Om teleförlängare och bländare

I tråden om Canons nyheter (bl.a. nya teleförlängare) dök frågan upp om varför man förlorar ljus med en teleförlängare.

Thomas har helt rätt. Även teoretiskt sett är det omöjligt att bygga en teleförlängare som bevarar bländartalet på det ursprungliga objektivet.

Anledningen är att en teleförlängare ökar brännvidden, men inte öppningen för ljusinsläpp.

Nedan gör jag ett försök till att utförligt förklaring varför och på kuppen går jag igenom det märkliga sättet som man anger bländare på. På slutet börjar jag resonera kring grundläggande egenskaper hos objektiv och varför man inte kan få in hur mycket ljus som helst.

1. Hur och varför om bländartal

Bländare är en märklig tingest. Lite som hålen i en ost. Det är i princip en öppning som släpper in ljus.

Storleken på öppningen anges som en kvot, det så kallade bländartalet (eller f-nummret). Det beräknas så här:

bländartal = brännvidd / diameter på bländaröppningen

Skrivsättet f/16 betyder alltså att diametern på bländaröppningen är en sextondel så stor som brännvidden.

Det kan tyckas att det vore enklare att ange bländarstorleken som XY mm diameter på bländaröppningen, men eftersom mängden ljus som släpps in även beror på brännvidden (varför gör det det? se nedan) så underlättar det om man anger bländarstorleken relativt brännvidden.

Bländartalen går i steg om (läs: multiplicera med) kvadratroten ur 2 (vilket är cirka 1,4) eftersom det ger den relativa förändringen på diametern om man dubblerar arean på hålet. Ett bländarsteg dubblerar/halverar alltså arean på bländaröppningen.

f/1; f/1,4; f/2; f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11; f/16; osv.

Allt detta var särdelse viktigt förut innan man hade automatisk exponeringsmätning. Då fick man först mäta hur ljust det var på den plats man skulle fotografera och sedan beräkna en lämplig kombination av bländare och exponeringstid. Eftersom samma bländare ger samma exponering, oavsett brännvidd, så behövde man inte ta hänsyn till brännvidden vid denna beräkning. Dessutom är det väldigt praktiskt att ett bländarsteg motsvarar en fördubbling/halvering av mängden ljus. Så det var bara till att dubblera/halvera exponeringstiden om man vill ändra bländaren ett steg.

Hur som helst, man kan räkna ut diametern på (den teoretiska) bländaröppningen om man skriver om ekvationen ovan:

diameter på bländaröppningen = brännvidd / f-nummer

2. När kommer vi till teleförlängarna dårå?

Lugn, lugn! Här kommer det!

Ni som hängde med i avsnittet ovan kanske ställer sig frågan: om man ändrar brännvidden utan att ändra storleken på öppningen (vilket är exakt vad en teleförlängare gör), borde inte det relativa bländartalet förändras då?

Och det är en väldigt bra fråga! Jo, det är exakt vad som händer! Kolla in de här exemplen.

Räkneexempel 1:

Räkneexempel 2:

Alltså, det ursprungliga f/2 objektivet tappar ett bländarsteg ner till f/2,8 med en 1.4x förlängare (hälften så mycket ljus) och två steg ned till f/4 med en 2x förlängare (en fjärdedel så mycket ljus). Detta är även sant oavsett vilken brännvidd eller bländare som det ursprungliga objektivet hade.

3. Men varför minskar mängden ljus när man ökar brännvidden?

Nu kommer vi till pudelns kärna! För att förstå det här måste man fundera lite över vad ett objektiv egentligen gör.

Ett objektiv tittar ut i välden och tar sedan ljuset från en "kon" av verkligheten och projicerar det på en yta (en filmruta eller en sensor).

Ett vidvinkelobjektiv tar in ljus från en väldigt stor, vid kon medan ett teleobjektiv bara tar in ljus från en liten, snäv kon.

Objektivet i sig förstärker alltså inte ljus, utan samlar bara ihop det! Tar man ljus från en snäv kon så finns det inte så mycket ljus att samla ihop, medan tar man ljus från en vid kon så finns det mer ljus att projicera. Därför behövs det en större bländaröppning hos ett teleobjektiv jämfört med ett vidvinkelobjektiv för att man ska få in lika mycket ljus i kameran.

4. Hängde ni med? Inte?

Tänk er då i stället att man har en läktare full med pilbågskyttar. Alla skyttarna försöker skjuta på en måltavla som är uppställd en bit bort. Skyttarna skjuter för glatta livet, men tyvärr är de inte speciellt pricksäkra, utan skjuter åt alla möjliga håll (jag skulle verkligen inte vilja stå bredvid). Då och då siktar de dock rätt och träffar.

Dessutom är det någon filur som ställt upp en vägg med ett litet runt hål mellan läktaren och måltavlan. Vissa skyttar är därför skymda och träffar aldrig måltavlan.

Vi experimenterar lite och flyttar måltavlan lite bakåt, bort från väggen och läktaren. Nu märker vi att inte lika många pilar träffar eftersom inte lika många skyttar har fri sikt.

Flyttar vi måltavlan ytterligare så att den står dubbelt så långt bak som tidigare märker vi att bara hälften så många skyttar har fri sikt. (Test att rita upp det med papper och penna, så märker ni att det stämmer med proportionerna.) Flyttar vi måltavlan tillräckligt långt bak, kan bara den skytt som står rakt framför öppningen träffa målet.

Vi märker också att bågskyttarna skjuter många pilar som träffar precis på kanten av hålet och fastnar. Vi bestämmer oss för att såga upp ett större hål i väggen. Genast märker vi att fler pilar träffar tavlan. Sambandet verkar vara det att när vi dubblerar arean på hålet (ökar diametern med 1,4), så kommer dubbelt så många pilar fram.

Som ni kanske redan listat ut, så motsvarar pilarna i den här analogin ljusstrålar och måltavlan är filmen eller sensorn i en kamera. Alla föremål runt omkring oss fungerar som "bågskyttar" som sprider lampors och solens ljusstrålar åt alla möjliga håll. Vissa av dessa ljusstrålar träffar ögat eller linsen på ett objektiv och fångas därmed upp.

Hålet i väggen är bländaröppningen som släpper in ljusstrålarna och piltavlan är filmen eller sensorn i en kamera. En större bländaröppning gör att fler aningens "missriktade" ljusstrålar ändå kan fångas in.

Avståndet mellan väggen och piltavlan motsvarar brännvidden på objektivet. Så när piltavlan står nära väggen betyder det vidvinkel och när den står långt ifrån betyder det tele.

Till skillnad från ett riktigt objetiv fokuserar inte hålet i väggen pilarna, men faktum är att det faktiskt går att fotografera med ett hål.

Av liknelsen inser man att ett teleobjektiv "stänger ute" det mesta ljuset och därför behöver man en större bländare för att få in lika mycket ljus (man släpper in fler aningens missriktade skott).

Hoppas ni hängde med hela vägen. Skriv gärna en kommentar om det är något ni undrar över eller något som ni tyckte var konstigt.