A coleta geral de luz de uma lente depende apenas da abertura?

Minha impressão é que o valor de abertura de uma lente determina sua capacidade de captação de luz, mas não tenho certeza se entendo como ela funciona ...

Ao considerar a coleta de luz nos telescópios, depende do diâmetro da lente objetiva (ou espelho). Isso faz todo o sentido para mim, uma vez que a luz é irradiada em todas as direções, então uma área maior significa que você coleta mais luz. Parece-me que deve ser o mesmo nas lentes da câmera - uma lente maior capta mais o cone de luz do objeto e o focaliza no sensor.

O que me fez pensar sobre isso foi que eu vi uma lente F / 0.95, mas ela não parece muito maior que as lentes F / 2.8, então não entendo a física de como isso funcionaria.

Essencialmente, sim, a capacidade de captação de luz de uma lente é determinada por sua abertura máxima. As taxas de transmissão dos materiais utilizados também têm efeito, mas são muito pequenas.

Sua intuição está correta, pois você esperaria que uma lente grande de abertura tivesse um barril grande, no entanto, a abertura é especificada como uma proporção do tamanho * aparente ** da abertura da lente dividido pela distância focal. Portanto, uma lente de 200 mm f / 2.0 deve ter um elemento frontal grande o suficiente para ver uma abertura de 200 / 2.0 = 100 mm, portanto o barril deve ter pelo menos 10 cm. No entanto, uma 20mm f / 2.0 parece ter apenas uma abertura de 10mm, que é pequena em comparação à maioria dos tamanhos de lente.

Para complicar, as lentes grande angulares precisam de elementos frontais maiores do que os ditados pela abertura para evitar vinhetas no quadro. Para distâncias focais menores que 50 mm, os tamanhos das lentes aumentam à medida que a distância focal diminui, apesar das aberturas e, portanto, a capacidade de captação de luz, também diminuindo.

Aqui está um bom exemplo, esta lente Nikon é apenas f / 2.8:

mas é absolutamente enorme, devido à sua natureza extremamente grande angular.

* observe que 100mm f / 2.0 não significa que a abertura física no meio da lente tenha, na verdade, 50mm de diâmetro, apenas que a imagem da referida abertura, quando vista pela frente da lente, parece ter 50mm de diâmetro. A abertura realmente é geralmente menor, mas o elemento frontal da lente deve ser grande o suficiente para acomodar seu tamanho teórico.

Você está quase certo de que o diâmetro físico da lente afeta diretamente as propriedades de captação de luz da lente.

No entanto, você também precisa levar em consideração a distância focal da lente.

A matemática é bastante direta:

Abertura máxima (parada-F) = distância focal / diâmetro da lente

Como exemplo, vamos escolher f / 4, pois é um número redondo fácil e agradável ...

• Para atingir f / 4, por exemplo, a 400 mm, o diâmetro da lente será 100 mm.
• Para atingir f / 4 a 100mm, o diâmetro da lente teria que ser 25mm.
• Para atingir f / 4 a 50 mm, o diâmetro da lente será 12,5 mm.

Por exemplo, por exemplo, uma lente de 50 mm, para atingir f / 0,95 como você afirmou em sua pergunta, e como isso é menor que f / 1, o diâmetro da lente precisará ser um pouco maior que a distância focal da lente em 52.63mm.

Observe que pode ser mais fácil alternar a equação para:

Diâmetro da lente = Distância Focal / Abertura Máxima (F-Stop)

Portanto, quanto à sua pergunta original sobre uma lente f / 0.95 não ser muito maior que uma lente af / 2.8, você precisa garantir que ambas as lentes tenham a mesma distância focal. Então você veria que o 0,95 era realmente maior que o 2,8 e, usando a equação acima, você pode descobrir exatamente quais devem ser os diâmetros das lentes físicas em cada um ;-)

Espero que faça sentido???

Outros já explicaram a diferença entre a pupila de entrada e a lente frontal. Gostaria de acrescentar uma palavra sobre por que o poder de captação de luz é dado pelos números F.

A diferença entre um telescópio e uma lente fotográfica é que você costuma usar um telescópio para a imagem pequenos objetos (pequenas em tamanho angular). Então, seu assunto quase sempre se encaixa no campo de visão, independentemente da distância focal do escopo. Por outro lado, você costuma usar uma câmera para capturar uma cena inteira que preenche completamente o quadro. Então, distâncias focais mais curtas permitem capturar mais da cena ... e, portanto, mais luz!

Isso faz uma grande diferença na maneira como o "poder de captação de luz" é apreciado. Para um astrônomo, o poder de captação de luz é a capacidade de um osciloscópio de captar o fluxo luminoso de uma pequena fonte, fornecendo uma determinada iluminação na Terra. É, portanto, equivalente à área da superfície da pupila de entrada. Para um fotógrafo, o poder de captação de luz é a capacidade de uma lente (ou câmera) de captar o fluxo luminoso de uma cena estendida de determinada luminância média . Depende então do aluno de entrada e do campo de visão. É por isso que usamos números f em vez de diâmetros brutos de abertura.

Veja também esta resposta a uma pergunta relacionada .

Pense em parar o seu telescópio. Muitos escopos vêm com tampas de lente que têm um furo circular cortado no centro com uma tampa secundária.

Se você operar seu osciloscópio com a tampa da lente LIGADA, mas a tampa secundária DESLIGADA, você interrompeu o seu osciloscópio. Seu escopo f8 agora pode ser, digamos, um escopo f20 sem nenhuma alteração no diâmetro da lente objetiva . Isso realmente me assustou desde que comecei nos telescópios diante das câmeras e tive exatamente a mesma confusão que você tem.

Você tem uma câmera de filme antigo de 35 mm? Abra a parte de trás e olhe através da lente; essencialmente, seu olho é agora o filme. Pressione o obturador. Você verá um breve flash de luz através da abertura principalmente circular. (Melhor ainda, defina a velocidade do obturador lenta para que o flash breve seja menos breve.) Agora brinque com a configuração de abertura, compare, diga f2.8 com f16. Observe como o tamanho do furo circular muda?

Se você não possui uma câmera de filme antiga, tente isso com a sua DSLR, mas olhando pela frente, procure algo para mudar dentro da lente, no centro direto, enquanto brinca com a abertura.

As câmeras são interrompidas bastante. Você precisa fazer isso para alterar a duração da exposição e controlar a profundidade de campo.

Os telescópios raramente são parados. Você provavelmente só quer fazer isso para observação solar ou lunar. Por quê? Você não precisa de luz extra, mas, a menos que tenha um refrator de APO, pará-lo diminuirá consideravelmente a aberração cromática. Eu tive a chance de ver o telescópio Galileo na Filadélfia. Tinha talvez 1 a 1,5 polegadas de diâmetro, mas foi diminuído para algo minúsculo, como 0,5 "ou mais! Isso foi feito para reduzir as aberrações em suas lentes primitivas.