¿Las distancias focales más grandes capturan más luz? [duplicar]

El número f se usa para expresar cuánta luz puede capturar una lente, por lo que el 85 mm f/1.8 y el 24 mm f/1.8 pueden capturar la misma cantidad. Aquí, f es la distancia focal y f/1,8 significa que el diámetro máximo de apertura es de 47,2 mm en el primer ejemplo y de 13,3 mm en el segundo.

Lo que debe tener en cuenta aquí es que el objetivo de 85 mm tiene un campo de visión mucho más estrecho, por lo que debe captar la misma cantidad de luz en un área mucho más pequeña; para compensar la visión estrecha, la apertura debe ser mayor.

Cuánto debe ser mayor la apertura se correlaciona linealmente con la distancia focal. Podríamos decir que una lente de 24 mm con una apertura de 13,3 mm puede captar tanta luz como una lente de 85 mm con una apertura de 47,2 mm, pero hablar del número F hace que esto sea mucho más fácil de notar.

La terminología es confusa, ¿no?

El número f de una lente f/1.8 es simplemente 1.8 . Eso viene dado por N , no por f . f es la distancia focal.

f/1.8 significa literalmente "longitud focal dividida por N ". Entonces, si te refieres a f/1.8, ese no es el número f, es la distancia focal dividida por el número f.

Para explicar más las ecuaciones:

La segunda ecuación dice que la distancia focal f dividida por el diámetro de apertura d es el número f N . O f/N = re . Así que f/1.8 literalmente significa "distancia focal dividida por 1.8 (es igual al diámetro).

Si observa la ecuación superior, ya que f/N = d , entonces f/2N debe ser d/2 (y d/2 es la mitad del diámetro, al igual que el radio de la apertura). Y sabemos que el área de un círculo es pi r al cuadrado . Entonces , pi por f/2N al cuadrado es simplemente el área de la apertura.

Entonces, una ecuación te dice el diámetro de la abertura y la otra usa geometría básica para calcular el área de la abertura, que es un círculo.

Creo que la confusión proviene de dos cosas diferentes que las explicaciones agrupan erróneamente como "cantidad de luz".

La verdadera cantidad de luz que deja entrar una lente es solo una función del área de apertura. Como el área va con el diámetro al cuadrado, esto es proporcional al cuadrado del diámetro.

Sin embargo, lo que es más relevante para la exposición no es la cantidad total de luz que una lente puede captar, sino el brillo de la imagen enfocada que produce. Aquí es donde interviene la distancia focal. Digamos que tiene una lente de 100 mm con una apertura de 25 mm de diámetro (o una apertura ajustable establecida en 25 mm). Ahora compare eso con una lente de 200 mm. Si la lente de 200 mm también tiene una apertura de 25 mm, dejará entrar la misma cantidad de luz. Sin embargo, esa misma cantidad de luz proveniente del sujeto ahora se enfoca el doble de grande, ocupando así 4 veces el área. Eso significa que la lente de 200 mm con una apertura de 25 mm crea una imagen 1/4 más brillante (2 f-stops hacia abajo) en comparación con la lente de 100 mm con la misma apertura de 25 mm.

Observe que el brillo de la imagen enfocada disminuye con el cuadrado de la distancia focal, pero aumenta con el cuadrado del diámetro de apertura. Eso significa que si tuviéramos que tomar la proporción de los dos, obtendríamos una medida normalizada de qué tan brillante será la imagen enfocada para fines de exposición. Esa relación es exactamente lo que son los f-stops. Estos se escriben comúnmente como f/n, como f/8.0 o f/11, por ejemplo. Eso es solo una expresión. La ecuación completa es:

aperture = focallength / n

En el primer ejemplo de lente de 100 mm con apertura de 25 mm, es decir:

25mm = 100mm / 4

Dado que se vuelve engorroso escribir y decir todo el tiempo y el objetivo es no tener que preocuparse por la distancia focal absoluta y la apertura, esto se abrevia como "f / 4", con "f" refiriéndose a la distancia focal de la lente y "4" es la relación entre esa distancia focal y el diámetro de apertura. El segundo ejemplo fue:

25mm = 200mm / 8

o "f/8". Aparte de las pérdidas de luz menores y otros efectos sutiles que puede ignorar la mayor parte del tiempo, una lente con su apertura configurada en f/8 generará la misma imagen enfocada en el brillo que otra lente en f/8, independientemente de la distancia focal. Esto también explica por qué los lentes largos tienden a tener un diámetro más grande. Una lente de 50 mm solo necesita una apertura de 12,5 mm para lograr f/4. Por otro lado, una lente de 300 mm requiere una apertura de 75 mm de diámetro para generar la misma imagen de brillo del mismo sujeto. Eso significa que la física básica dice que una lente de 300 mm debe tener al menos 3 pulgadas de diámetro de alguna manera para lograr f/4.

Qué significa f en los valores f-stop

f representa la distancia focal de la lente. Una lente f/1.8 tiene un diámetro de pupila de entrada de D = f/1.8. Una lente de 85 mm con una apertura de f/1,8 tendrá un diámetro de pupila de entrada de 85/1,8 = 47,2 mm. Una lente de 24 mm tendrá un diámetro de pupila de 24/1,8 = 13,3 mm. Dado que la cantidad de luz que pasa a través de la lente es proporcional al área de la pupila de entrada y esta última es proporcional al cuadrado de su diámetro, la lente de 85 mm aparentemente recogerá

(47,2/13,3)^2 = (85/24)^2 = 12,5

veces más luz. Sin embargo, esta consideración solo es válida para la cantidad de luz recolectada desde cada punto individual del objeto, no para la cantidad total de luz que llega desde el espacio del objeto.

Mismo número f, misma exposición (independiente de f o D )

Una cosa que también solía encontrar confusa es que la cantidad de luz recolectada en el sensor con la misma velocidad de obturación por diferentes lentes con el mismo número f es la misma. ¿Cómo es que una lente es claramente más grande que la otra?

Aquí hay una ilustración de lo que sucede en la cámara:

Para simplificar, se supone que el objeto está en el infinito, de modo que todos los rayos del mismo punto del objeto vienen paralelos entre sí. Los rayos sólidos rojos entran en la lente paralelos a su eje y se enfocan en el centro del marco. Los rayos punteados azules son paralelos entre sí pero no paralelos al eje. Todos se enfocan en el borde del encuadre. Por lo tanto, el tamaño del marco junto con la distancia focal de la lente determinan el campo de visión de la lente.

(Tenga en cuenta que, dado que hice infinita la distancia del objeto, el campo de visión en el espacio del objeto es angular ).

Si cambiamos la lente por una de mayor distancia focal manteniendo el mismo tamaño de encuadre, el campo de visión de la lente disminuye:

Por lo tanto, aunque la lente todavía recoge la misma cantidad de luz de cada punto del espacio del objeto, el tamaño de este espacio es más pequeño, por lo que se reduce la cantidad total de luz que llega a la película o al detector.

Esta reducción es proporcional al aumento de la distancia focal, es decir, la cantidad de luz con la misma D se reduce en un factor de (f2/f1)^2. (Está elevado al cuadrado porque debemos tener en cuenta la reducción del campo de visión en ambas direcciones).

Si ahora aumentamos D en f2/f1, volveremos a recoger la cantidad de luz anterior (ya que es proporcional a D^2). El número f será: D2/f2 = [D1*(f2/f1)] / f2 = D1/f1. Por lo tanto, si queremos recolectar la misma cantidad de luz mientras cambiamos la distancia focal, debemos mantener constante el número f.

El tamaño del cuadro importa

El último parámetro de interés es el tamaño del marco. Tome una cámara compacta con la misma lente de número f que una SLR de fotograma completo. Si el tamaño de la lente y el sensor se reducen proporcionalmente a la distancia focal, las dos cámaras tendrán el mismo campo de visión. La cámara compacta recogerá menos luz que la SLR porque su lente es más pequeña. Sin embargo, aún dará el mismo valor de exposición en el sensor porque la exposición es la cantidad de luz por unidad de área .

Si las dos cámaras tienen la misma resolución, la exposición será la misma, pero la cantidad real de luz en cada píxel será mayor con la cámara SLR más grande, lo que generará menos ruido.

Cualquier lente a f/2.8 debería entregar la misma cantidad de luz a la cámara. Sin embargo, ciertas lentes tienen que trabajar más para llegar allí.

No es técnicamente exacto, pero encontré que la mejor manera de entender el número f-stop es pensar que representa la cantidad de luz perdida. Así que con f/2.8 solo pierdes 2.8 veces la cantidad de luz, mientras que con f/11 pierdes 11 veces la cantidad de luz. *

Un teleobjetivo, por su naturaleza, maneja menos luz que un objetivo gran angular. Por lo tanto, cuanto más tenga que trabajar el lente para evitar perder luz, más vidrio necesitará para capturar la mayor cantidad de luz posible, por lo que puede tener un 55-250 f/4-5.6 que pesa alrededor de 1 libra y mide entre 6 y 8 pulgadas. mientras que un 70-200 mm f/2.8 pesa 6 libras y mide más de 12 pulgadas de largo.

*Esta no es la forma en que funciona desde un punto de vista matemático, pero puede ayudarlo con una comprensión práctica del trabajo.