Jaki jest kształt płaszczyzny ogniskowej?

27

Właśnie zdałem sobie sprawę, że nie do końca znam odpowiedź, więc zapytam tutaj, ponieważ uważam, że jest interesująca.

W większości nienaukowych pism o głębi pola diagramy ogólnie pokazują aparat i obiekty jako idealnie równoległe, np

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Czy jest to jednak dokładniejsze przedstawienie płaszczyzny ogniskowej?

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Czy istnieją sposoby optycznej zmiany kształtu płaszczyzny ogniskowej?

Uwaga: Oczywiście te diagramy są dwuwymiarowe, ale zakładam, że na drugim schemacie kształt byłby kulisty z czujnikiem pośrodku.

Brak uwagi
źródło
2
Teoretycznie można zbudować obiektyw o zakrzywionej płaszczyźnie ogniskowej - nie sądzę jednak, aby takie soczewki istniały. patrz: physics.stackexchange.com/q/81349/44080 Jeśli chodzi o zmianę płaszczyzny ogniskowej, soczewki z odchylanym przesunięciem są jednym z powszechnych sposobów manipulacji. Płaszczyzna ogniskowa pozostaje płaszczyzną płaską, ale soczewka z odchylanym kątem pozwala pochylać i obracać płaszczyznę ogniskowania względem czujnika. pl.wikipedia.org/wiki/Tilt%E2%80%93shift_photography
J ...
2
@J ... wpisuje się to w zasadę Scheimpfluga . Powiązane są również prace Leonarda Evensa . Ostrość kamery i głębia ostrości to ta, którą pamiętam, czytając podczas nauki ustawiania ostrości kamery.
3
@J ...: Po pierwsze, większość obiektywów (szczególnie szerokokątnych) wykazuje co najmniej małą krzywiznę pola (ale ogólnie znacznie mniej niż pokazano na powyższym schemacie). Chociaż są dość rzadkie, istnieje kilka soczewek z celowo zakrzywionymi polami. Być może najbardziej niezwykłym pod tym względem jest Minolta 24 / 2.8 VFC , który pozwolił użytkownikowi kontrolować jego krzywiznę pola.
Jerry Coffin
1
Zakręć czujnik! whatdigitalcamera.com/technology_guides/…
Olivier
2
@J ... Jak powiedzieli inni, niesferyczne elementy soczewek zwykle mają kształt soczewkowy (lub wklęsły soczewkowy, jeśli chcesz), więc domyślnie wszystkie obiektywy aparatu mają nieco zakrzywione lub faliste (pomyśl o tętnieniu na oczku wodnym) charakterystyka płaszczyzny. Wiele soczewek ma dość zakrzywioną płaszczyznę ogniskową, stąd pojęcie miękkości w rogach przy szerokich przysłonach . Na przykład większość soczewek portretowych ma nieskorygowaną krzywiznę, a ich zdjęcia wyglądają wprost niesamowicie.
HamishKL,

Odpowiedzi:

20

Efekt nazywa się krzywizną pola . Dobra dyskusja pochodzi od firmy Nikon . Jest to aberracja obiektywu, która może zmniejszyć rozdzielczość obiektywu w połączeniu z płaskim czujnikiem. W dawnych czasach film mógł być nieco zgięty, aby spróbować podążać za płaszczyzną obrazu i zmniejszyć efekt, ale nasze czujniki są dziś sztywne. Można to zmniejszyć dzięki konstrukcji obiektywu.

Ross Millikan
źródło
2
To jest poprawna odpowiedź. Dodałbym, że każde idealne soczewki jednoelementowe wykażą takie zachowanie, chyba że efekt zostanie skompensowany przez inną soczewkę lub niejednorodną formułę optyczną. Jest to w rzeczywistości komplikujący czynnik przy projektowaniu dobrych obiektywów i istnieją nadzieje, że dzięki sterowalnym elastycznym czujnikom będziemy mogli w przyszłości używać znacznie prostszych i bardziej kompaktowych soczewek.
retrografia
1
Film jest również gruby w porównaniu do dołków czujnika.
1
Podsumowując, soczewki „naturalnie” mają zakrzywione pole, a my dodajemy dodatkowe elementy soczewki, aby spróbować je spłaszczyć?
MathematicalOrchid
1
@MathematicalOrchid Tak. To jest w zasadzie poprawne
Michael C
4
Ponieważ korekta prawdopodobnie będzie idealna tylko przy jednej odległości ogniskowej, odległość ta może być różnie zoptymalizowana dla różnych rodzajów obiektywów. Na przykład dedykowany obiektyw makro może być zaprojektowany tak, aby miał jak najmniejszą płaską płaszczyznę ogniskowania przy minimalnej odległości ogniskowej.
Kevin Krumwiede
8

Pojedyncza zbieżna soczewka o rzeczywistej grubości ma zakrzywione pole ostrości. Większość soczewek oferowanych przez producentów zawiera elementy korekcyjne, które spłaszczają pole ostrości bliżej płaskiej płaszczyzny ogniskowania do tego stopnia. Istnieje kilka dobrze znanych i bardzo pożądanych soczewek, które szczególnie dobrze spłaszczają płaszczyznę ogniskowania: na przykład seria Zeiss Planar. Istnieją również znane i pożądane obiektywy, które nie korygują części lub całości krzywizny pola, a także zdjęcia „wyglądające” wykonane przy użyciu tych obiektywów. Jednym z takich obiektywów jest Canon EF 85 mm f / 1.2 L II.

Jaki jest kształt płaszczyzny ogniskowej?

Soczewka jednoelementowa o normalnych powierzchniach, wykorzystująca proste matematyczne wzory optyczne, pokaże krzywiznę pola. W przypadku projekcji na płaskim czujniku / filmie, różne odległości od środka obiektywu do środka w stosunku do rogów czujnika spowodują utratę ostrości na krawędziach i rogach, jeśli środek jest odpowiednio ostry. Gdyby można było skonstruować film lub czujnik tak, aby wszystkie części były w równej odległości od optycznego środka soczewki, wszystko byłoby w jednakowej ostrości. Taki czujnik pokryłby tę samą część (wyrażoną w stopniach kątowych) łuku kuli, co ilość łuku pokryta przez obiektyw w polu widzenia kamery. Promień krzywizny zmienia się w zależności od współczynnika załamania światła soczewki.

We współczesnej praktyce jest niewiele, jeśli w ogóle, prostych soczewek jednoelementowych oferowanych przez producentów i wykorzystywanych do fotografii zgodnie z definicją w zakresie photo.stackexchange.com. Kształt płaszczyzny ogniskowej, bardziej właściwie nazywanej polem ostrości, jest całkowicie zależny od konstrukcji obiektywu. Aberracja sferyczna / krzywizna pola może być całkowicie nieskorygowana lub może być wysoce skorygowana w zależności od decyzji podjętych przez projektantów obiektywów i skuteczności ich konstrukcji.

Omawiając optykę punktową kardynalną, należy pamiętać, że soczewki zerowej grubości tak naprawdę nie istnieją. Są teoretyczne. Z artykułu w Wikipedii dotyczącego punktu kardynalnego (optyka) :

Jedynym idealnym systemem osiągniętym w praktyce jest lustro płaskie.

Michael C.
źródło
4

W przypadku obiektywu idealnego optycznie płaszczyzna ogniskowa jest równoległa do matrycy i ma ten sam kształt, co w rzeczywistości, czyli w rzeczywistości jest płaszczyzną. Wydaje mi się, że w prawdziwym obiektywie można uzyskać trochę zniekształceń samolotu, ale zasadniczo pozostanie ono płaszczyzną. Tak musi być w przypadku fotografii krajobrazowej, gdzie chcesz, aby cały obraz był jednocześnie ustawiany na nieskończoność, tak jak w przypadku każdego przyzwoitego obiektywu.

Twój pierwszy schemat jest bardziej poprawny niż drugi. Na drugim schemacie pomijasz fakt, że rogi czujnika znajdują się dalej do optycznego środka soczewki niż do środka czujnika.

Jest to coś, co należy wziąć pod uwagę przy stosowaniu zwykłej techniki „ustawiania ostrości, a następnie ponownego komponowania”: obracając aparat w celu ponownego skomponowania, przesuwasz płaszczyznę ogniskowania bez zmiany odległości od obiektu i rzeczywiście możesz wyostrzyć obiekt. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku obiektywu szerokokątnego o szerokim otworze.

Zobacz np. Jak fotografować poruszający się obiekt za pomocą Panasonic FZ 70/72, aby uzyskać więcej szczegółów.

Matthieu Moy
źródło
Dzięki. Więc kiedy mierzymy dof, gdzie w kamerze jest pomiar? Czujnik?
Nieuwaga
Nie rozumiem pytania. DoF nie jest „mierzone” przez aparat. Jest to wynik optyczny apertury, ogniskowej, ...
Matthieu Moy
+1 za konsekwencje dla „skoncentruj się, a następnie ponownie skomponuj”. To subtelna konsekwencja, która nie jest często realizowana.
scottbb
Przepraszam. Chodzi mi o to, gdzie dokładnie w aparacie wykonywane są pomiary związane z ustawieniem ostrości - czy jest to punkt na obiektywie, przysłonie lub na czujniku?
Brak uwagi
@Pedr Nie jestem do końca pewien, o jaki pomiar prosisz, ale to pytanie może go obejmować: photo.stackexchange.com/questions/21668/…
rozpoznawanie
2

Kształt płaszczyzny ogniskowej zależy od wzoru optycznego. W szczególności Zeiss Planar został nazwany na cześć szczególnie płaskiej płaszczyzny ogniskowej, co czyniło go dobrym do fotografowania książek, ale ogólnie wygląda bardziej jak twój drugi rysunek.

floqui
źródło
3
Dzięki za odpowiedź. Byłoby wspaniale, gdybyś mógł nieco rozszerzyć swoją odpowiedź, być może z referencjami i przykładami.
Brak uwagi
2

Myślę, że brakującym elementem udzielonych oczywiście poprawnych odpowiedzi jest połączenie niewłaściwej intuicji w pytaniu.

Intuicja w pytaniu pochodzi (jak sądzę) nie z jakiegoś pytania dotyczącego abberacji obiektywu, ale z niewłaściwego przekonania, że ​​płaszczyzna ogniskowa opiera się na odległości od obiektywu.

To pytanie można by sparafrazować jako

„czy wszystkie obiekty, na których ostrość jest ostra, znajdują się w określonej odległości od obiektywu - czy wszystkie znajdują się na krzywej o promieniu ogniskowej?”

Odpowiedź brzmi „nie, nie tak działa skupienie”. Jak stwierdził Matthew Moy, płaszczyzna ogniskowa idealnego obiektywu jest równoległa do matrycy.

GreenAsJade
źródło
1
Tylko jeśli soczewka została skorygowana pod kątem krzywizny pola. Większość współczesnych soczewek była poprawna, ale nie zrobiła tego cienka soczewka o zwykłych powierzchniach.
Michael C
Czy to oznacza, że ​​„cienka soczewka jednoelementowa o regularnych powierzchniach” ma sferyczną płaszczyznę ogniskową, ponieważ ognisko znajduje się w stałym promieniu od soczewki , czy po prostu soczewka ma pewną krzywiznę pola z powodu na „niedoskonałości”?
GreenAsJade
1
Naprawiono promień z przodu iz tyłu. Jedyną różnicą jest rozmiar, jeśli promień po obu stronach, spowodowany współczynnikiem załamania światła soczewki. Jeśli wypukła soczewka ma taki kształt, że ma stały współczynnik załamania światła od środka do krawędzi, pokaże krzywiznę pola. Gdy odległość ogniskowania zbliża się do nieskończoności, DoF prawdopodobnie stanie się tak duża, że ​​krzywizna nie będzie już zauważalna.
Michael C