¿Por qué las lentes de ángulo amplio tienen aperturas relativamente pequeñas?

Me di cuenta de que muchas de las lentes de ángulo amplio (al menos para Canon) tienen aberturas algo más pequeñas que sus contrapartes normales o de telefoto. Por ejemplo, el Canon 24mm prime normal es f / 2.8, mientras que el prime de 50 mm es f / 1.8.

Teóricamente, debería ser posible hacer lentes gran angular de gran apertura, ya que su apertura será mucho más pequeña que las de los primos con distancias focales más largas. Entonces, ¿por qué no hay lentes gran angular con aberturas más grandes? ¿Una apertura más grande limita la apertura más pequeña que puede tener una lente, ya que esto podría tener un impacto en la profundidad de campo para la fotografía de paisajes?

En términos generales, las lentes de gran apertura son más fáciles de diseñar cuanto mayor sea la distancia focal. La razón por la que no ve ninguna lente de 400 mm f / 1.4 se debe a dificultades de fabricación, por ejemplo, manteniendo la dispersión baja mientras produce elementos del tamaño requerido para tales aberturas. Vale la pena reiterar que la designación f / 1.4 significa que el tamaño del tope de apertura es la distancia focal dividida por 1.4, que para un 400 f / 1.4 es la friolera de 285 mm. Técnicamente, la imagen del tope de apertura debe ser de ese tamaño, lo que significa que el elemento frontal debe ser al menos tan grande.

Si observa el más amplio de los superteles de Canon, verá un patrón de 150 mm que parece ser el límite de lo económico:

• 400 / 2.8 = 142 mm

• 600 / 4.0 = 150 mm

• 800 / 5.6 = 142 mm

Las lentes con una distancia focal menor que la distancia de registro (aproximadamente 46 mm para la mayoría de las réflex digitales) deben incorporar lo que se conoce como diseño retrofocal, que es esencialmente un grupo de teleobjetivo inverso (o "convertidor ancho") en la parte posterior de la lente. Cuanto más ancha es la lente, más correcciones deben realizarse debido al diseño retrofocal, y estas correcciones son más difíciles para lentes de aperturas amplias.

Puede ver esto si observa el diseño de la Canon 24 mm f / 2.8 y 50 mm f / 1.8:

Canon 24 mm f / 2.8

50 mm f / 1.8

La razón por la que 50 mm ofrece una relación precio / rendimiento tan buena en lo que respecta a la apertura es que para cámaras de 35 mm, 50 mm se encuentra en el punto óptimo donde la distancia focal es lo suficientemente larga como para permitir un diseño no retrofocal más simple, pero no demasiado largo para piezas grandes de el vidrio tiene que usarse para dar un buen número f.

Las lentes de gran angular modernas son en efecto telefotos inversos. Por lo tanto, hay mucho vidrio incluso si la distancia focal es menor. Además, la cantidad de vidrio necesaria para corregir abberaciones es mayor que en una lente con una distancia focal normal.

Canon tiene un objetivo de 28 mm f / 2.8 y un objetivo de 28 mm f / 1.8. De acuerdo con esta tabla (PDF), el f / 2.8 es una construcción de lentes de 5 grupos 5, mientras que el f / 1.8 es una construcción de lentes de 9 grupos 10. Por lo tanto, casi ha duplicado el número de elementos de vidrio al abrir un poco más de 1 parada, y 28 mm no es un gran angular extremo.

La apertura amplia no tiene efecto en la apertura más pequeña. Puede haber un problema mecánico en el que no obtendrá un f / 32 muy preciso en un gran angular extremo, debido a la forma de las cuchillas de apertura.

Además, si bien una abertura más pequeña aumentará la profundidad aparente del campo, perderá nitidez debido a la difracción. ¡Busque en este sitio ese tema para obtener más información!

¡Porque no es tan fácil!

Hacer una lente rápida no es solo cuestión de hacer "un agujero más grande". La lente necesita "doblar" la luz para cubrir todo el marco, y cuanto más extrema sea la flexión (como en gran angular), mayores serán las aberraciones ...