Prefacio: si hay un foro más adecuado para esta pregunta, por favor diríjame. Pensé que sería mejor publicar en Fotografía y no en Física, ya que algunos de ustedes ya habrán examinado este tema en particular. Gracias.
Hola,
Me pregunto sobre el lado físico de las cosas. Digamos que coloco una cámara a 25 cm de una bombilla ideal de 4 W (los 4 vatios se convierten en radiación electromagnética y no diferenciaremos entre los espectros visible e IR/UV). Supongamos que la distancia se mide desde el filamento de la bombilla hasta la superficie del sensor de la cámara. Para tener algo específico, digamos que es Canon 5D Mk4, con una lente Zeiss Milvus 2/35 adjunta. La distancia focal de la brida es de 4,4 cm y la longitud de la lente hasta el elemento de vidrio frontal es de aproximadamente 8,5 cm.
Mi pregunta es: a medida que la luz viaja desde la bombilla hasta el vidrio, pierde densidad (disculpe mi falta de terminología adecuada). Sin embargo, una vez que ingresa al sistema de lentes, ¿continúa el proceso de alguna forma? ¿O toda la luz se transfiere al círculo de imágenes? No considero factores como el viñeteado y la transmisión del vidrio en este caso. Al final me gustaría poder estimar la cantidad de energía que llega a mi sensor sabiendo la distancia a la fuente de luz y su brillo inicial, etc.
A continuación se muestra mi comprensión inicial del problema; sin embargo, podría ser 100% incorrecto en todos los aspectos. Puedes ignorarlo con seguridad.
Si quisiera calcular la cantidad de luz que incide en el sensor, consultando la ley del inverso del cuadrado con una precisión razonable, ¿usaría la distancia a la superficie de la lente o la superficie del sensor? ¿O algo más, como el centro focal de la lente? La diferencia de ~12 cm a esta distancia es bastante significativa. Supongo que la medida relevante es la pupila de entrada de la lente. ¿Quizás debería ser todo el elemento de vidrio frontal?
No puedo medir la pupila de entrada, pero supongamos que su diámetro es de 1 cm. El área sería ~3.14cm^2 (o 0.000314m^2), eso debería estar lo suficientemente cerca. El extremo de la lente está aproximadamente a 13 cm (0,13 m) de la fuente de luz. A partir de eso, es fácil calcular que la pupila de entrada de la lente recibe alrededor del 0,15 % de la luz total emitida por la bombilla, o 0,006 vatios. Mientras tanto, si la punta de la lente se colocara completamente a 25 cm de la bombilla, recibiría solo 0,04 % o 0,0016 vatios. Casi 4 veces menos.
Pero, la punta se coloca a 13 cm de la luz. Mi pregunta es, ¿la luz continúa disipándose dentro de la lente? ¿La "distancia" dentro de la lente es la misma que su longitud física, o se expande o comprime de alguna manera? ¿O toda la energía que ingresa a la pupila de entrada se transfiere al círculo de imágenes? ¿O tal vez me equivoco en todo desde el principio?
Por lo general, en radiometría intenta reducir un objeto a una fuente puntual o un emisor uniforme de alguna geometría primitiva (disco, cuadrado, etc.). Diremos que está lo suficientemente lejos como para que la bombilla se comporte como una fuente puntual.
A partir de la ley del cuadrado inverso, encuentras que hay una potencia infinita cuando está en contacto con la bombilla y una potencia infinitesimal cuando está extremadamente lejos de la bombilla. Esto no es una pérdida de energía, solo la energía se esparce. Cuando recolecta parte de la energía con una lente, hay dos casos: uno es para "colimarla" (hacer que viaje en línea recta), en cuyo caso la densidad de energía ahora es constante en función de la distancia recorrida o proyecto. a un foco. La lente de tu cámara hace lo último. Dado que desea ignorar los efectos secundarios como la transmisión, la lente es un colector ideal y proyecta toda la energía a un punto infinitesimal en el sensor con densidad de energía infinita (es decir, W/cm^2 = ∞).
El meollo de su pregunta es dónde está exactamente la lente recolectando energía y qué tan grande es esa cosa.
Comenzando desde arriba, el elemento frontal de su lente es utilizado por todo el campo de visión. Especialmente en una lente gran angular, una fuente puntual no utiliza todo esto. Considere una lente de ojo de pez, donde el elemento frontal es enorme pero si mira a través de él, el círculo brillante que ve es bastante pequeño. Ese círculo brillante que ves es la apertura que recoge la luz de un número infinito de fuentes puntuales como tu bombilla.
Esa apertura es probablemente virtual (lo que significa que no puedes tocarla) y se llama Pupila de entrada (EP). Es la imagen de la parada de apertura vista a través de todas las lentes que tiene delante. El EP recoge la luz, por lo que para averiguar cuánto recoge su lente necesita saber su tamaño y ubicación.
Si su objeto está muy lejos, la diferencia entre la ubicación del EP y la ubicación del plano de la imagen es probablemente una pequeña "corrección". Su tamaño también se puede calcular simplemente como la relación entre la distancia focal y F/#. Entonces, para su ejemplo 35/2, tiene 17,5 mm de diámetro. Esto es inexacto porque el F/# en el cañón es una cifra de marketing y realmente podría estar entre F/1.9 y F/2.3 más o menos sin que el proveedor viole los requisitos de CIPA, que cumplen con ISO 517. El F/# es también solo para un objeto en el infinito, y el F/# de trabajo es mayor. Esta diferencia también se conoce en la comunidad fotográfica como el efecto de fuelle.
También puede medir el tamaño y la ubicación del EP con bastante facilidad. Coloque la lente frente a una hoja de papel y, con una lente macro, tome una fotografía de su apertura. Sin ajustar el enfoque, tome una foto de una regla. Calcule la escala de la placa (mm/px) y luego tome el diámetro de la abertura en px y calcule su diámetro en mm. Si se conoce el aumento (y se conoce con una precisión muy alta: la regla y el tamaño de los píxeles en micrones le permiten calcularlo), puede calcular la longitud total de la pista del sistema de imágenes. Eso te permite calcular distancias desde el sensor de la cámara, que es un dato razonablemente bien ubicado.
La luz de una fuente puntual obedece la ley del inverso del cuadrado. Aplicando este principio, puede calcular la energía radiante que se reproduce en la superficie de la lente. Ahora la lente de la cámara actúa como un embudo en el sentido de que recoge la luz. La cantidad de energía luminosa que atraviesa la lente se rige por varios factores adicionales. El área de la superficie de trabajo (apertura) de la lente es lo más importante. Estamos hablando de la superficie (área de captura) disponible. Cuanto mayor sea el área de la superficie de la abertura, más luz se recogerá.
Ahora el trabajo de la lente es proyectar una imagen del mundo exterior en la superficie plana de la película o sensor de imagen digital. A medida que esta luz atraviesa la lente, se pierde energía luminosa debido al hecho de que los diversos elementos de la lente no son perfectamente transparentes. Además, una lente de cámara es una matriz que consta de múltiples elementos de lente. Tal esquema es necesario para mitigar las siete aberraciones ópticas que plagan. Cada elemento tiene dos superficies pulidas que reflejan la luz. El revestimiento de la lente mitiga la pérdida de luz; sin embargo, se perderá un 2% o más por elemento.
El brillo de la imagen proyectada en el plano focal se ve enormemente afectado por la distancia entre la lente y la imagen (distancia focal). Cada duplicación de la distancia focal da como resultado un cambio de 2X en el tamaño de la imagen proyectada. Cada aumento de cambio de 2X da como resultado un cambio de 4X en el área de superficie de la imagen. El delta (cambio) tiene una magnitud de 4X. En otros mundos, duplicar la distancia focal induce un cambio de 4X en el brillo de la imagen.
La imagen es más brillante en el centro. A medida que inspecciona el brillo de la imagen fuera del eje, descubrirá una caída llamada viñeta. La viñeta tiene dos contribuyentes principales. En el centro de la imagen, la apertura de la lente es una abertura circular. Una vista fuera del eje revela que la apertura parece elíptica y, por lo tanto, tiene menos área de superficie, por lo que deja pasar menos luz.
La lente produce una imagen que consiste en una miríada de diminutos puntos de luz. En el centro de esta imagen, estos puntos son circulares. En los límites, estos puntos son elipses. La energía de la luz transportada desde estas elipses se reduce debido al hecho de que llegan en un ángulo oblicuo.
Hay más factores atenuantes que los mencionados. Todo esto hace que su método para dar cuenta de la energía recibida en el plano de la imagen sea más desalentador.
Creo que la distancia desde una fuente de luz hasta el elemento de la lente frontal seguirá con precisión la ley del cuadrado inverso siempre que la luz emane de un punto. Si los rayos de luz se originan en una fuente amplia o si los rayos de luz entrantes no son omnidireccionales, la precisión del cálculo disminuye.
A medida que la luz atraviesa el grupo de elementos de la lente frontal, el poder de refracción niega la ley del cuadrado inverso. Esto se debe a que el diámetro real frente al diámetro aparente del tope de apertura difiere.
Esto puede ser bastante útil en el caso de una lente de zoom. La lente de zoom experimenta una ganancia o pérdida en cuanto al brillo de la imagen, con el cambio de distancia focal. Para mitigar, el grupo de lentes frontales cambia su espacio hasta el tope de apertura en relación con el zoom. El resultado es; el diámetro aparente de la parada cambia de acuerdo con el zoom. Esta acción conserva el brillo de la imagen durante la mayor parte, si no todo, del zoom (apertura constante).
El hecho es que, para todas las lentes, el diámetro aparente del tope de apertura difiere del real en función de la potencia del grupo hacia adelante del diafragma del iris. La línea inferior, uno de los rayos transversales al elemento frontal, se niega el cuadrado inverso.
miguel c
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xiota
Vader enano
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