O que significa quando uma lente é descrita como f5.6 ou f1.8? Como isso se relaciona com um número de abertura do mesmo valor?

Existem dois números principais para descrever uma lente.

O primeiro é a distância focal, universalmente dada em milímetros, hoje em dia.

O segundo é a proporção da distância focal ao diâmetro máximo da lente, que é escrita na lente como uma relação, portanto 1:1.8, 1:5.6, e na escrita sobre lentes, mais normalmente como uma fração, f/1.8: note a barra, que mostra que é uma fração; f aqui significa "distância focal"

Por que é uma proporção ou fração, ao invés de uma medida do diâmetro real, como com binóculos ou telescópios (por exemplo binóculos são especificados como uma ampliação, digamos 7x, e diâmetro da lente objetiva, por exemplo, 50 (milímetros entendidos))? É porque o que importa para determinar o tempo de exposição para fazer uma fotografia é o quão brilhante é a imagem, e funciona que a relação entre o diâmetro da lente e a distância focal é o que determina o brilho, assim todas as lentes que têm uma relação entre a abertura da lente e a distância focal de 1:1.8 farão uma imagem com o mesmo brilho, e assim necessitará do mesmo tempo de exposição para um sensor com a mesma sensibilidade à luz. Uma lente de distância focal curta faz uma imagem pequena, portanto, embora uma lente f/1.8 de distância focal curta tenha uma abertura fisicamente pequena, a luz que passa por ela é espalhada menos do que com uma lente de distância focal maior, com uma abertura correspondentemente maior.

Note que o f/número é uma relação de diâmetro para a distância focal, mas a quantidade de luz que entra varia com a área da abertura, portanto, é uma regra quadrada, de modo que a corrida familiar de f/stops vai em passos de 1.4, que é aproximadamente a raiz quadrada de 2, então cada passo representa uma duplicação efetiva da área de emissão de luz.

Porque você nem sempre quer usar a abertura de tamanho máximo da lente (por uma variedade de razões), a maioria das lentes são equipadas com um dispositivo para reduzir a área da abertura, chamado de diafragma. Este é calibrado em f/ratios. Portanto, se dissermos que uma lente é f/1.8, isso significa que a maior abertura que podemos obter é igual à distância focal da lente dividida por 1.8.

Você pode muito bem ter notado que a abertura máxima da lente, a especificação f/número, muitas vezes não é um dos números da sequência regular de 1, 1.4, 2, 2.8, 4. Isso porque os fabricantes normalmente fazem a abertura máxima o mais larga possível, dadas outras restrições de custo, tamanho e qualidade de imagem. Não há nada de mágico nas séries f/número que usamos atualmente e, na verdade, no passado, foram usadas séries diferentes. Além disso, a abertura máxima de uma lente pode ser usada em publicidade, e como é admitida pelo uso comercial uma certa tolerância nestas coisas, a abertura máxima é muitas vezes mais um produto do departamento de publicidade do que o designer da lente. Você verá lentes com aberturas máximas cotadas de f/1.7, f/1.8, e f/1.9. Não é garantido que qualquer uma delas terá uma abertura maior do que uma lente de um fabricante conservador descrita como f/2.

Há outros aspectos da fotografia em que o tamanho físico da abertura da lente é mais importante do que o f/número, mas para a exposição, f/número é o que conta.

Enquanto eu estou nisso, se alguém ainda estiver lendo, aqui está a distância focal. Para simplificar, pense numa lente simples, como uma lupa, ou a lente de uma das câmaras de caixa que dominaram a fotografia na primeira metade do século XX, e que deve voltar a estar na moda. Se você segurar uma dessas lentes na frente de uma folha de papel e fizer uma imagem de um objeto distante, você tem que mover a lente na direção ou para longe do papel para obter a imagem nítida. A distância entre a lente e o plano da imagem quando a imagem de um objeto distante é nítida é chamada de distância focal. Com as lentes modernas, é tudo muito mais complicado, mas a distância focal citada é esta distância simples de uma lente simples equivalente.

Quanto maior for a distância focal, maior será a imagem. Isto é importante para fins fotográficos como a contagem de tanques em fotos de um satélite, ou fotografia de vida selvagem, onde você ou não consegue se aproximar do seu objeto (pássaros, dormentes), ou não quer (leões, crocodilos). Em muita fotografia, porém, o que importa mais é que, para um tamanho fixo de sensor de imagem, uma lente mais longa terá um campo de visão mais estreito e uma lente com uma distância focal mais curta terá um campo de visão mais amplo (assumindo que tenha sido projetada apropriadamente para esse tamanho de sensor). Assim, no sensor de tamanho 4/3 que eu uso, uma lente com distância focal de 14 mm tem um campo de visão bastante amplo, e uma com distância focal de 150 mm tem um campo de visão estreito.

Agora fica muito complicado. Nos velhos tempos do filme, havia apenas alguns tamanhos de imagem que importavam, e uma enorme quantidade de fotografia, especialmente a fotografia amadora/enthusiast, era feita em filme 35mm com um tamanho de imagem de 24mm x 36mm (chamado Full Frame). Quando o digital chegou, as câmeras foram feitas com uma gama muito maior de tamanhos de imagem, e a forma como a maioria desses tamanhos é especificada é fantasticamente inútil, sendo baseada em uma tecnologia de TV obsoleta. Assim, uma lente numa câmara pequena com uma distância focal de 5 mm pode ter o mesmo campo de visão que uma lente numa câmara grande de 28 mm. Para muitos propósitos, nós estamos primeiro preocupados com o campo de visão de uma lente, então você pode ter pensado que os fabricantes, e as pessoas que escrevem sobre equipamentos, começariam a especificar o campo de visão de uma lente (nós estamos, afinal, acostumados a isso com binóculos). Em vez disso, eles tomaram o caminho rápido de descrever o campo de visão como o de uma lente equivalente em uma câmera Full Frame. Portanto, a lente zoom básica da minha câmera 4/3 tem uma distância focal real de 14mm-42mm, mas isso pode ser descrito como "equivalente a 28-84". O que é bom, se bagunçado, mas às vezes os fabricantes de câmeras com pouco ponto e disparo especificarão a distância focal equivalente, em vez da distância focal real, física e honesta de Daguerre. Para calcular a distância focal f-stops, é a distância focal real que conta, não qualquer equivalente.