Jaki jest kształt płaszczyzny ogniskowej?

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

Czy jest to jednak dokładniejsze przedstawienie płaszczyzny ogniskowej?

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.

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.

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.

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.

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.

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.