Интересная тема, я когда-то где-то с кем-то на подобную тему уже шевелил извилинами. Процетирую сам себя, может кому-то будет интересно.
За светосилу разговор.
Началось все с того, что на одном из фотофорумов встретил такой вопрос: а как это производители добиваются постоянной светосилы для объективов с переменным фокусом, например 70-200/2,8: фокус меняется почти в три раза, а светосила одна – 2.8, а ведь мы знаем, что светосила есть отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию, или же D/f.
Вот это и зацепило.
Во-1-х: неправильным определением светосилы.
Причём, мнение о том, что "
светосила это D/f" настолько расхожее, что просто караул. Так пишут даже в статьях, претендующих на научность, уже не говоря про продавцов в магазинах и про людей далёких от техники: светосила f/1.2, или вообще "светосила 1.4", "светосила 4" и т.д. И, похоже, никого это не только не смущает, а даже сомнений не возникает. Что же при таком походе можно сказать про объективы f/0.95, f/0.85 (а ведь есть и f/0.75) – кпд системы больше 1?, света выходит больше, чем входит?! Прожектор, однако, а не объектив.
При этом есть вполне однозначное определение термина "светосила объектива" и математические выкладки, по которым она рассчитывается, и для пользователя Интернета это всё буквально в одном щелчке
http://ru.wikipedia.org/wiki/Светосила
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/130595/Светосила
и т.д., источников навалом.
Цифры, которыми сопровождают маркировку объективов, а именно цифры типа f/2,8 или f/3,5-5,6, безусловно имеют отношение к светосиле объектива, но это не значения светосилы, это минимальные диафрагменные числа объектива, они же – знаменатели максимальных относительных отверстий. Соответственно утверждения типа "светосила объектива равна 2.8", - как бы это сказать помягче, слегка неграмотные.
Маркировка 70-200/2,8 говорит о том, что объектив с переменным фокусом имеет постоянное минимальное диафрагменное число во всём диапазоне фокусных расстояний. И усё. А "светоси́ла объекти́ва – это отношение освещённости оптического изображения, образованного объективом в плоскости светочувствительного материала, к яркости фотографируемого объекта", и больше единицы это отношение не может быть никак. Не может пассивная система на выходе давать больше, чем получает на входе; примерно по этой самой причине не возможен вечный двигатель, к сожалению.
Т.е., в численном значении светосила оптической системы не может быть больше 1, да и 1 – это гипотетический показатель; такой светосилой обладают только баранка, сушка и очки без стёкол.
В реальных многолинзовых системах светосила гораздо меньше единицы, если не ошибаюсь – даже 0,5, это показатель, скорее, однолинзовой системы.
Следует отметить, что иностранные производители в описании объективов указывают "постоянная диафрагма" или "постоянное относительное отверстие", что буквально соответствует обстоятельствам.
Англоязычные описания объективов вообще не содержат слов типа "illumination" или "candlepower" (светосила), там используются термины "aperture, stop, f-stop, f-number", которые переводятся как "диафрагма, отверстие", а для характеристики "светосильности" (в нашем понимании) объектива англоязычные товарищи используют пару слов fast/slow lens, т.е. быстрый/медленный объектив; причём этимология такого "обзывательства" очень даже предметная – объектив с большим относительным отверстием позволяет пользоваться более быстрой (fast) скоростью затвора.
Т.о., термин "fast lens" зрит в корень процесса фотографирования, в то время как наш термин "светосильный объектив" довольно косоглазо зрит в сторону НИИ оптики.
Но это было во-1х.
Во-2-х, а правильное ли вообще это утверждение "постоянная светосила на всём диапазоне увеличения". Так ли это?
Светосила характеризует отношение освещённости изображения объекта к его яркости.
Тогда, для объектива с переменным фокусом и постоянной светосилой должно быть справедливо утверждение: освещённость изображения, даваемого объективом на заданной диафрагме, не изменяется при изменении фокусного расстояния. Представляется, что именно таким должен быть физический смысл постоянной светосилы. Т.е., яркость картинки в плоскости матрицы или плёнки должна быть постоянной, несмотря на изменение фокуса объектива (при рабочем положении диафрагмы, т.е. "при открытой дырке").
Но здравый смысл протестует против такого утверждения: изменили фокус – изменился угол изображения (ну или угол зрения объектива, если говорить грамотнее), соответственно должно меняться количество света на единицу поверхности, а это есть изменение светосилы.
Эти простые рассуждения подтверждаются математикой: в основе расчёта светосилы лежит квадрат отношения D/f, что бы он был постоянным при изменении f – D тоже должно меняться, вариантов нет.
Но, поскольку утверждается постоянство D на всём диапазоне f, то их отношение не может быть постоянным при изменении f. Следовательно, утверждение что светосила постоянна на всём диапазоне f – неверное.
В общем, термин "светосила" очень уж какой-то неоднозначный.
Из всего из этого напрашивается неутешительный вывод: дурят нашего брата со светосилой, а говорить о постоянстве светосилы в оптических системах с переменным фокусом – скорее всего некорректно, правильнее говорить о постоянном относительном отверстии, или постоянной максимальной диафрагме.
Есть там, правда, маленькая закавыка, но она для сильно любознательных.
P.S.
К вопросу о "геометрической светосиле": есть метод определения величины светосилы по геометрическим размерам объектива, возможно здесь это и имеется в виду, но! Эта величина всегда выше т.н. "эффективной светосилы", т.к. не учитывает потерь света.
пропорциональна площади действующего отверстия объектива 
(где 
— диаметр действующего отверстия), делённой на квадрат фокусного расстояния, т. е. 
, или 
.
Достаточно взять любой зум с постоянной светосилой и покрутить кольцо (зума) - видно, как при увеличении фокусного увеличивается входной зрачок в полном соответствии с математикой.