¿Qué motivó a los fabricantes de lentes a usar 1/3 f-stops en lugar de decir 1/4 o 1/2 stops?

Me di cuenta de que muchas lentes antiguas tienen f-stops duros para la lente (2, 2.8, etc.). Sin embargo, dado que la rueda de apertura para algunos es continua, puede "detenerse" en algún punto arbitrario y disparar. Desde mi publicación: ¿Cómo obtuvieron los fotógrafos la exposición en el día con solo incrementos completos? , las personas pueden trabajar con paradas difíciles y arreglar como máximo +/- 2/3 EV más adelante en la publicación.

Suponiendo que ese sea el caso, ¿cuál fue la motivación detrás de la creación de lentes f-stop 1/2 y posteriores 1/3? Entiendo que las fotografías no necesitan tanta precisión ya que estamos usando f-stops y no t-stops, a los que se hace referencia a continuación. De eso y de mi ejemplo anterior, ¿parece que 1/2 y 1/3 paradas son buenos extras? ¿No es suficiente tener un cuerpo de cámara que tenga 1/3 paradas para la velocidad de obturación e ISO pero una parada dura para la lente o es un requisito que todos los factores del triángulo de luz deben tener 1/3 paradas para la prioridad de apertura / obturación y ¿auto? Nota relacionada, ¿nos hemos detenido en 1/3 paradas o los fabricantes de lentes van a tener 1/4, 1/5 o algún otro valor menor para moverse entre paradas?

EDITAR: Estoy ignorando la profundidad de campo ya que f / stops lo controlan y me estoy enfocando específicamente en obtener la exposición correcta.

Referencia:

• ¿Por qué las lentes DSLR se miden en paradas F en lugar de paradas T?

Históricamente, la unidad de exposición era una duplicación o reducción a la mitad de la energía de exposición. Este es el origen de la f / stop. Inicialmente, este ajuste se realizó insertando una placa metálica delgada con un orificio circular, en una ranura en el cuerpo de la lente. El fotógrafo tenía una serie de estas diapositivas de metal llamadas Waterhouse Stops después de John Waterhouse alrededor de 1858. La parada de Waterhouse fue reemplazada por el diafragma mecánico del iris. (Puede ver los primeros ejemplos de ambos en este video de Roger Cicala en lensrentals.com) Para lograr un cambio 2X, el diámetro de la abertura debe ampliarse o contraerse de manera que el área de la superficie del agujero se duplique o se reduzca a la mitad. Para lograr un cambio 2X, el diámetro del agujero debe agrandarse o contraerse usando un multiplicador de divisor de 1.414 (raíz cuadrada de 2).

Como ejemplo, digamos que una lente de 50 mm está montada y configurada en f / 8. El diámetro del orificio en el iris será de 6.25 mm. Para abrir esta lente a f / 5.6, el diámetro revisado será de 8.82 mm. Para detenerse a f / 11, el diámetro revisado debe ser 4.42 mm. Lo que intento decir es que, dado que las hojas del iris están ajustadas por un tren de engranajes, la precisión es un desafío.

Para hacer un cambio de ½ f / stop, el multiplicador es la cuarta raíz 2 = 1.19. Para hacer un cambio de parada de 1/3, la modificación del diámetro es la sexta raíz de 2 = 1.12. En otras palabras, a medida que hacemos ajustes cada vez más pequeños, la precisión necesaria aumenta el costo.

Nota: con las películas en blanco y negro, los negativos resultantes son inútiles hasta que se imprimen. La operación de impresión es comparable al tomar una fotografía del negativo sustituyendo la película por papel sensible a la luz. Esta segunda exposición (impresión) permite realizar ajustes para mitigar los errores cometidos durante la exposición inicial de la película. En casi todos los casos, no era necesaria una precisión de cámara de más de 1 f / stop.

Con el advenimiento de materiales más complejos como el blanco y negro positivo y la película de diapositivas en color, es evidente la necesidad de mejorar la precisión de la exposición. Esto inspiró los ajustes de iris 1/2 y 1/3.

Ahora, las lentes de distancia focal larga son la "norma" para las cámaras de película grandes. Cuando estamos ajustando lentes más largos, la cantidad de precisión del ajuste del engranaje del iris no es un problema porque el cambio del tamaño del orificio para hacer un cambio de 1/3 de parada es considerable. Si la distancia focal es corta, los cambios de 1/3 f / stop se vuelven problemáticos. Ejemplo: un conjunto de 28 mm en f / 8 tiene un diámetro de 3,5 mm. Para cerrar a f / 11, el diámetro revisado resulta ser 3.125 mm, no es un cambio mecánico fácil.

TL; DR: ⅓ stop (duplicación de una relación) es aproximadamente ¹⁄₁₀ de un aumento de diez veces de una relación.

Mientras que a la fotografía le gusta usar el sistema de parada (conteo lineal de números de dobles o mitades (es decir, logaritmos de base 2), la mayoría del resto de la ciencia y la ingeniería, incluida la óptica, usa logaritmos de base 10.

Mientras que un stop es el log ₂ de una relación en fotografía, un Bel es el log ₁₀ de una relación (típicamente potencia / acústica / óptica). El Bel es algo grande y poco manejable, por lo que usualmente usamos decibelios, o 10 × log ₁₀ de una proporción. Una duplicación de la relación en términos de decibelios, es decir, 10 × log ₁₀ (2), es 3.01 dB, o aproximadamente 3 dB.

Pero una parada es una duplicación de una relación, por lo que 1 parada equivale a 3 dB de potencia óptica. ⅓ de una parada es ⅓ de 3 dB, o 1 dB. Puede volver a verificar esto tomando 10 dB (que es una relación de potencia de 10) = ¹⁰⁄₃ de una parada = 2 ^10/3 = 10.08 ≈ 10.

Ves esto en la fotografía cuando hablas de filtros de densidad neutra. La densidad óptica de un filtro, d está relacionada con la transmitancia , T , por:

T = 10 ^{- d}

Entonces, un filtro con OD = 1 transmite el 10% de la luz a través de él, OD = 2 transmite el 1% de la luz, etc.

Los fabricantes que especifican sus filtros utilizando el ND. Las anotaciones numéricas utilizan directamente la densidad óptica. ND0.3 es un filtro de 1 parada, ND0.6 es de 2 paradas, ND0.9 es de 3 paradas, ND3.0 es de 10 paradas, etc. Si tuviera un filtro ND0.1, sería ⅓ parada.

Ahora, ¿es por eso que se usan ⅓ paradas? No lo sé. Pero supongo que sí, porque proporciona un buen mapeo conveniente del sistema fotográfico de duplicar / reducir a la mitad al sistema de operaciones de base 10 del resto de la ciencia.

Simplemente señalando que una exposición "adecuada" depende de muchos factores, no solo de F-stop. El tiempo de exposición es igualmente importante y, dependiendo del rango dinámico de la película o del sensor de estado sólido, puede empujar el rango de impresión para que coincida con el aspecto visual deseado de la impresión. La película y los sensores típicos tienen un rango dinámico mucho mayor que nuestros ojos, por lo que esto es posible.

A continuación, no deje de lado la calidad / estilo de imagen que no sea la iluminación. F-stop controla la profundidad de enfoque y el nivel de luz; la velocidad de obturación controla el desenfoque de movimiento y el nivel de luz.

Por lo tanto, al final, la resolución (tamaño del cambio de F-stop y / o tiempos de obturación) proporcionada es una mezcla de accidentes históricos, deltas de dB entre configuraciones, y simplemente "más es mejor".

Sospecho que se usaron escalas más finas de f-stop cuando se dispone de una medición de exposición más precisa y con la introducción de algunas películas de diapositivas que tenían un rango de exposición pequeño. Para algunos metros simples del pasado, las escalas más finas de película en blanco y negro no eran demasiado importantes.