Jak działa przysłona bez „przycinania” obrazu uderzającego w matrycę?

Nauczyłem się różnych ustawień w aparatach i teraz mam pełniejsze zrozumienie, jak efektywnie korzystać z mojego aparatu, ale jedno wciąż mnie wkurza.

Czy po zmianie rozmiaru przysłony inne obiektywy poruszają się, aby ponownie ustawić ostrość wiązek promieni na pełny rozmiar klatki?

Chodzi mi o to, że przysłona wydaje się „przycinać” obraz do coraz mniejszego koła (lub raczej kształtu n-stronnego). Rozumiem, że to oczywiście oznacza mniej światła, ale czy dzieje się coś innego, co ponownie ustawia wiązkę światła tak, aby pasowała do całego czujnika po jego regulacji?

Soczewki nie świecą bezpośrednio przez światło, skupiają je, jeśli wybaczysz kiepskie śledzenie promieni:

Zielone linie oznaczają stożek światła padający na soczewkę wąskim otworem, czerwony to stożek światła dopuszczony przez szeroki otwór. W tym przypadku możesz sobie wyobrazić przysłonę bezpośrednio przed lub bezpośrednio za obiektywem (w przypadku zwykłego obiektywu nie ma dużej różnicy) Niezależnie od przysłony światło jest nadal skupiane w tym samym punkcie.

To prosty obiektyw, ale to samo dotyczy złożonych. Tu zaczyna się Twoja intuicja dotycząca kadrowania (zwykle w tym kontekście zwana winietowaniem): w złożonym obiektywie przysłona musi znajdować się w odpowiednim miejscu. Przeszkody w innych częściach obiektywu spowodują winietowanie.

Niedawno próbowałem to rozgryźć i znalazłem to pytanie. Nie czułem, żeby zaakceptowana odpowiedź była kompletna, więc oto mój strzał (nie zamierzam grać w słowa!) :

Pierwszą rzeczą do zrozumienia jest to, że światło odbijające się od dowolnego punktu na powierzchni nie jest jedną wiązką światła, ale wieloma, które wpadają pod różnymi kątami i odbijają się pod różnymi kątami. Większość tych wiązek nigdy nie trafi w obiektyw aparatu; niektóre jednak robią to i skupią się na jednym punkcie czujnika obrazu (zakładając, że punkt jest ostry) .

Światło z punktu ostrości przechodzącego przez obiektyw

Co się stanie, jeśli ustawimy przysłonę za obiektywem (lub przed nim)?

Przysłona za soczewką

Światło z punktu wciąż uderza w czujnik obrazu, więc nadal będzie widoczne na obrazie. Jednak teraz mamy po prostu mniej światła od tego momentu, gdy uderza ono w czujnik. Dlatego użycie mniejszej przysłony (lub mniejszego obiektywu) wymaga dłuższego czasu ekspozycji; czujnik potrzebuje więcej czasu na pochłonięcie tej samej ilości światła.

Jeśli więc zmniejszenie przysłony zmusza cię do korzystania z dłuższych czasów ekspozycji, to po co w ogóle mieć aperturę? Zmniejszenie naświetlonego światła może czasem być przydatne (na przykład jest to cel źrenicy gałki ocznej, co jest dokładnie analogiczne do przysłony) , ale główny powód posiadania przysłony w kamerze ma faktycznie związek z brakującymi punktami ostrości.

Poza punktem ostrości - za daleko

Poza punktem ostrości - zbyt blisko

Zauważ, że w obu przypadkach wiązki światła pochodzą z jednego punktu, ale nie wszystkie trafiają w czujnik obrazu w jednym punkcie. Są one raczej rozmieszczone w kole. To powoduje, że punkty nieostre wydają się rozmyte na zdjęciu.

(To koło jest czasami nazywane Kręgiem Zamieszania . Nawiasem mówiąc, wyjaśnia to również, dlaczego punkty nieostre, które są jaśniejsze niż punkty otaczające, wyglądają jak okrągłe dyski )

Co się stanie, gdy w tym przypadku umieścimy przysłonę za obiektywem (lub przed nim) ?

Poza punktem ostrości z przysłoną

Po raz kolejny widzimy, że mniej światła pada na czujnik, co oznacza, że ​​znów będziemy potrzebować dłuższej ekspozycji. Stało się jednak coś innego: krąg światła (z naszego punktu) uderzający w czujnik stał się mniejszy. Spowoduje to, że punkt będzie bardziej ostry na ostatecznym obrazie! Dlatego mniejszy otwór zwiększy zakres głębokości, na której obiekty pojawiają się w ognisku, tj. zwiększa głębię ostrości.

Zatem im większa apertura (lub obiektyw), tym krótszy czas ekspozycji będzie potrzebny (z powodu większej ilości światła) , ale im mniejsza będzie głębia ostrości (z powodu światła nieostrego) punkty uderzające w większy obszar) . I odwrotnie, im mniejsza wartość przysłony (lub obiektywu), tym większa będzie głębia ostrości, ale tym więcej czasu ekspozycji będziesz potrzebować.

Gdybyśmy mogli uzyskać nieskończenie małą aperturę †, moglibyśmy ustawić ostrość na jednym zdjęciu ... ale potrzebowalibyśmy bardzo długiego czasu ekspozycji lub niezwykle czułego czujnika! Zasadniczo tak działa kamera otworkowa .

^{† Cóż, otwór nadal musiałby być większy niż długość fali światła, ale to zupełnie inny temat ...}

Wygenerowałem powyższe obrazy za pomocą tego niesamowitego narzędzia .

Może pomóc myśleć o twoim oku. Twoje oko jest zasadniczo kamerą, a tęczówka oka działa tak samo jak przysłona w obiektywie kamery. Kiedy wychodzisz na zewnątrz w jasny dzień, twoje tęczówki zwężają się, aby zmniejszyć ilość światła padającego na siatkówkę, ale nadal masz to samo pole widzenia - obraz nie jest przycięty. To samo oczywiście dzieje się z obiektywem aparatu.

Powodem, dla którego obraz nie jest przycięty, jest to, że promienie z całego obrazu padają na całą powierzchnię obiektywu (zarówno aparatu, jak i oka). Możesz sobie wyobrazić stożek promieni opuszczający każdy punkt w polu widzenia, w którym wierzchołek stożka znajduje się w punkcie, a podstawą stożka jest soczewka. Tęczówka zmniejsza średnicę podstawy tego stożka, więc jest mniej światła, ale jednak część stożka przechodzi przez tęczówkę i jest skupiona przez soczewkę w jednym punkcie na czujniku (lub siatkówce).

Nie, zmiana ustawienia przysłony nie jest konieczna, a przysłona nie przycina obrazu.

Jak zapewne wiesz, obraz jest odbijany w lustrze i odwrócony do góry nogami, gdy uderza w czujnik. Obraz jest zogniskowany w jednym punkcie wewnątrz obiektywu, a po drugiej stronie wychodzi. Punktem, w którym spotykają się wszystkie promienie światła, jest apertura, dlatego obraz może przejść przez tak małą dziurę bez przycinania.

Elementy soczewki w obiektywie nie są w rzeczywistości potrzebne do uzyskania obrazu, potrzebna jest tylko apertura. Aparat otworkowy w ogóle nie ma żadnych obiektywów, ma jedynie niewielki otwór, który działa jak przysłona i wyświetla obraz na filmie.

Efekt nazywa się camera obscura i stąd pochodzi nazwa aparatu.