Waarom kan mijn macrolens op korte brandpuntsafstanden niet op f/2.8 fotograferen?

De vraag keert vaak terug op diverse fotografie forums, en in meerdere Facebookgroepen. Veel mensen kopen een macrolens. Meestal zijn dit f/2.8 lenzen. Mooie, redelijk lichtsterke lenzen. Maar na aanschaf lopen veel mensen tegen een eigenaardigheid aan die alleen voor macrolenzen lijkt te gelden. Lijkt, omdat straks zal blijken dat dit eigenlijk voor alle lenzen geldt. En veel mensen vragen zich dan af “waarom kan mijn macrolens op korte brandpuntsafstanden niet op f/2.8 fotograferen?”

Om dat duidelijk te maken wil ik toch eerst ingaan op een paar begrippen die vaak wel bekend zijn in de fotografie, maar waarvan de echte, natuurkundige en/of wiskundige betekenis vaak een beetje is weggezakt. Wees niet bang. Ik ga er ook weer niet al te diep op in. Maar voor een goed begrip van de uitleg op de hoofdvraag van dit artikel is het toch goed om er even bij stil te staan. En bovendien schets ik de situatie vereenvoudigd.

Brandpuntsafstand

Allereerst is de brandpuntsafstand van belang. Veel mensen weten wel dat een objectief met een lange brandpuntsafstand onderwerpen dichterbij lijkt te halen. Deze lenzen worden ook wel telelens genoemd (tele=ver). Abusievelijk worden deze lenzen ook wel zoomlenzen genoemd, maar dat heeft er vrij weinig mee te maken. Met zoomen kan je de brandpuntsafstand van één en dezelfde lens veranderen door aan de zoomring te draaien (of bij sommige wat oudere type lenzen, te schuiven). Als tegenhanger van de zoomlens (waarmee je dus de brandpuntsafstand kan veranderen) bestaan zogenaamde prime, of vaste brandpuntsafstand objectieven. Met zo’n objectief kan je dus de brandpuntsafstand niet wijzigen. Er wordt wel gezegd dat je dan kan zoomen met je voeten, maar ook dat is niet correct. Bij zoomen verander je namelijk ook de beeldhoek van je objectief, en door van standpunt te verwisselen gebeurt dat niet.

Nu is natuurkundig gezien de brandpuntsafstand van een lens vereenvoudigd als volgt bepaald: evenwijdig binnenvallende lichtstralen (denk aan de lichtstralen die je van de zon opvangt met een vergrootglas) worden door een bolle de lens als het ware gebundeld. De afstand van het hart van de lens, tot de plek waar deze lichtstralen bij elkaar komen, is de brandpuntsafstand. En dat dat brandpuntsafstand wordt genoemd, is niet zo gek. Houd bij een vergrootglas je vinger maar eens op die plek, terwijl je zonnestralen projecteert en je voelt het direct. Op Wikipedia staat iets meer informatie, met een mooi schemaatje waarin dit wordt verduidelijkt: https://nl.wikipedia.org/wiki/Brandpuntsafstand

Nu bestaat een objectief altijd uit meerdere elementen. Ieder element is een lens op zich. Als je een foto maakt, wil je natuurlijk dat dat een scherpe foto wordt. En daarbij is het vrij uitzonderlijk dat je parallelle lijnen, zoals zonnestralen scherp op de foto wilt krijgen. Sterker nog: dit is voor zonnestralen ernstig af te raden! Je voorwerp zal zich altijd op een beperkte afstand bevinden, en bij macrofotografie is die afstand vaak zelfs erg klein. Scherp stellen gebeurt dan eigenlijk ook altijd door de lensdelen in het objectief (de elementen, of nog beter: de groepen) ten opzichte van elkaar te verplaatsen. Op die manier is de camera in staat een scherp beeld te produceren.

Diafragma

Als ik deelnemers van de workshops die ik regelmatig verzorg vraag wat diafragma is, krijg ik vaak als antwoord dat dat de lensopening is. Dat klopt op zich wel. Als ik vervolgens vraag of een lensopening van f/2.8 dan ook altijd hetzelfde is, worden de antwoorden al wat twijfelender. En dat is terecht. Als je namelijk door een 24mm f/2.8 kijkt die op f/2.8 is ingesteld, en je vergelijkt de lensopening met een 300mm lens die op f/2.8 is ingesteld, dan is de lensopening die je bij de 300mm lens ziet veel, maar dan ook veel groter dan die van de 24mm op f/2.8.

Hoe kan dat? Eigenlijk is het vrij eenvoudig: het zogenaamde f-getal of f-nummer (2.8 in f/2.8) zegt op zich niets over de grootte van de lensopening, maar over de grootte van de lensopening in verhouding tot de brandpuntsafstand. De “f” in “f/2.8” staat voor “Focal lenght”. En dan zijn we er. Wil je echt weten hoe groot de opening is (niet dat dat heel veel zin heeft overigens), dan moet je dus de brandpuntsafstand delen door het f-nummer. De 24mm komt in dat geval op 24/2.8=9 en de 300mm komt dan op 300/2.8=107. En inderdaad: 107 is stukken groter dan 9.

Vergrotingsfactor

Voor macrofotografie komt er (naast de brandpuntsafstand en het diafragma) nog een ander belangrijk gegeven om de hoek kijken: de vergrotingsfactor. De vergrotingsfactor geeft weer hoe groot een voorwerp op de sensor wordt geprojecteerd. Een “echte” macrolens is in staat op een voorwerp één op één (1:1, of 1x) op de sensor te projecteren. Dat betekent dan ook dat een sensor zo groot moet zijn als het voorwerp, anders kan niet eens het hele voorwerp op de sensor worden geprojecteerd. Een aps-c camera is waarschijnlijk al niet eens in staat een vlinder in zijn geheel als 1:1 op de sensor te projecteren. Dat hoeft geen probleem te zijn, dan neem je wat meer afstand, maar dan neemt de vergrotingsfactor vrij snel af. Overigens staat de maximale vergrotingsfactor vaak vermeld bij de eigenschappen van een objectief. Voor niet-macro objectieven ligt de maximale vergroting vaak rond de 1:7 of 0.14x. Je ziet dat dat een behoorlijk verschil is met 1x.

Wat gebeurt er nu bij het maken van een macrofoto?

Laten we voor het maken van een macrofoto eens uitgaan van een foto die je met een 1:1 vergrotingsfactor wilt maken. Maar laten we ter verduidelijk van wat er gebeurt er ook nog eens van uitgaan dat je macrolens op oneindig staat ingesteld omdat je kort daarvoor een foto van een voorwerp hebt gemaakt dat zich behoorlijk ver van je af bevindt (macrolenzen kunnen echt veel meer dan uitsluitend macrofoto’s maken). Als je met de focus op oneindig gaat scherpstellen op een voorwerp heel dichtbij (laten we zeggen op zo’n 30 centimeter, gemeten vanaf de sensor van je camera, wat voor veel macrolenzen de minimale scherpstelafstand is), dan merk je dat je lens er behoorlijk lang over doet voordat hij heeft scherpgesteld. Stel je met de hand scherp, dan merk je dat je de scherpstelring behoorlijk ver moet draaien om van oneindig naar heel dicht bij te verstellen. En bij veel (niet alle) macrolenzen zie je dat je een heel stuk uitschuiven.

Wat er eigenlijk gebeurt, is dat de brandpuntsafstand verandert om scherp te stellen. En die verandering is bij macro-objectieven vrij rigoureus. Deze veranderende brandpuntsafstand (niet te verwarren met de veranderende brandpuntsafstand van een zoomlens) wordt ook wel de effectieve brandpuntsafstand genoemd. Die effectieve brandpuntsafstand is op zich niet zo relevant voor de rest van dit verhaal, op één punt na, zoals in de volgende paragraaf is te lezen. Vergis je niet in de term “effectieve brandpuntsafstand”. Het is het daadwerkelijke diafragma, met alle bijkomende eigenschappen zoals scherptediepte.

De belichtingsdriehoek

Iedere fotograaf met een klein beetje kennis van zaken weet dat de belichting van een opname door drie zaken wordt geregeld: de ingestelde ISO-waarde, de sluitertijd en het diafragma (waarbij overigens uitsluitend die laatste twee de hoeveelheid licht regelen die de sensor bereikt). De brandpuntsafstand komt in dit verhaal niet voor. Hoe kan het dan dat een veranderende brandpuntsafstand er voor kan zorgen dat de belichting van een macro-opname verandert? Of: hoe kan het dat mijn macrolens op korte brandpuntsafstanden niet op f/2.8 fotograferen?

Welnu: het diafragma is een verhouding van de brandpuntsafstand en het f-getal. De lensopening verandert niet, maar omdat de (effectieve) brandpuntsafstand behoorlijk verandert, verandert het (effectieve) diafragma wel degelijk. Overigens is zoals hierboven al aangegeven het effectieve diafragma het werkelijke diafragma (de brandpuntsafstand in verhouding tot het f-getal). Daarmee veranderen dus niet alleen de waardes die je nodig hebt voor een correcte belichting, maar ook de scherptediepte. Niet dat je van dat laatste heel veel zal merken omdat die bij macrofotografie altijd flinterdun is, en je bij te kleine lensopeningen ook nog eens last van onscherpte door diffractie zal krijgen.

Een Nikon camera geeft altijd het effectieve (werkelijke) diafragma weer, maar een Canon doet dit bijvoorbeeld niet. Als je op een Nikon camera het diafragma op je camera instelt op het kleinste f-getal (met de lens op oneindig) en je stelt vervolgens scherp op de kortst mogelijke scherpstelafstand, dan zie je ook daadwerkelijk het f-getal op je lcd-schermpje verspringen. Dat gebeurt alleen als het objectief een chip bevat. Bij bijvoorbeeld de waanzinnig mooi, maar wat oudere (qua ontwerp dan) 55mm ai-s, gebeurt dit niet omdat dat objectief geen chip bevat die informatie kan uitwisselen met de body. Dit is de bron van veel vragen hieromtrent. Canon eigenaren veronderstellen vaak ten onrecht dat zij wel met een macro-objectief macro opnames kunnen maken op f/2.8. Aan de hand van een heel eenvoudig experiment is aan te tonen dat dat niet klopt.

Het experiment

OK, dan nu de proef op de som. We gaan een paar nutteloze, maar aan de andere kant ook weer zeer verhelderende foto’s maken. Het enige dat we nodig hebben is een camera met een (echte) macrolens, en een witte of grijze (in ieder geval egale)  muur bij daglicht (of kunstlicht, dit is om het even). Voer deze stappen uit:

1. Zet je camera op het M-programma, ISO 200 (geen auto-ISO!) en schakel autofocus uit.
2. Stel handmatig scherp op oneindig, en zet vervolgens het diafragma op f/2.8, gebruik 1/160^e als sluitertijd (mochten deze waardes een veel te donkere of lichte muur opleveren, pas dan de ISO, of de sluitertijd naar believen aan maar laat in ieder geval het diafragma op f/2.8 staan).
3. Maak een foto van de muur. Dat deze niet scherp is, maakt helemaal niets uit.
4. Stel vervolgens handmatig scherp op de kortst mogelijke brandpuntsafstand, en maak zonder een instelling te veranderen nogmaals een zelfde foto van dezelfde muur. Ook deze foto zal totaal onscherp zijn, maar opnieuw maakt dat niets uit.

De belichtingsdriehoek leert ons dat de belichting afhankelijk is van de ISO-waarde, de sluitertijd en het diafragma. Geen van deze waardes zijn gewijzigd tussen het maken van de eerste en de tweede foto. Toch zal je zien dat de tweede foto veel donkerder is dan de eerste. De ISO-waarde, en de sluitertijd zijn onveranderd. Op een Nikon camera zal je direct zien dat het diafragma echter wel degelijk is veranderd (voor een Tokina 100mm macro is dat bijvoorbeeld geen f/2.8 meer, maar f/5.6). Een Canon geeft dit niet weer, maar het diafragma is wel degelijk gewijzigd.

Waarom doen “gewone” lenzen dit dan niet?

Goeie vraag! Maar eigenlijk ook een verkeerde vraag. “Gewone lenzen” (of beter gezegd: niet-macro objectieven) doen dit wel degelijk ook, maar omdat het effect bij een veel kleinere vergrotingsfactor bijna verwaarloosbaar is, zal je dit in de praktijk eenvoudigweg nooit merken. Sterker nog: het verschil is zo klein dat het niet eens in stappen van 1/3^e stops is weer te geven.

Een laatste opmerking

In de praktijk zal je weinig merken van dit fenomeen. Er zijn niet veel fotografen die op volledig handmatig hun belichting meten en dan vervolgens hun camera instellen. In de praktijk gebruik je vaak de belichtingsmeter van je camera. En aangezien die belichting door de lens wordt gemeten, zal je camera voor een juiste belichtingsdriehoek zorgen.

Wil je meer weten, en wil je werken met een aantal formules waarmee je een aantal van deze specifieke macro-eigenaardigheden wilt bekijken, dan is dit Engelstalige artikel een aanrader: https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/macro-lenses.htm. Het geeft inzicht in waarom het effect op korte scherpstelafstanden zo dramatisch is, en ook zo snel weer behoorlijk afneemt.

focus op 30cm