Dlaczego soczewki mają zawsze okrągły kształt?

100

Dlaczego soczewki są okrągłe, chociaż nie ma matrycy? Dlaczego nie mogą być kwadratowe lub pasować do kształtu matrycy?

VB
źródło
2
Dobre pytanie z doskonałymi odpowiedziami musiało się przyłączyć, aby głosować na to pytanie i jego odpowiedzi.
Naprawiono punkt
5
Podobne do tego, dlaczego koła są okrągłe, mimo że droga jest płaska.
Olin Lathrop
Nie zawsze są kuliste. Mogą być paraboliczne. Mogą być szkłem refrakcyjnym o płaskim indeksie. Mogą być holograficzne. Mogą być tablicą strefową. Przede wszystkim nie zawsze. Wiele zależy od zastosowania.
Stan

Odpowiedzi:

45

Czujniki są tradycyjnie prostokątne, oparte na historycznie tradycyjnym kształcie nośników obrazu.

Ale istnieje decyzja technologiczna / biznesowa, która powoduje, że są one prostokątne. Czujniki są prostokątne, ponieważ są wykonane przy użyciu technik wytwarzania półprzewodników. Techniki te wymagają „drukowania” obwodów wielu czujników na krzemowej płytce. Obecnie płytki te mogą mieć średnicę 300 mm, a producenci zbliżają się do średnicy 450 mm ( patrz tutaj ). Wiele czujników można wydrukować na tak dużych płytkach.

Czujniki są kafelkowane na płytce, aby efektywnie wykorzystać dostępną przestrzeń oraz w taki sposób, że można je łatwo rozdzielić na „matryce” (w tym przypadku poszczególne czujniki). Proces ten nazywa się krojeniem w kostkę. Najbardziej opłacalnym kształtem matryc jest prostokąt. Zwykle do cięcia płytek w linii prostej używa się piły lub rysika. Wyobraź sobie, że matryce (czujniki w tym przypadku) miały być okrągłe (marnotrawstwo i kosztowne użycie materiału) lub sześciokątne (efektywne wykorzystanie materiału, ale nacięcia nie są proste na całej płytce). ( Zobacz tutaj, aby uzyskać więcej informacji. )

B) Soczewki wykonane z wysokiej jakości szkła są zazwyczaj szlifowane za pomocą tokarek. (Można to zobaczyć w tym filmie . Obejrzyj około 7:00 minuty. Przepraszam, to po japońsku, ale wideo jest bardzo fascynujące i odkrywcze.) Łatwiej jest obracać, szlifować i polerować okrągły obiektyw w te maszyny, ponieważ nie ma żadnych krawędzi, które mogłyby uchwycić oprzyrządowanie, gdy soczewka obraca się wokół. Jest to również zgodne z optyczną symetrią, którą próbują osiągnąć w gotowym obiektywie.

Soczewki, które nie są okrągłe, byłyby na ogół wycinane z okrągłych soczewek, co zwiększa koszty produkcji zespołu soczewek. Soczewki nie muszą być okrągłe. Na miłość boską, większość okularów nie jest okrągła! Kiedy robisz okulary, musisz mieć świadomość, że producent soczewek nie magazynuje soczewek dla każdego kształtu oprawki. Tnie lub szlifuje okrągłe soczewki, aby dopasować je do ramy.

Gdy producent soczewek ma swoje okrągłe soczewki, co zmotywuje go do przycięcia go do innego kształtu? Jak wiele osób zauważyło na różnych forach, kształt soczewki nie determinuje kształtu ani jakości obrazu (poza dyfrakcją powodowaną przez krawędzie, które można złagodzić, a także niektóre efekty aberracji drugiego rzędu), a w większości przypadków każdy punkt na obiektywie może zbierać światło z każdego punktu na obiekcie i skupiać każdy punkt na płaszczyźnie obrazu. Już zauważyłem, że zmiana kształtu soczewki zwiększa koszty. Naprawdę nie ma praktycznego powodu (ogólnie) do zmiany kształtu.

Jim
źródło
1
Bardzo agresywna odpowiedź;).
VB
1
Cylindryczny jest również najwygodniejszym kształtem do wykonania tubusu obiektywu pod względem siły i zdolności do helikoidy do precyzyjnego ruchu grup ogniskowania. Mógłbyś, gdybyś chciał przyciąć każdy obiektyw do prostokąta, zrobić prostokątną beczkę z prostokątną aperturą, ale wszystko, co byś skończył, to bardzo drogi obiektyw, który wytwarza dziwne bokeh.
Matt Grum,
1
Czujniki do bardzo dużych teleskopów optycznych są okrągłe (aby nie marnować żadnego z bardzo drogiego koła obrazu), ale są wykonane przez zszycie wielu małych prostokątnych płytek.
Matt Grum,
Ostatni punkt, anamorficzna soczewka RH-1 była historią głupców z kwietnia - nie ma takiej soczewki. Ale Lomo ma wiele kwadratowych anamorfii z przodu.
Matt Grum,
2
Dodatkowy fajny fakt do naprawdę miłej odpowiedzi: soczewki są swego rodzaju „holograficzne”. Jeśli weźmiesz soczewkę i rozbijesz ją na pół, nadal otrzymasz cały obraz, tylko przyciemnienie. Możesz wziąć odłamek obiektywu, a mimo to cały obraz jest przyciemniony. Możesz złożyć wiele odłamków soczewki razem i uzyskać soczewkę Fresnela.
Kaushik Ghose
33

Istnieje wiele powodów, dla których soczewka jest produkowana okrągłe:

  1. Ze strony producenta wytwarzanie soczewek sferycznych jest łatwiejsze i tańsze oraz łatwiejsza kalibracja po połączeniu różnych soczewek w celu uzyskania unikalnej funkcji, np. Makro, teleobiektyw itp.

  2. Jeśli chodzi o zwykłych użytkowników, większość z nas zdecydowanie zgodzi się powiedzieć, że wygodniej jest obracać okrągłe soczewki niż prostokątne. Wewnątrz obiektywów aparatu, a zwłaszcza obiektywów zmiennoogniskowych, niektóre elementy muszą być regulowane głównie poprzez obracanie (tańsze obiektywy) podczas ustawiania ostrości lub powiększania. Obracanie soczewki niekołowej będzie trudne, jeśli jednocześnie próbujesz kontrolować orientację aberracji i pików dyfrakcyjnych.

  3. Próba zakrzywienia czegoś płaskiego jest trudniejsza niż zrobienie krzywej czegoś okrągłego.

  4. W przypadku obiektywów szerokokątnych ma on kulisty kształt, który zapewnia lepszą i szerszą perspektywę.

  5. Aby skupić się na świetle z różną odległością, wymaga okrągłej soczewki, ponieważ wszystkie punkty światła muszą być skupione na tym samym obszarze ogólnym.

  6. Aby uzyskać obrazy osiągające maksymalną rozdzielczość (ostrość), powierzchnia soczewki musi być bardzo dokładna z bardzo wysoką precyzją, aby obiektyw mógł uzyskać pełną rozdzielczość - małe ułamki długości fali światła. Procesy szlifowania i polerowania są zapewnione tylko w celu uzyskania soczewek o pożądanej dokładności dla soczewek okrągłych; osiągnięcie tej dokładności dla innych kształtów jest niezwykle trudne, ale nie niemożliwe.

  7. Najbardziej pożądanymi właściwościami soczewki są jej zdolność do tworzenia ostrych obrazów bez artefaktów oraz zdolność gromadzenia światła, szczególnie przy słabym oświetleniu. Obie te właściwości są maksymalizowane przez okrągłe soczewki; tylko ktoś absolutnie nieświadomy teorii optyki próbowałby zaprojektować dowolny inny kształt.

Jez'r 570
źródło
9
Tylko jedna wołowina: soczewki nigdy nie muszą się „obracać” (chyba że celowo wprowadzają astygmatyzm). Tańsze mogą być obroty, ale nigdy nie miałem obiektywu, który nie używałby uwięzionych popychaczy na prostej ścieżce oprócz krzywki pozycjonującej do ruchomych elementów.
2
Oczywiście powody 1, 3 i 6 nie powstrzymują producenta od wyprodukowania okrągłej soczewki, a następnie odcięcia części, które skupiają światło, które i tak nie uderza w czujnik, powiedzmy, aby zaoszczędzić na wadze. Z długiej liczby pierwszych tak naprawdę pozostały tylko powody 5 i 7 i być może można je wyjaśnić nieco bardziej szczegółowo (więcej niż „to po prostu dlatego, że… optyka”).
Christian
3
Tak, to tak, jakby usłyszeć więcej o optyce - załóżmy, że jesteśmy „nieświadomi teorii optycznej”, ponieważ tutaj jest to zasadnicze pytanie.
mattdm
2
Wydaje mi się, że inną rzeczą byłoby to, że zapewnienie prostokątnej soczewki wymagałoby dokładnego wyrównania z czujnikiem. Nie jest wymagane w przypadku okrągłej soczewki, ponieważ tylko środek musi się zgadzać, a nie obrót
Akash
5
To kompletny brak odpowiedzi. Prawie każdy punkt jest bez znaczenia lub w rzeczywistości niczego nie wyjaśnia. Co znaczy 3? Czy 1 i 4 są oparte na pomieszaniu okrągłych soczewek z optyką sferyczną? Dlaczego wytwarzanie soczewek sferycznych jest łatwiejsze i tańsze? Dlaczego procesy szlifowania i polerowania są zapewnione tylko ... dla soczewek okrągłych? Co to znaczy , że okrągłe soczewki „dają lepszą i szerszą perspektywę”? Z początku wydaje się to rozsądną odpowiedzią, ale jak tylko przeczytasz słowa, jasne jest, że to po prostu słownictwo zaprojektowane tak, by „brzmiało dobrze”.
19

Jeszcze jeden powód: zdolność gromadzenia światła jest w dużej mierze zależna od obszaru, podczas gdy część jakości optycznej spada (lub droższa jest korekta do tego samego poziomu) z maksymalnym wymiarem. Okrąg minimalizuje maksymalny wymiar dla określonego obszaru.

Mimo to obawy związane z produkcją są nadrzędnym powodem. Na szczęście i tak z innych powodów potrzebujesz okrągłej soczewki.

Olin Lathrop
źródło
2
+1 - To jedyna poprawna, ale krótka odpowiedź!
Rex Kerr
o to mi chodziło z „zwartością”
Michael Nielsen
1
Okrągła soczewka gromadzi najwięcej światła dla danego maksymalnego wymiaru, ale zbiera całkiem sporo na częściach płaszczyzny obrazu, które nie znajdują się na matrycy!
Tom Anderson
gromadzi się bardziej na płaszczyźnie obrazu niż w przypadku przycięcia go w celu dopasowania.
Michael Nielsen
@Tom: Nie bardzo. Całe światło padające na obiektyw z punktu sceny, który kończy się na obrazie, służy do wykonania obrazu. Jest to prawdą niezależnie od kształtu soczewki.
Olin Lathrop,
17

Zabawne jest to, że kształt apertury (a więc soczewki) wpływa na pozorny kształt nieostrego źródła światła (często nazywanego „bokeh”). Możesz to zobaczyć, patrząc na niestandardowe obrazy bokeh ( http://www.wikihow.com/Make-a-Custom-Bokeh ).

floqui
źródło
1
Ale tak jak w okrągłym obiektywie można mieć kwadratowy lub gwiazdkowaty otwór, tak samo można mieć kwadratowy obiektyw z okrągłym otworem.
mattdm
3
@mattdm Wówczas kwadratowa soczewka musiałaby być wystarczająco duża, aby zawierała koło obecnej soczewki wewnątrz kwadratu - więc teraz tworzysz większą, cięższą i droższą (pod względem surowców i procesów produkcyjnych) soczewkę. Jeśli nie, kształt soczewki działałby jak otwór wtórny, tak jak w przypadku niektórych obiektywów, ostrza przysłony wcale nie znajdują się na ścieżce światła, gdy obiektyw jest szeroko otwarty.
Michael C
I wydaje mi się, że trudniej jest zrobić bransoletę z kwadratowymi soczewkami ... ( store.miles-miles.com/products )
floqui
zaletą tych prostokątnych obiektywów byłoby to, że muszą one mieć tylko 4 ostrza, nawet obiektywy L i Carl Zeiss. flo: dlaczego te bransoletki są tak drogie! Mógłbym rozważyć jeden dopasować mój obiektyw filiżanki kawy, ale to jest głupie drogie ...
Michael Nielsen
9

Cóż, soczewki nie zawsze mają okrągły kształt. Nie ma to jednak nic wspólnego z fotografią. Oto kilka przykładów:

  1. Soczewki cylindryczne są bardzo przydatne w niektórych zastosowaniach kamer 1-D i korekcji astygmatyzmu wiązki, a także w kształtowaniu wiązki.

  2. Soczewki Fresnela mogą mieć wiele kształtów i służą do ustawiania ostrości za pomocą skrętu. patrz na przykład: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnifying-fresnel-lens.jpg

istnieje kilka bardziej ezoterycznych rodzaje soczewek, ( lenslet matryce , obiektywy kinoform , etc ..) Ale to, co jest ważne, aby pamiętać, że obiektyw jest używany do zginania światła, i istnieje wiele sposobów na to, że za pomocą „dyfrakcyjne” optyka lub tradycyjny materiał podobny do szkła. Przyczyną projektu jest zwykle funkcjonalność i koszt produkcji.

bla
źródło
2
Jestem pewien, że OP oznacza obiektywy aparatu, a nie obiektywy.
Michael Nielsen
6

Załóżmy, że używasz soczewki prostokątnej zamiast cylindrycznej. Po pierwsze, kształt soczewki nie będzie sprawa w ogólechyba że masz aperturę całkowicie otwartą; przy każdym wolniejszym ustawieniu decydujący będzie w przybliżeniu okrągły kształt membrany. Zakładając, że masz aperturę całkowicie otwartą, główny efekt będzie następujący. Będziesz miał określoną głębię ostrości. Jeśli punkt obiektu A znajduje się we właściwej odległości, aby uzyskać obraz podobny do punktu, to punkt ten nadal jest punktem niezależnie od prostokątnego kształtu soczewki. Jeśli jednak punkt obiektu B znajduje się w innej odległości, na obrazie tego punktu pojawia się rozmycie. Nieostrość pojawia się, ponieważ istnieje wiązka promieni świetlnych, a wiązka ma pewien skończony rozmiar w miejscu przecięcia filmu lub mikroukładu. Ponieważ soczewka jest prostokątna, ten pakiet jest piramidalny, a rozmycie będzie rozmyciem prostokątnym, a nie zwykłym okrągłym. Załóżmy na przykład, że kogoś fotografujesz ” twarz z gwiaździstym niebem w tle. Skupiasz się na twarzy. Gwiazdy pojawią się jako małe rozmyte prostokąty.

Przy bardzo dużych powiększeniach (być może z bardzo długim obiektywem, który faktycznie jest małym teleskopem), możliwe jest, że zobaczysz również wzory dyfrakcyjne. W przykładzie twarzy z gwiaździstym tłem załóżmy, że zmieniamy ostrość na nieskończoność, odsuwając twarz od ostrości. Optyka falowa przewidywałaby teraz, że (przy braku aberracji) wzór dyfrakcyjny gwiazdy byłby centralnym (rzędu 0) obrzeżem otoczonym pierścieniem (obrzeże pierwszego rzędu), gdybyś użył okrągłego otworu, ale prostokątnego otworu dałby inny wzór (bardziej jak prostokątna siatka z frędzlami). W praktyce nie sądzę, aby aparat był kiedykolwiek ograniczony dyfrakcją z całkowicie otwartą przysłoną. Dyfrakcja maleje wraz ze wzrostem apertury, a aberracje promieni optycznych wzrastają,

Ben Crowell
źródło
1
zatrzymał się nie będzie kołowy, chyba że użyjesz tych: wdjoyner.files.wordpress.com/2013/05/aperture_wikipedia.png
Michael Nielsen
@MichaelNielsen: Czy masz na myśli, że będzie on w przybliżeniu okrągły?
Ben Crowell,
tak, o to mi chodzi. Zwykle chcesz wybrać szeroko otwarte, aby uzyskać idealne koła, które otrzymasz wtedy tylko wtedy, gdy masz naprawdę dobry obiektyw bez aberracji sferycznych.
Michael Nielsen
5

Soczewki zawsze były produkowane jako okrągłe, ponieważ najlepiej pasują do procesu produkcyjnego. Wyrównywanie ich wymagałoby później przynajmniej bardzo precyzyjnego cięcia, dzięki czemu byłyby znacznie droższe. (Jednak produkowane są soczewki kwadratowe do specjalnych celów)

Można zapytać, dlaczego czujnik jest kwadratowy, a nie okrągły?

Odpowiedź jest taka, że ​​nasze ekrany, filmy, a na koniec papier fotograficzny ma kwadratowy kształt. Nie potrzebujemy okrągłego czujnika, jeśli potrzebujemy kwadratowych zdjęć!

kolja
źródło
3

Z pewnością chodzi o to

  1. aby zastosować tę samą „operację” do światła przychodzącego w dowolnym kierunku, potrzebujesz kołowo symetrycznego kształtu, aby nie zniekształcać odstępów między różnymi punktami na przychodzącym obrazie

  2. soczewki na ogół mają na celu skupienie światła lądującego na ich powierzchni w jednym punkcie. Ten punkt jest „nieco za” matrycą CMOS w kamerze, ale jest to ta sama zasada, a fizyka dyktuje, że osiąga to kształt przekroju soczewki. Powtarzając to we wszystkich orientacjach, obracasz się wokół i uzyskujesz płaski kształt kopuły, jak soczewka

  3. Jest to podobny powód, dla którego anteny satelitarne są kopułowane, a nie w kształcie pudełka

ale zdecydowanie nie jest tak, ponieważ jest łatwiejszy do wyprodukowania. Krople deszczu i szklane kule mają efekt soczewki. Windows nie. Kostki i pudełka z materiału refrakcyjnego po prostu nie mają takiego efektu.

użytkownik1958722
źródło
Re: punkt 3. Czy zdajesz sobie sprawę z kwadratu ?
Philip Kendall
3

Soczewki nie muszą być okrągłe. Spójrz na różnorodne kształty, w których pojawiają się oprawki okularów.

Jednak wszystkie te soczewki są przekrojem wyciętym z soczewki podstawowej, która ma kuliste powierzchnie (ignorując przez chwilę soczewki korygujące astygmatyzm).

I jest w zasadzie odpowiedź. Każda asymetria dałaby aparatowi astygmatyzm: niemożność ustawienia punktu w pionie i poziomie jednocześnie.

Obiektyw musi zapewniać stałe ogniskowanie wzdłuż dowolnej osi obrotu. Jeśli dwie równoległe wiązki światła, które są w odległości jednego cm od siebie, uderzą w obiektyw poziomo, muszą skupić się na tej samej odległości, co dwie równoległe wiązki, które są w odległości jednego cm od siebie pionowo.

Zaraz
źródło
1
i aby zrobić obiektyw fotograficzny (rozumiany przez obiektyw), możesz użyć tych ciętych soczewek bez astygmatyzmu, i to jest pytanie: dlaczego tego nie robią.
Michael Nielsen
2

Oprócz stworzenia naprawdę dziwnego Bokkeha, prostokątny obiektyw pogorszyłby również winietowanie obiektywu i stworzyłby asymetryczną rozdzielczość na obszarze obrazu wśród innych negatywnych aberracji optycznych. Światło, które uderza w dowolny punkt czujnika, pochodzi z szerokiego pokosu szkła - światło, które uderza w róg czujnika, nie przechodziło wyłącznie przez odpowiedni obszar narożny elementów soczewki w drodze do czujnika ( chyba że konsekwentnie wybierzesz tak małą aperturę, że sama dyfrakcja znacznie obniża jakość obrazu). Producenci soczewek dokładają wszelkich starań, aby wszystko było symetryczne pod kątem docelowej jakości obrazu, w tym nawet przysłony. Obiektywy niskiej jakości mogą mieć kilka ostrzy przysłony z płaskimi krawędziami, co tworzy bardzo kątową tęczówkę pięciokątną lub sześciokątną ... może to mieć wymiernie negatywny wpływ na wykres MTF obiektywu (miara zdolności rozdzielczej obiektywu) nawet w środku obrazu. Przejdź do soczewek lepszej jakości, a znajdziesz znacznie więcej symetrycznie okrągłych otworów przysłony ... otwory w tych wyższej klasy obiektywach za wiele tysięcy dolarów, które Canon i Nikon wypuszczają, mają bardzo okrągłe przysłony - to tylko otwór ... zrób to na szybę, a obraz jeszcze bardziej degradujesz. Naprawdę wysokiej klasy (5-cyfrowe) obiektywy w kinie mają okrągły kształt. Elementy obiektywu. Wszystko to dotyczy jakości obrazu w całym obszarze obrazu, od środka do rogu. Niezależnie od tego, czy czujnik jest kwadratowy, prostokątny, okrągły, a nawet w kształcie gwiazdy lub półksiężyca, soczewka - przynajmniej naprawdę dobra - nadal będzie symetryczna (inaczej okrągła). Tak,

użytkownik22502
źródło
1

Trudno to wyjaśnić bez wprowadzenia pełnego wyjaśnienia elektrodynamiki kwantowej , ale całe światło docierające do czujnika „przechodzi” przez całą soczewkę, przynajmniej w pewnym sensie, nawet jeśli mówimy tylko o pojedynczym fotonie. Foton nie bierze tylko jednej ścieżki (chyba że popełnisz błąd, próbując dowiedzieć się, którą ścieżkę obrał), bierze wszystkie możliwe ścieżki . Dziwne, ale prawdziwe.

Oznacza to, że usunięcie szkła z okrągłej soczewki w celu utworzenia mniejszego prostokąta nie usuwa „dodatkowego” szkła, które nie jest używane, w rzeczywistości byłoby usunięcie szkła, które jest używane do obrazowania (i zbierania światła). Z tego samego powodu dodanie dodatkowego szkła, aby obiektyw stał się prostokątny ze względów czysto kosmetycznych, nie tylko wiązałoby się z dodatkowymi wydatkami, że „dodatkowe” szkło przyczyniłoby się teraz również do rozkładu prawdopodobieństwa obrazowania, więc musiałoby być tak dokładnie wykonane i tak samo poprawione jak wysuwana soczewka okrągła. Jak wyjaśniłem tutaj , im większy (szybszy) obiektyw, tym bardziej potrzebna jest korekta, tym wymagana jest większa dokładność i tym bardziej cena wzrośnie.

Poza tym jednak efekt bokeh (charakter obszarów nieostrych, szczególnie świateł) wyglądałby naprawdę, bardzo źle.

Społeczność
źródło
15
to jedna z najbardziej niezwiązanych odpowiedzi, jakie kiedykolwiek czytałem. Uwaga, mam doktorat z fizyki i pracuję w dziedzinie fizyki AMO (O oznacza optykę). QED nie ma z tym nic wspólnego. Lub możesz wywołać QED dla prawie każdej odpowiedzi na temat zjawisk fizycznych! na rzeczywiste soczewki i ich konstrukcję nie mają wpływu zjawiska kwantowe. łał.
bla
3
Obawiam się, ludzie. QED tak naprawdę dokładnie opisuje , dlaczego cały użyteczny obiektyw ma znaczenie nawet na poziomie pojedynczego fotonu. Pomijaj zjawiska kwantowe, ile chcesz; wciąż napędzają optykę.
8
Jasne, ale to dlatego, że wszystko jest kwantowe w najmniejszej skali. Dla mnie interesujące pytanie brzmi: „czy klasyczną teorię optyczną można zastosować do zaprojektowania nowoczesnych soczewek, czy też trzeba wziąć pod uwagę efekty kwantowe, aby uzyskać wydajność nowoczesnych soczewek?” Jeśli odpowiedź na to pytanie brzmi „klasyczna teoria optyczna wystarczy”, to QED jest tutaj czerwonym śledziem.
Philip Kendall
6
@anaximander: To prawda, że ​​nie oznacza to, że QED nie jest związany z inżynierskimi aspektami projektowania obiektywów, ale faktem jest, że tak nie jest; względy projektowania soczewek są całkowicie zamknięte w dziedzinie optyki. Ta odpowiedź jest jak powiedzenie, że aby zostać programistą komputerowym, musisz zrozumieć mechanikę kwantową (która opisuje sposób działania tranzystorów) . To tylko próba machnięcia ręką na powiedzenie „to zbyt trudne do zrozumienia”, co tak naprawdę oznacza „nie wiem”.
BlueRaja - Danny Pflughoeft
8
Nie można użyć QED zgodnie z jego nauczaniem (tj. Oddziaływań elektromagnetycznych modelowanych za pomocą oddziaływań pojedynczych fotonów z naładowanymi cząsteczkami) do opisania geometrycznej ścieżki światła przez szkło. Koncepcja, o której myślisz, to „mechanika fal” - tak, fale kwantowe i klasyczne fale optyczne zachowują się z podobną matematyką. Ale tylko dlatego, że „kwant” brzmi fajniej, nie oznacza, że ​​można użyć QED do opisania śledzenia promieni. Zastrzeżenie: inny doktor fizyk
Mark Lakata
1

Chodzi o kontrowersyjny pomysł, że wszystkie części frontu obrazu będą zbierać promienie dla każdego piksela.

Rozproszone powierzchnie wysyłają promień we wszystkich kierunkach, prawie nieskończone promienie wewnątrz małego łuku, który uderza w soczewkę. Te promienie nieskończoności muszą być kierowane ze źródła punktowego na pojedynczy piksel. Jest to trudne, dlatego trudno jest znaleźć ostre soczewki. To kolejna historia.

Zrobiłem 3 zdjęcia szeroko otwarte, a następnie przykryłem nieużywane części prostokątnym cięciem papieru i wziąłem jeszcze 3, i zobaczyłem, że środkowa część była o 15% ciemniejsza, kiedy zakryłem nieużywaną część. górne zdjęcie to zdjęcie odkryte, a poniżej zdjęcie zakryte, a ponieważ widzisz, że pokrycie nie jest widoczne w ramce, powoduje to, że obraz jest o 15% ciemniejszy:

Porównanie

Można to wyjaśnić w najprostszym modelu optyki geometrycznej. Na obiekcie pojawia się rozproszone odbicie, które można przedstawić jako kilka promieni świetlnych o różnej jasności we wszystkich kierunkach. Większa średnica obiektywu (zamiast mniejszego prostokąta) może spowodować jaśniejszy obraz.

Michael Nielsen
źródło
1
Pracujesz pod wpływem złudzenia. Czy przeczytałeś odpowiedzi na powiązane pytanie phy.SE?
@jwg Rozproszone odbicie (np. Lambertowskie) jest poprawne. Również wniosek dotyczący podświetlenia wszystkich pikseli detektora jest słuszny. Jednak nacisk PhysicsSE nie ma związku QED z konstrukcją obiektywu. Usunąłem QED z ostatniego akapitu.
Stefan Bischof
Zgadzam się, że istnieje rozproszone odbicie, po prostu nie zgadzam się z wnioskiem, że (oboje) czerpicie z niego.
0

P: „Dlaczego soczewki są okrągłe, chociaż matryca nie jest? Dlaczego nie mogą być kwadratowe lub pasują do kształtu matrycy?”.

Odp .: Soczewki i inne okrągłe obiekty są okrągłe, ponieważ łatwiej je obracać (tak, jestem świadomy „filmu z kwadratowym kołem” autorstwa Mythbusters). Okrągła soczewka jest łatwiejsza do precyzyjnego mielenia w porównaniu do kwadratowej soczewki (jak anamorficzna). Ma o jeden wymiar mniejszy do zmartwienia (tworzenie lub wyrównywanie), aw przypadku idealnie kwadratowego Obiektywu ma większe Koło Obrazu.

Tani obiektyw może być produkowany masowo metodą formowania wtryskowego z wystarczającą dokładnością, aby być tanim obiektywem, dlatego soczewki mogą mieć dowolny kształt od długiego do okrągłego.

Drogie szkło jest po prostu drogie. Niektóre aparaty używane do przechwytywania światła poza widmem widzialnym mają soczewki wykonane z egzotycznych materiałów, a nie ze szkła, i są trudne w obsłudze. Mniej pracy bez utraty jakości oszczędza pieniądze.

Większość czujników (dziś) jest prostokątnych (16: 9), ponieważ ludzkie widzenie „działa” na boki (skanując horyzont), a nie w górę i w dół (kiedyś było tak, że w górę mało było widać, a pod tobą nigdy nie było tak daleko nasze mózgi rozwinęły się w ten sposób) - rozmiar 16: 9 został wybrany jako Standard, ponieważ daje preferowany „format szerokoekranowy” (wiem, że istnieją świetne Filmy, które są szersze niż 16: 9 i zwykle używane były Soczewki Anamorficzne).

Wraz z łatwością i kosztem okrągłych soczewek mamy kwadratowy czujnik. Czujniki mają płaskie krawędzie i nie są okrągłe, ponieważ łatwiej jest je przycinać prosto (a czujniki nie są polerowane jak soczewki).

Czujniki są kwadratowe, ponieważ maksymalnie wykorzystują okrągły wafel, z którego są wykonane. Wafle są okrągłe, ponieważ są pocięte na wlewki. Wlewki są rurowe, ponieważ tak rosną.

Aby wszystko kosztowało jak najmniej, soczewki są okrągłe, a czujniki są kwadratowe (podobnie jak pojedyncze ogromne czujniki używane w kosmosie, jeden czujnik na opłatek z mapowanymi martwymi pikselami; tak jak na początku ekranów LCD).

Ale przecież nie jest trudno przeciąć prostokątne czujniki (16: 9), zakładając, że chcesz pokroić swój piękny super wysokiej rozdzielczości, duży piksel, czujnik na małe kawałki (ponieważ ludzie nie chcą płacić ponad 100 000 $ za czujnik chyba że są rządem).

Więc tną większość czujników do kształtu 16: 9 z mniejszą liczbą przyciętą do 4: 3 (ponieważ te aparaty mają drogie soczewki), a ludzie w formacie 16: 9 żyją z odrobiną winietowania (czasami dużo) i marnują część stosunkowo niedrogiego szkła, aby uzyskać estetycznie ukształtowane obrazy (tylko kwadrat lub nerd chce czujnika, który działa poza widmem widzialnym lub wytwarza kwadratowy obraz lub matrycę punktów danych).

Format 16: 9 jest po prostu rozszerzeniem proporcji 3: 2 filmu 35 mm, z którego opracowano współczesną fotografię, inne formaty pojawiły się i zniknęły lub nigdy nie zyskały popularności, nawet jeśli były „lepsze” (ale w niektórych przypadkach być może kosztowne z największych formatów).

Zasadniczo: rodowód, koszt, jakość. Czasami zdrowy rozsądek również odgrywał rolę.

Zobacz także: https://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Sensor_format_and_lens_size

Obrabować
źródło