレンズがズーム範囲全体を通して一定の開口を維持するのに十分な倍率を使用しないのでしょうか？主に、一定の開口レンズを製造するために必要な追加のサイズ、重量、および複雑さに関連するコスト。

ファインダーを通して見ている間、あなたの生徒は補償のために膨張します。

はい、あなたの推論は正しいです、他のすべての要因が変わらないと仮定すると、ズームインすると画像が暗くなります。

自動露出モードが使用されている場合、カメラは露出時間、ISO、または絞りを調整することで、単に暗くなるのを補正します。手動モードに切り替えるか、ズームしながら表示されている写真の設定を調べて、これらのパラメーターと見かけの明るさの関係を確認します。