¿Por qué el mismo número f significa la misma cantidad de luz? [duplicar]

La intuición me dice que una lente más grande captará más luz con el mismo número f que una lente pequeña. Pero los fotógrafos me dicen que estoy equivocado. No puedo entender por qué.

Hay bastantes publicaciones tanto en SE (por ejemplo, aquí y aquí ) como en otros lugares que abordan esta pregunta. Pero no lo entiendo y agradecería que alguien pudiera responderlo de manera ligeramente diferente (idealmente sin terminología fotográfica, pero desde una perspectiva puramente óptica). Para simplificar, digamos que estamos tratando de obtener una imagen de un objeto ubicado en el infinito. Su imagen será un único píxel en el eje del sensor de nuestra cámara.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Todos los rayos que pasan a través de la lente terminarán en el mismo píxel. La cantidad de luz que cae sobre este píxel será proporcional al área de entrada de la pupila y no dependerá de la distancia focal de la lente. Por lo tanto, podemos cambiar el número f (que es la relación f/D) sin cambiar la cantidad de luz en el sensor. ¿Por qué dicen entonces que la cantidad de luz es la misma para todas las lentes con el mismo número f (por ejemplo, aquí )?

(Conozco el número de parada en T, pero ignoremos la transmisión por el momento. Solo estoy interesado en el tratamiento geométrico).

Creo que esta es fundamentalmente la misma pregunta que se encuentra en sus enlaces a uno anterior. No creo que preguntarlo de nuevo aclare las cosas. Simplemente terminará con información más difusa en lugar de una respuesta canónica sólida. Y creo, realmente, que varias respuestas, como photo.stackexchange.com/a/21276 , realmente abordan directamente su confusión. Si todavía hay algo después de eso, trabajemos para que las respuestas a esa pregunta sean más claras en lugar de duplicarlas.
@mattdm: Estoy de acuerdo con tu sugerencia. Creo que ahora incluso he entendido la respuesta y la agregaré a esa otra pregunta. Sin embargo, no lo he visto en ningún lado, por eso necesitaba preguntarlo nuevamente.

Respuestas (2)

La luz ES (inversamente) proporcional a la distancia focal. Un telescopio largo a gran aumento ve una imagen tenue. Los binoculares son cortos y ven una imagen más pequeña y brillante.

Sí, una lente de 200 mm f/4 tiene 2 veces el diámetro y 4 veces el área, lo que deja pasar 4 veces la luz, en comparación con una lente de 100 mm f/4. Sin embargo, la distancia focal también implica ampliación, y la lente de 200 mm proyecta la imagen del objeto a una distancia de 2x, que es 2x más grande, por lo que la imagen del objeto ahora es 4 veces el área (de la lente de 100 mm).

Luz 4x en área 4x es la MISMA luz por unidad de área, es decir, la MISMA intensidad de luz... la misma exposición.

Esta es la RAZÓN POR LA QUE se inventa y utiliza el método f/stop, de modo que f/4 es f/4 en cualquier lente... para que sepamos lo que significa f/4 para cualquier lente.

Claro, la eficiencia de la lente puede variar ligeramente con la cantidad de elementos de vidrio y revestimientos (paradas en T), pero el principio general es f/4 es f/4, independientemente de los detalles de la lente.

Creo que es posible que no esté teniendo en cuenta la distancia necesaria para que la imagen sea la misma. Si la imagen no es la misma, entonces la luz no puede ser la misma, por lo que debe tenerlo en cuenta.

Tiene razón en que la lente más grande recoge más luz en el mismo f-Stop porque el iris tiene un tamaño diferente. Pero estás asumiendo la misma distancia, y no es así como funcionan los f-stops. Los f-stops tienen en cuenta inherentemente la distancia porque se basan en la distancia focal.

Imagine un mundo mágico donde no hay atmósfera, el vidrio no tiene efecto de atenuación de la luz, no hay fondo y todas las cámaras son invisibles. :)

Luego, imagina una matriz de 16 cuadrados en una cuadrícula de 4 x 4.

Red

Suponga dos lentes con el mayor siendo el doble de la distancia focal de la lente pequeña. Supongamos que son un 50 mm y un 100 mm.

La cámara con la lente pequeña se coloca lo suficientemente cerca como para que todos los cuadrados del encuadre toquen el borde.

La pequeña lente abierta de par en par recolectará x cantidad de luz de cada cuadrado. La lente más larga a la misma distancia , solo podrá ver los cuatro cuadrados del medio, pero recogerá más luz por cuadrado, ya que cada imagen cuadrada será más grande en el sensor.

This means a larger area of the sensor will be receiving light from each square from the big lens (because each square takes up more space on the sensor) and so more light from each square will be captured.

If you move the camera with the long lens away from the squares (double the distance) so that it can see all of the squares, then the amount of light per square drops because they now take up a smaller amount of space each on the sensor.

Let's forget the Inverse Square law for a moment.

The amount of light for the large lens (100mm), at a location that would image all 16 spheres, is the same as the amount of light that would come in for the small lens (50mm) at a location that would image all 16 spheres.

Esta es la razón por la que f/stop es una representación simbólica de la capacidad de luz frente a una medida real del diámetro del iris.

Espero que esto ayude.

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