Como posso calcular qual será o efeito de um tubo de extensão?

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Deve haver uma descrição matemática da diferença que um tubo de extensão faz para uma lente - é algo que pode ser facilmente descrito?

(Por exemplo, com teleconversores, você pode dizer coisas como "um teleconversor 2x transforma uma lente Y-mm em uma lente 2Y-mm e perde 2 paradas." Existe algo semelhante para os tubos de extensão?)

Se não há muito o que dizer sobre ampliação, em geral, o que dizer da mudança na distância focal mais próxima? Isso também depende das lentes?

E se considerarmos a lente: existe alguma maneira geral de comparar os efeitos de (digamos) um tubo de extensão de 12 mm e 24 mm na mesma lente?

macro extension-tubes magnification Matt Bishop
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Respostas:

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Eu acredito que existem algumas fórmulas que você pode usar. Para o argumento de Matt Grum, eu não os testei com lentes zoom e, até onde sei, elas se aplicam apenas a lentes prime (distância focal fixa). Você não especificou lentes de zoom especificamente, então ...

A maneira mais simples de calcular a ampliação de uma lente é através da seguinte fórmula:

  Magnification = TotalExtension / FocalLength
  M = TE / F

Para calcular a ampliação com um tubo de extensão, você precisa conhecer a extensão total ... ou seja, a extensão fornecida pela própria lente, bem como a fornecida pelo tubo de extensão. Atualmente, a maioria das estatísticas de lentes inclui a ampliação intrínseca. Se usarmos a lente 50mm f / 1.8 da Canon, a ampliação intrínseca é de 0,15x. Podemos resolver as lentes construídas em extensão da seguinte forma:

   0.15 = TE / 50
   TE = 50 * 0.15
   TE = 7.5mm

A ampliação com extensão adicional agora pode ser calculada da seguinte forma:

  Magnification = (IntrinsicExtension + TubeExtension) / FocalLength
  M = IE + TE / F

Se assumirmos 25 mm de extensão adicional através de um tubo de extensão:

  M = 7.5mm + 25mm / 50mm
  M = 32.5mm / 50mm
  M = 0.65x

Uma fórmula bastante simples que nos permite calcular a ampliação com bastante facilidade, assumindo que você conheça a ampliação intrínseca da lente (ou sua extensão intrínseca). Se assumirmos que a maravilhosa lente de 50 mm é a lente que você está estendendo, crie uma macro 1: 1 ampliação, você precisaria de 50 mm de extensão. O problema aqui é que, se você adicionar muita extensão, o plano do mundo em foco (a imagem virtual ) poderá acabar dentro da própria lente. Além disso, isso pressupõe uma lente "simples", uma com características muito bem definidas e conhecidas (ou seja, uma lente simples de elemento único).

Em um cenário do mundo real, é improvável ter um entendimento claro de qualquer característica específica das lentes. Com lentes que focam internamente ou lentes com zoom, a fórmula simples acima é insuficiente para permitir que você calcule exatamente qual pode ser sua distância e ampliação mínima de foco para qualquer lente, distância focal e extensão. Existem muitas variáveis, a maioria provavelmente desconhecida, para calcular um valor significativo.

Aqui estão alguns recursos que eu achei que fornecem algumas informações úteis que podem ajudar no seu esforço:

jrista
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Por incrível que pareça, a 50mm f / 1.8 é a lente (bem, ok, uma das lentes) que estou estendendo - e esses links parecem realmente úteis também. Obrigado!
Matt Bishop
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Boa resposta, exatamente o que eu estava procurando! Só me incomoda que você esteja usando o TE para abreviar "TotalExtension" e também "TubeExtension".
smow
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Eu acho que pode ser descrito, na verdade a Wikipedia tem a fórmula relevante:

1/S1 + 1/S2 = 1/f

Onde S1 é a distância do sujeito ao ponto nodal frontal, S2 é a distância do ponto nodal traseiro ao sensor ef é a distância focal. Como os tubos de extensão aumentam o S2, ele permite que o S1 seja menor, assim você pode focar muito mais perto do objeto.

John Cavan
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Essa fórmula pressupõe que você conhece os pontos modais dianteiro e traseiro que, em geral, não são especificados pelo fabricante, portanto, será necessário medi-los para cada lente. Além disso, a fórmula não é válida para lentes que mudam a distância focal ao focar, então não acho que seja exatamente o que o questionador fez depois.
Matt Grum
Com uma lente simples (por exemplo, elemento único), a distância focal nunca muda (a menos que você mude o formato da lente - ou a menos que você seja muito específico e esteja falando sobre cores diferentes da luz ou algo semelhante) e isso é absolutamente correto (na verdade, mover a posição da lente é tudo o que você está fazendo para alterar o foco de qualquer maneira, portanto, um tubo de extensão permite que você a mova ainda mais). Para lentes complexas (multi-elementos), não entendo os princípios da óptica o suficiente para ter certeza de que o mesmo se aplica. Mas o plano do filme é sempre o "alvo" do foco, certo? Então ... eu acho que sim.
Lindes
Algumas das minhas fontes de aprendizado (que, mais tarde, espero reunir uma resposta própria - embora não haja tempo para isso agora): youtube.com/view_play_list?p=F703024381DE9004 - e, em particular, essas duas: youtube.com/watch?v=oKfqO4tBfPc&p=F703024381DE9004 e youtube.com/watch?v=mjIfdXnhyQI&p=F703024381DE9004
lindes
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@ Matt Grum - Eu acho que a equação ilustra o princípio por trás dela, que parece ser o cerne da questão. Pelo menos isso aconteceu comigo. :)
John Cavan
@ John Cavan - a fórmula ilustra bem por que os tubos de extensão diminuem a distância mínima de foco, mas acho que o questionador estava procurando uma fórmula que ele pudesse usar para julgar qual o comprimento do tubo de extensão que você precisa comprar para uma determinada lente para aumentar a ampliação x vezes, o que infelizmente não é possível no caso geral ...
Matt Grum
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editar para responder às perguntas de acompanhamento, desde que você conheça os efeitos de um tubo de um determinado comprimento em uma determinada lente, você pode calcular os valores ausentes das equações de John. Você poderá obter uma estimativa do efeito de um tubo de comprimento diferente. Novamente, os valores estarão sujeitos aos pontos fracos do método de focagem da lente, mas devem fornecer uma boa idéia.

Em geral não. Existe uma fórmula, é claro, mas você precisa conhecer a configuração interna da lente e, geralmente, alguns elementos do design da lente.

Tubos de extensão geralmente mudar o eficaz comprimento focal ligeiramente (a distância focal real da lente é uma propriedade do poder de flexão do vidro para que não muda quando você movê-lo), mas como depende muito do design de lente. Muito disso tem a ver com o ângulo em que os raios de luz deixam a parte traseira da lente. Se você usar uma lente telecêntrica no espaço de objeto (um tipo especial de lente em que os raios saem paralelos um ao outro), a distância do plano do filme não importa, uma vez que os raios são paralelos, eles não convergem ou divergem mais.

Se você observar a parte traseira de uma lente grande angular, o elemento traseiro estará muito próximo da parte traseira da lente. Agora olhe para uma lente telefoto, haverá um espaço entre o último pedaço de vidro e o suporte, como se a lente já tivesse um tubo de extensão. Um tubo de extensão se comportará de maneira bastante diferente nessas duas lentes diferentes. O método de foco (interno x externo) também afeta os resultados da adição de tubos de extensão.

Então, resumindo, receio que não exista uma fórmula tão simples quanto a dos telecobridores.

Matt Grum
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É realmente preciso dizer que a distância focal muda? Minha compreensão da ótica em qualquer detalhe está em sua infância, mas até agora minha compreensão é que, movendo a lente (o que é realmente um tubo de extensão), a distância focal não muda (embora talvez a ampliação possa mudar? coletivamente começamos a chamar de "distância focal efetiva"), mas a distância muda para o plano focal , o que faz com que o plano em foco mude ... tentarei encontrar alguns recursos e publicá-los em um responda. Penso, no entanto, que essa resposta é factualmente questionável. Eu acho que.
Lindes
Se a distância focal muda ou não e em que grau depende da lente, como afirmei. No caso mais simples de uma lente pinhole, é fácil ver que a distância focal muda se você afastar o pinhole da câmera, pois a distância focal é definida como a distância do buraco ao plano de imagem!
Matt Grum
Ah, mas um buraco de alfinete não é uma lente e, pelo que entendi, para lentes (ou sistemas ópticos em geral?), A distância focal é definida não pela distância entre o ponto e o plano de imagem, mas entre o centro da a lente e um ponto, dada uma entrada de linhas paralelas. Isso não está correto? (Observação: veja os links de vídeo no meu comentário para a resposta de John - photo.stackexchange.com/questions/5603/… - observe também que estou realmente perguntando; sou relativamente novo no entendimento da óptica nesse nível.)
Lindes
Sim, você está certo de que um orifício não tem distância focal, pois o comprimento focal descreve a capacidade das lentes de curvar a luz, o que eu quis dizer é que a distância focal efetiva de um sistema de orifícios é a distância entre o orifício e a tela, ou seja, fornece mesmo campo de visão que uma lente com a mesma fl. O ponto é que você precisa fazer suposições sobre um sistema de imagem para prever como ele se comportará se você alterar um dos parâmetros sem conhecer os outros.
quer
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Cambridge em cores possui uma calculadora de taxa de ampliação on - line . E para citar o site:

Um tubo de extensão aumenta a ampliação da lente em uma quantidade igual à distância da extensão dividida pela distância focal da lente.

O qual se traduz em:

M_ExtendedLens = M_Lens + ExtensionLength / FocalLength

Comente a resposta de jrista

Eu tenho vergonha de ter representantes suficientes para comentar, então coloquei o seguinte comentário aqui. jrista, sua segunda fórmula é:

Magnification = (IntrinsicExtension + TubeExtension) / FocalLength
M = IE + TE / F

com IEleitura natural IntrinsicExtension, pois , está errado, deve ser escrito introduzindo, por exemplo, uma ampliação intrínseca IM(ou seja, a ampliação original da lente:) IM = IE/F:

Magnification = (IntrinsicExtension + TubeExtension) / FocalLength
M = IM + TE / F

Ou talvez você tenha esquecido o parêntese na segunda linha?

Além disso, seu exemplo não é consistente em termos de unidades (adicionando [mm] a [mm dividido por mm], sendo posteriormente sem unidade). Deve ler M = (7.5mm + 25mm) / 50mm(ou seja, entre parênteses).

calocedrus
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