Какова форма фокальной плоскости?

27

Это то, что я только что понял, я не совсем знаю ответ, поэтому я собираюсь задать его здесь, так как я думаю, что это интересно.

В большинстве ненаучных работ по глубине резкости диаграммы обычно показывают камеру и объекты как совершенно параллельные, например

введите описание изображения здесь

Однако это более точное представление фокальной плоскости?

введите описание изображения здесь

Есть ли способы оптически изменить форму фокальной плоскости?

Примечание. Очевидно, что эти диаграммы являются двумерными, но я предполагаю, что на второй диаграмме форма будет сферической с датчиком в центре.

Undistraction
источник
2
Теоретически вы могли бы построить линзу с изогнутой фокальной плоскостью - однако я не думаю, что такие линзы существуют. см .: физика.stackexchange.com/q/81349/44080 Что касается изменения фокальной плоскости, линзы со смещением наклона являются одним из распространенных способов манипулирования ими. Фокальная плоскость остается плоской, но объектив со сдвигом и наклоном позволяет наклонять и поворачивать плоскость фокусировки относительно датчика. ru.wikipedia.org/wiki/Tilt%E2%80%93shift_photography
J ...
2
@J ... это входит в принцип Шаймпфлюга . Также связаны с бумагами Леонарда Эвенса . Фокус и глубина обзора камеры - это то, что я помню, когда читал, как сфокусировать камеру обзора.
3
@J ...: Во-первых, большинство линз (особенно с широкими углами) имеют по крайней мере небольшую кривизну поля (но, как правило, намного меньше, чем показано на диаграмме выше). Хотя они довольно редки, есть несколько линз с намеренно изогнутыми полями. Пожалуй, самым необычным в этом отношении является VFC Minolta 24 / 2.8 , который позволил пользователю контролировать свою кривизну поля.
Джерри Коффин
1
Изогните датчик! whatdigitalcamera.com/technology_guides/…
Оливье
2
@J ... Как уже говорили, не асферические линзовые элементы обычно имеют линзовидную форму (или, если хотите, вогнутую линзовидную), поэтому по умолчанию все линзы камеры имеют несколько изогнутый или волнистый (например, рябь на пруду) фокус. характеристика самолета. Многие объективы имеют довольно изогнутую фокальную плоскость, отсюда и понятие мягкости в углах при широких отверстиях . Например, большинство портретных объективов имеют нескорректированную кривизну, и их изображения выглядят потрясающе как прямой результат.
HamishKL

Ответы:

20

Эффект называется кривизной поля . Хорошая дискуссия идет от Nikon . Это аберрация объектива, которая может снизить разрешение объектива в сочетании с плоским датчиком. В старые времена пленку можно было немного согнуть, чтобы попытаться проследить плоскость изображения и уменьшить эффект, но наши сенсоры сегодня жесткие. Это может быть уменьшено с дизайном линзы.

Росс Милликен
источник
2
Это правильный ответ. Я бы добавил, что любая идеальная одноэлементная линза будет демонстрировать такое поведение, если только эффект не компенсируется другой линзой или неоднородной оптической формулой. Это действительно усложняющий фактор в дизайне хороших линз, и есть надежда, что, делая управляемые гибкие датчики, мы сможем использовать намного более простые и намного более компактные линзы в будущем.
ретрография
1
Пленка также толстая по сравнению с лунками сенсора.
1
Итак, в итоге, у линз «естественно» есть искривленное поле, и мы добавляем дополнительные линзовые элементы, чтобы попытаться сгладить его?
Математическая
1
@MateticOrchid Да. Это в основном правильно
Майкл C
4
А поскольку коррекция может быть идеальной только на одном фокусном расстоянии, это расстояние может быть оптимизировано по-разному для разных типов объективов. Например, специальный макрообъектив может быть спроектирован так, чтобы иметь самую плоскую фокальную плоскость на минимальном фокусном расстоянии.
Кевин Крумвиде,
8

Одиночная сходящаяся линза с реальной толщиной имеет искривленное поле фокусировки. Большинство объективов, предлагаемых производителями, включают в себя корректирующие элементы для выравнивания поля фокусировки ближе к плоской фокальной плоскости в той или иной степени. Есть некоторые хорошо известные и очень желательные линзы, которые особенно хорошо сглаживают фокальную плоскость: например, серия Zeiss Planar. Также известны и желательны линзы, которые не исправляют некоторые или все их кривизны поля, и фотографии «взгляда», сделанные с использованием этих линз, демонстрируют. Canon EF 85mm f / 1.2 L II - один из таких объективов.

Какова форма фокальной плоскости?

Одноэлементная линза с нормальными поверхностями, использующая математически простые оптические формулы, продемонстрирует кривизну поля. При проецировании на плоский датчик / пленку, разное расстояние от центра объектива до середины и углов датчика приведет к потере фокуса на краях и в углах, если центр будет правильно сфокусирован. Если бы пленка или датчик могли быть сконструированы таким образом, чтобы все детали были равноудалены от оптического центра объектива, все было бы в одинаковой фокусировке. Такой датчик будет покрывать ту же часть (выраженную в угловых градусах) дуги сферы, что и количество дуги, покрытой линзой в поле зрения камеры. Радиус кривизны будет зависеть от показателя преломления линзы.

В современной практике существует немного, если таковые имеются, простых одноэлементных объективов, предлагаемых производителями и используемых для фотографирования, как определено в рамках photo.stackexchange.com. Форма фокальной плоскости, более правильно называемая полем фокусировки, полностью зависит от конструкции объектива. Сферическая аберрация / кривизна поля могут быть оставлены полностью не исправленными или могут быть сильно исправлены в зависимости от решений, принятых дизайнерами линз, и эффективности их конструкции.

При обсуждении кардинальной оптики необходимо учитывать, что линзы с нулевой толщиной фактически не существуют. Они теоретические. Из статьи в Википедии для Cardinal point (оптика) :

Единственная идеальная система, которая была достигнута на практике, - это плоское зеркало.

Майкл С
источник
4

В оптически совершенном объективе фокальная плоскость параллельна вашему датчику и имеет ту же форму, что и он, то есть фактически является плоскостью. Я полагаю, что с объективом из реальной жизни вы можете немного исказить плоскость, но она по существу останется плоскостью. Это должно быть так для пейзажной фотографии, когда вы хотите, чтобы все изображение было сфокусировано на бесконечности в одно и то же время, и это справедливо для любого приличного объектива.

Ваша первая диаграмма более правильная, чем вторая. На второй диаграмме вы игнорируете тот факт, что углы вашего датчика находятся дальше к оптическому центру объектива, чем к центру датчика.

Это то, что нужно учитывать при использовании обычного метода «фокусируй, а затем перекомпоновывай»: вращая камеру для компоновки, ты перемещаешь фокальную плоскость, не меняя расстояния до объекта, и ты действительно можешь вывести объект из фокуса. Это особенно верно с широкоугольным объективом с широкой апертурой.

См., Например, Как снимать движущийся объект с помощью Panasonic FZ 70/72 для получения более подробной информации.

Матье Мой
источник
Спасибо. Итак, при измерении глубины резкости, где в камере находится измерение? Датчик?
Undistraction
Я не понимаю вопроса. DoF не «измеряется» камерой. Это оптический результат диафрагмы, фокусного расстояния, ...
Матье Мой
+1 за последствия для «сосредоточиться, затем перекомпоновать». Это тонкое следствие, которое не часто осознается.
scottbb
Сожалею. Я имею в виду, где именно на камере находятся измерения, относящиеся к полученному фокусу - это точка на объективе, диафрагме или сенсоре?
Undistraction
@Pedr Я не совсем уверен, какое измерение вы просите, но этот вопрос может охватить его: photo.stackexchange.com/questions/21668/…
распознаватель
2

Форма фокальной плоскости зависит от оптической формулы. В частности, Zeiss Planar был назван в честь своей особенно плоской фокальной плоскости, которая сделала его подходящим для фотографирования книг, но в целом он больше похож на ваш второй рисунок.

floqui
источник
3
Спасибо за ответ. Было бы здорово, если бы вы могли немного расширить свой ответ, возможно, со ссылками и примерами.
Undistraction
2

Я думаю, что отсутствующий элемент в очевидно, в противном случае правильных ответах связан с неправильной интуицией в вопросе.

Интуиция в вопросе исходит (я полагаю) не от какого-то вопроса об аберрации линзы, а от неправильного ощущения, что фокусная плоскость основана на расстоянии от линзы.

Этот вопрос, возможно, можно перефразировать как

«Находятся ли все предметы, находящиеся в точном фокусе, на определенном расстоянии от объектива, и расположены ли они на кривой с радиусом фокусного расстояния?»

Ответ: «Нет, фокус работает не так». Как заявил Мэтью Мой, фокальная плоскость для идеального объектива параллельна сенсору.

GreenAsJade
источник
1
Только если объектив был исправлен на кривизну поля. Большинство современных линз были правильными, но одноэлементная тонкая линза с регулярными поверхностями не имеет.
Майкл К,
Означает ли это, что «одноэлементная тонкая линза с правильными поверхностями» имеет сферическую фокальную плоскость в результате фокусировки на фиксированном радиусе от линзы , или это просто, что такая линза имеет некоторую кривизну поля из-за к "несовершенствам"?
GreenAsJade
1
Фиксированный радиус спереди и сзади. Разница лишь в размере, если радиус с обеих сторон обусловлен показателем преломления линзы. Если выпуклая линза имеет постоянный показатель преломления от центра к краю, она будет демонстрировать кривизну поля. Когда фокусное расстояние приближается к бесконечности, DoF, вероятно, станет настолько большим, что кривизна больше не будет заметна.
Майкл C