Почему линзы всегда круглой формы?

Question

Почему линзы имеют круглую форму, а датчик изображения - нет? Почему они не могут быть квадратными или чем-то подходящего по форме сенсору изображения?

Answer 1

Речь идет о противоречивой идее, что все части фронта изображения будут собирать лучи для каждого пикселя.

Диффузные поверхности посылают лучи во всех направлениях, почти бесконечные лучи в пределах маленькой дуги, которая попадает в объектив. Эти бесконечные лучи должны быть направлены от точечного источника к одному пикселю. Это трудно сделать, поэтому трудно найти острые линзы. Это другая история.

Я снял 3 широко раскрытых изображения, а затем накрыл неиспользованные части прямоугольником с обрезанной бумагой, взял еще 3 и увидел, что центральная часть была на 15% темнее, когда я закрыл неиспользованную часть. верхнее изображение является непокрытым, а нижнее - покрытым, и, как вы видите, покрытие не видно в кадре, оно просто делает изображение на 15% темнее:

Это можно объяснить в простейшей модели геометрической оптики. На объекте возникает рассеянное отражение , которое можно изобразить в виде нескольких световых лучей разной яркости во всех направлениях. Больший диаметр линзы (вместо меньшей прямоугольной формы) может привести к более яркому изображению.

Answer 2

Трудно объяснить, не приступая к полному объяснению квантовой электродинамики , но весь свет, который достигает датчика, "проходит" через все линзы, по крайней мере, в смысл, даже если мы говорим только об одном фотоне. Фотон не идет только по одному пути (если вы не сделаете ошибку, пытаясь выяснить, по какому пути он пошел), он берет все возможные пути . Странно, но верно.

Это означает, что удаление стекла из круглой линзы для создания меньшего прямоугольника не приводит к удалению «лишнего» стекла, которое не используется, оно фактически удаляет стекло, которое используется для формирования изображений (и сбора света). Кроме того, добавление дополнительного стекла для придания линзе прямоугольной формы по чисто косметическим причинам не только потребует больших дополнительных затрат, но и то, что «дополнительное» стекло теперь также будет способствовать распределению вероятности изображения, поэтому оно должно быть таким же точным сделано и исправлено как круговая линза, которую вы расширяете. Как я уже объяснил здесь , чем больше (быстрее) вы делаете объектив, тем больше требуется коррекции, тем больше требуется точность и чем больше будет расти цена.

Однако, помимо этого, боке (природа не в фокусе областей, особенно бликов) будет выглядеть очень, очень плохо.

Answer 3

В: «Почему линзы имеют круглую форму, а датчик изображения - нет? Почему они не могут быть квадратными или иметь форму, соответствующую сенсору изображения?».

A: Объективы и другие круглые объекты круглые, потому что их легче вращать (да, мне известно о «Квадратном колесе» от Mythbusters). Круглую линзу легче точить по сравнению с квадратной линзой (как в анаморфозе). У него на одно измерение меньше беспокойства (создание или выравнивание), или в случае идеально квадратного объектива у него больший круг изображения.

Дешевая линза может быть массово произведена литьем под давлением с достаточной точностью, чтобы стать дешевой линзой, поэтому линзы могут легко иметь любую форму от длинной до круглой.

Дорогое стекло - это просто дорого. Некоторые камеры, используемые для захвата света вне видимого спектра, имеют линзы, сделанные из экзотических материалов, а не из стекла, и с ними трудно работать. Меньше работы без потери качества экономит деньги.

Большинство датчиков (сегодня) имеют прямоугольную форму (16: 9), потому что человеческое зрение «работает» из стороны в сторону (просматривая горизонт), а не вверх и вниз (раньше было так, что вверху было мало что видеть, а под тобой никогда не было так далеко наш мозг развивался именно так) - размер 16: 9 был выбран в качестве стандарта, потому что он дает предпочтительный «широкоэкранный формат» (я знаю, что есть отличные фильмы, которые шире, чем 16: 9, и обычно использовались анаморфные линзы) ).

Наряду с соображениями простоты и стоимости круглых линз у нас есть квадратный датчик. Датчики имеют плоские края и не являются круглыми, потому что их легче резать прямо (а датчики не полируются как линзы).

Датчики квадратные, потому что они получают максимальную отдачу от круглой пластины, из которой они сделаны. Вафли круглые, потому что они нарезаны из слитка. Слитки трубчатые, потому что так они растут.

Таким образом, чтобы все стоило как можно меньше, линзы должны быть круглыми, а датчики квадратными (как одиночные огромные датчики, используемые в космосе, по одному датчику на пластину с отображением битых пикселей; как в первые дни ЖК-экранов).

НО это не сложно разрезать прямоугольные датчики (16: 9), если вы захотите разрезать ваш прекрасный сверхвысокое разрешение, большой пиксель, датчик на мелкие кусочки (потому что люди не хотят платить более $ 100K для датчика, если они не правительство).

Таким образом, они сокращают большинство датчиков до 16: 9 с меньшим числом, сокращенным до 4: 3 (потому что эти камеры имеют дорогие объективы), а люди в формате 16: 9 живут с небольшим количеством виньетирования (иногда много) и тратить часть сравнительно дешевого стекла, чтобы получить эстетически привлекательные изображения в форме (только квадрат или ботаник хотят датчик, который работает за пределами видимого спектра, или создает квадратное изображение или матрицу точек данных).

Формат 16: 9 - это просто расширение соотношения сторон 3: 2 для 35-мм пленки, из которой развивалась современная фотография, другие форматы приходили и уходили или никогда не завоевывали популярность, даже если они были «лучше» (но, возможно, стоили) запредельно в некоторых крупнейших форматах).

В основном: происхождение, стоимость, качество. Иногда здравый смысл играл свою роль.

Смотри также: https://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Sensor_format_and_lens_size