¿Puedo estimar el poder de captación de luz de una lente midiendo el tamaño de la pupila de entrada?

Supongamos que tengo una lente desconocida de la que no sé f/# y distancia focal. Quiero estimar la cantidad total de luz que mi lente puede recolectar que, creo, está dada por el ángulo sólido que mi apertura subtiende con el plano del objeto. ¿Es correcto medir el tamaño de la apertura tomando imágenes (usando una cámara con una lente) del tamaño de la pupila de entrada de mi lente desconocida? Eso podría hacerse colocando una regla junto a la lente desconocida y moviéndola para que esté en el mismo plano focal que la pupila de entrada. A partir del tamaño de la pupila de entrada, ¿puedo calcular el ángulo sólido con las matemáticas habituales?

Ok, entonces trato de entender nuestra desconexión y creo que tal vez entiendo lo que estás pensando ahora. ¿Estás diciendo que quieres colocar una regla frente a la lente desconocida y enfocarla para que puedas mirar hacia abajo la lente desconocida y ver cuánto de la regla cruza la pupila de entrada? Si es así, también necesita la distancia a la regla, aunque no estoy seguro exactamente desde dónde mediría. Esto permitiría calcular el campo de visión, aunque necesitaría una regla bastante grande para poder enfocarlo, ya que tendría que estar más allá de la distancia de enfoque mínima.
También tendrías que tener mucho cuidado de mantenerlo alineado con el plano focal para evitar obtener una medida demasiado grande.

Respuestas (3)

Si no conoce la distancia focal o la apertura, no hay forma de averiguarlo. La cantidad de luz que deja entrar una lente depende del campo de visión de la lente y del tamaño de la entrada. No sabe lo suficiente sobre el campo de visión, por lo que no puede saber cuánta luz recoge.

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Un método alternativo que funcionaría sería hacer una fuente de luz de área de un tamaño conocido y colocarla a una distancia conocida de la lente. A continuación, podría medir el tamaño del proyecto de círculo por la lente. Esto le permitiría determinar la distancia focal y el campo de visión, luego puede realizar el resto de su cálculo para determinar la velocidad de la lente.

mmm. Si tengo una fuente puntual isotrópica ideal que emite fotones, ¿por qué necesito saber la distancia focal de la lente? ¿No es suficiente el tamaño de la apertura para determinar el ángulo sólido S? La luz reunida sería entonces S/4Pi, donde 4Pi es el ángulo sólido de una esfera. ¿Me estoy perdiendo de algo?
@maupertius: tal vez no entendí bien su pregunta, pero parecía que la única medida que tenía era el tamaño de la pupila de entrada (el elemento frontal), la distancia desde el elemento frontal hasta el sensor no importa porque una lente es un complejo sistema óptico, no un simple sistema de lente única. La distancia focal real no tiene que coincidir con la longitud de la lente, por lo que el campo de visión no se puede determinar a partir de la medida de la longitud de la lente o la medida del elemento frontal.
Lo siento, creo que estaba mezclando los términos 'apertura' y 'pupila de entrada' que creo que están relacionados. Lo que quise decir es que calculo el tamaño de la apertura midiendo el tamaño de la pupila de entrada. A partir de ahí calculo la cantidad de luz recogida.
@maupertius: todavía no le da nada sobre el campo de visión de la lente. Sin campo de visión, no tiene idea de cuánta luz ingresa a la lente en un ángulo que puede pasar a través de la lente.
También agregaré que no estoy tan versado en óptica, por lo que mis términos también podrían estar fuera de lugar. Pero todavía estoy bastante seguro de que no tiene suficiente información para determinar el campo de visión y sé que necesita el campo de visión y el tamaño de la abertura a través de la cual debe pasar la luz para determinar la cantidad total de luz que potencialmente puede obtener mediante.
Pero si mi objeto es una verdadera fuente puntual, aún se reflejará en 1 píxel sin importar cuál sea la distancia focal. Lo siento, pero realmente no puedo ver por qué la distancia focal debería importar en este caso.
Sí, puedo ver que esto no es realmente una cuestión de fotografía.
@maupertius: mira la imagen que agregué. Esta es también la razón por la que es mucho más difícil hacer un teleobjetivo rápido que hacer un gran angular rápido. Cuanto más grande sea el área de la que extraes la luz, más pequeña debe ser la pupila de entrada. Esta es también la razón por la cual los números f son una relación entre la distancia focal y la pupila de entrada, porque la distancia focal (campo de visión) es importante.
@maupertius: lo siento, la imagen no se publicó correctamente la primera vez. Debería estar allí ahora.
@maupertius, y la razón por la que su fuente de luz puntual se descompone es porque el píxel captura más que un simple punto. Captura un área y el campo de visión define esa área. Si tiene un campo de luz fijo, cuanto mayor sea el área de la que recibe luz el píxel, más luz llega a ese píxel.
Si hablo de luz TOTAL recolectada, entonces solo debería importar el tamaño de la pupila. Tomemos por ejemplo un 50 mm f/2 y un 100 mm f/4 mirando el mismo objeto desde la misma distancia. El recuento de píxeles debe ser 4 veces mayor para la lente f/2. Sin embargo, el campo de visión de 50 mm es 2 veces mayor (4 veces el área), por lo que la cantidad total de luz (o si desea la suma de todos los píxeles) debería ser la misma. Y eso es porque en ambos casos la apertura es la misma (50/2 = 100/4 = 25 mm). Entonces, supongo que sea cual sea su distancia focal, el recuento total de píxeles será el mismo.
Parece que podría ser útil señalar que la pupila de entrada no es el elemento frontal, sino la imagen de la apertura vista a través del elemento frontal. Aun así, AJHenderson tiene razón en que necesita más que solo el diámetro de la pupila de entrada para determinar la luz recolectada, también necesita la distancia focal. Imagine, por ejemplo, que su fuente de luz puntual está muy hacia un lado; la luz de esa fuente entrará en un lente ojo de pez, pero no entrará en un teleobjetivo.
@Caleb: gracias, sabía que probablemente tenía la terminología exacta incorrecta porque no soy un gran tipo de óptica, gracias por la corrección del término.
@maupertius: se está perdiendo el hecho de que la lente de 50 mm no solo permitirá la entrada de luz para el objeto que le interesa, sino que también permitirá la entrada de luz para un área mucho más amplia y, por lo tanto, sustancialmente más luz. La cantidad de luz que recoge del área objetivo será la misma que estamos descartando 3/4 de la luz que capta la lente si solo miramos 1/4 del encuadre. Y esto todavía requiere la distancia focal para hacer ese cálculo. (Tenga en cuenta que de lo que está hablando es efectivamente un teleconvertidor, razón por la cual un teleconvertidor 2x reduce el número f en 2 paradas).

Bruto.
Funciona como una primera estimación (muestra de 1).

  • Ajuste la lente a la apertura máxima.

  • Enfoca un objeto en el infinito sobre una hoja de papel.

  • Mida desde la imagen enfocada hasta el plano de referencia en la lente, por ejemplo, el plano de asiento en el cuerpo de la cámara.
    Utilice el plano de referencia que el mejor consejo sugiera que es el "centro" efectivo de la lente.
    Ver ejemplo a continuación

  • Mire a través de la lente y mida la apertura máxima O el diámetro que el mejor consejo sugiera que se debe usar.

Prueba: Nikkor 50 mm, f/1.8

Diámetro medido de la trayectoria óptica que mira a la lente ~= 28 mm
Usando f = Longitud_focal / apertura

f plano de referencia

1.78 lente al plano de asiento del cuerpo 2.5 superficie del elemento frontal 1.5 superficie del elemento posterior.

Probar esto con varias lentes de apertura conocida puede brindar una guía sobre qué tan preciso es este método y qué planos de medición y diámetros se deben usar. Y puede que no :-).

La apertura de la lente generalmente se especifica como un número f, la relación entre la distancia focal y el diámetro de apertura efectivo.

Una lente de 50 mm con una apertura efectiva de 50 mm tiene un número f de 1.0

Si su lente es una lente de 100 mm, si su elemento frontal (la pupila de entrada, la apertura efectiva de la lente) mide 35 mm, entonces su apertura máxima es f/2.8

En teoría, las hojas de apertura, que no están perfectamente redondeadas, reducirán ligeramente la cantidad de luz que pasa a través de la lente, introduciendo un pequeño error en el cálculo, no soy matemático pero supongo que el error es lo suficientemente microscópico como para ignorarlo.

Sí. Sin embargo, en mi caso no sé ni la distancia focal ni el número f, por lo que realmente estoy preguntando si es posible calcular el poder de captación de luz midiendo el tamaño de la pupila de entrada. Puedo pasar por alto el error causado por las cuchillas.
¿Qué tal montar su cámara en un trípode y usar una lente de zoom y comparar la distancia focal de las dos lentes para tratar de adivinar la distancia focal de su lente desconocida? Debería funcionar y debería obtener un cálculo razonablemente preciso.
Es una buena idea, pero me gustaría dejarlo como una especie de paso de validación. Lo que quiero probar es si la información sobre la cantidad de luz recogida se puede obtener mediante el conocimiento exclusivo del tamaño de la pupila de entrada.
¿Puedo estimar el poder de captación de luz de una lente midiendo el tamaño de la pupila de entrada?
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