¿Cuál es el factor limitante en la construcción de lentes cuando se trata de valores de f-stop?

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Este objetivo macro Nikon de 105 mm ampliamente elogiado tiene un valor máximo de f-stop de 2.8. Lo sostuve en mis manos, es una lente grande . Mientras tanto, este objetivo Nikon de 50 mm puede llegar a f / 1.2, a pesar de ser un 25% más barato y MUCHO más pequeño. Entonces, al menos con estas dos lentes, no existe una correlación muy directa entre el precio y la capacidad de f-stop.

¿Qué es lo que determina el rango de f-stop de una lente dada? ¿Por qué no puede ese 105 mm sub-2?

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Respuestas:

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El área de la pupila (abertura de apertura) es proporcional al cuadrado de la distancia focal (en el mismo f-stop). Entonces, 105 mm es aproximadamente el doble de la longitud focal de los 50 mm, necesitaría 4 veces la pupila (área) para ser f / 1.2.

En otras palabras, f / 1.2, o cualquier f-stop, no corresponde a un diámetro fijo: aumenta para distancias focales más grandes.

Eso también supone que ambas lentes se juntan y transmiten la misma cantidad de luz a la abertura. Dado que el 50 mm tiene un campo de visión más amplio, tenderá a reunir más luz, por lo que tiene una ventaja adicional allí.

El área de apertura máxima está claramente restringida por el formato de la cámara; no puede ser más grande que la montura del objetivo. Una lente puede compensar reuniendo más luz, por lo que las lentes grandes de 300 mm f / 2.8 y 600 mm f / 4 tienen enormes elementos de lente frontal.

MikeW
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En el artículo de Wikipedia sobre f-stop (número f) se menciona cuán grande puede ser el tamaño de la pupila de su lente. Encontrado en la sección "Notación".
Johan Karlsson el
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El campo de visión más amplio no viene por separado: esa ventaja se explica directa y completamente por el menor tamaño físico de la apertura como explica en la primera parte de su respuesta.
Lea mi perfil el
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Um ... el número f es una relación de distancia focal a apertura; La relación es lineal, no cuadrática. Por lo tanto, una lente de 100 mm necesitaría una pupila de entrada dos veces el diámetro de una lente de 50 mm para lograr el mismo número f. (Si el diseño está escalado pero es idéntico, significa 4 veces el área y 8 veces el volumen de vidrio, por supuesto). Asumiré que el "cuadrado" entró allí por la fuerza del hábito; casi siempre aparece en cualquier discusión de apertura.
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Es una relación lineal con el diámetro de apertura (f / D), pero una relación cuadrática con el área de la pupila de entrada, que es la capacidad de recolección de luz. El área siendo (D / 2) al cuadrado, multiplicada por pi.
MikeW
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La misma gente que piensa que una pizza de 24 "es dos veces el tamaño de una de 12", me imagino;)
MikeW
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Hay bastante más que una lente más larga que necesita un diámetro mayor para mantener la misma apertura relativa.

Para un par de ejemplos, la aberración esférica y el coma son proporcionales al cuadrado de la abertura de la lente. Si tomáramos el diseño de la lente 100 / 2.8 y duplicamos el diámetro de cada elemento, podríamos esperar obtener una lente 100 f / 1.4, pero con cuatro veces más aberración y coma esféricos que la versión f / 2.8. Eso reduciría la calidad de "un poco abierto de par en par" a "Uh, bonito bokeh, supongo, pero ¿no sería mejor si algo fuera nítido?"

Bien, estoy exagerando un poco, pero entiendes la idea. Además de solo necesitar más material (por ejemplo, duplicar el diámetro de un elemento requiere aproximadamente 8 veces más vidrio), el diseño necesita una corrección mucho mejor para algunas de las aberraciones comunes para mantener la misma calidad (o similar) en una abertura más grande.

Jerry Coffin
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Las escalas de aberración esférica tienen gusto del cubo - no el cuadrado - de la abertura de la lente
Edgar Bonet
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Para responder la pregunta del título, hay dos factores limitantes. Un límite suave es la economía del diseño. Esa lente de 105 mm podría diseñarse más grande (relación más pequeña). Pero, ¿hay suficiente demanda para que cubra los costos de hacer tal lente? Al parecer, el fabricante piensa que no. Un límite estricto es el tamaño máximo del montaje del sistema. Los sistemas SLR / DSLR típicos pueden reducirse a aproximadamente f / 1.2. Los soportes de cámara de cine pueden ir más allá incluso de f / 1.0.

Skaperen
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