Это именно то, что можно ожидать от объектива с точечным отверстием.
Обычные линзы
Обычная линза имеет большое отверстие и изгибает все световые лучи, исходящие от точечного объекта, для пересечения в точке позади линзы. Перемещая объектив вперед и назад, можно определить положение точки за объективом, а когда он точно находится на датчике, он может попасть только в один пиксель. (Теоретически.) Таким образом, точечный объект будет проецироваться на один пиксель, что является максимальной резкостью, которую вы можете получить.
В то же время световые лучи от других точечных объектов на других расстояниях изгибаются так, что они пересекаются в точке перед датчиком или позади него. Это дает круги света на сенсоре, поражая много пикселей. Итак, эти объекты нерезкие.
Это показано на следующем рисунке, который я сделал с помощью симуляции. Перед объективом расположены объектив диаметром 50 мм и три точечных источника света, расположенные на расстоянии 800, 1000 и 1200 пикселей. Экран (= датчик) находится за 52,63 мм позади экрана, где пересекаются лучи света среднего, красного источника света.
(Нажмите, чтобы увеличить)
Это увеличенное изображение показывает, как синие и зеленые лучи пересекаются перед / за экраном и образуют более крупные пятна на экране. (Черная точка - фокус объектива)
линзы-обскуры
Объектив с точечным отверстием * Только 1023 * имеет это отверстие, но без оптического объектива. Это означает, что лучи, входящие через отверстие, не будут согнуты, чтобы пересекаться в точке. Они движутся в том же направлении, что и раньше, и образуют пятно размером и формой прокол на датчике. Это означает, что если ваше отверстие имеет диаметр 0,22 мм, вы получите круг 0,22 мм на вашем датчике. Например, моя камера имеет датчик шириной 22 мм, а фотографии имеют ширину 5200 пикселей. Пятна в форме круга размером 0,22 мм от линзы-обскуры приведут к образованию кругов диаметром 52 пикселя на моих фотографиях. Довольно размыто!
Теперь, когда оптическая линза внутри обычной линзы может перемещаться вперед и назад для фокусировки объектов на разных расстояниях, лучи от объектов на всех расстояниях, попадающих в точечное отверстие, примерно параллельны. (За исключением объектов, находящихся очень близко к камере). Итак, все объекты показывают примерно одинаковую нерезкость.
Вот изображения с оптической линзой, замененной точечным отверстием. Так как отверстие диаметром 0,22 мм здесь не подходит, я преувеличиваю, используя отверстие диаметром 5 мм, но принцип ясен:
Из-за сильного перекрытия не удалось выделить три источника света.
Настройка фокусного расстояния
Я писал, что фокусное расстояние - это чисто информационная ценность в вашем случае, но, как отметили @junkyardsparkle и @mattdm, это не так.
В настоящее время в камерах используются методы стабилизации изображения для уменьшения размытости изображения из-за небольших дрожащих движений, когда камера удерживается в руках. Некоторые камеры, такие как зеркальные камеры Canon, перемещают объективы в сторону, а другие, подобные вашей, могут вместо этого перемещать датчик. Фокусное расстояние необходимо, чтобы рассчитать, сколько сенсор должен переместить, чтобы устранить обнаруженную дрожь.
Дифракционная
Другой пользователь написал в своем ответе, что дифракция является причиной размытости изображения. Ну, здесь не все так просто.
В общем, дифракция существует, и я бы хотел связать с Википедией о дисках Airy для получения более подробной информации.
Важная формула
- λ - длина волны, для видимого света 400-670 нм
- d - диаметр отверстия
- θ - это угол между центром воздушного диска и первым кольцом абсолютной темноты вокруг него (который можно рассматривать как границу диска), как видно из центра крошечной отверстия.
Теперь, с вашими числами, можно получить θ = 0,001818рад для фиолетового света 400 нм и θ = 0,00302рад для красного света.
этоумноженное на 48 мм, расстояние между точечным отверстием и экраном, дает радиус (!) воздушного диска, поэтому для получения диаметра нужно умножить на 2.
Тогда диаметр составляет от 0,17 до 0,29 мм.
ОК, так что пятно на экране больше для красного света, если учитывать дифракцию. Но подождите, это меньше для синего света?
Ну, эти формулы подразумевают, что диаметр пятна равен нулю непосредственно за точечным отверстием, что, очевидно, не так. Эти формулы верны далеко, далеко от точки, и наш экран еще не так далеко.
Это изображение демонстрирует это. Приблизительно в 100 мм за точечным отверстием пятна действительно намного больше из-за дифракции, но примерно при 50 мм, ну, немного.
В случае нормальной линзы дифракция играет большую роль при высоких диафрагмах. Идеальная линза могла бы сфокусировать луч света в одну точку, но из-за дифракции это пятно с некоторым диаметром или даже каким-то узором.
Примечания
Можно написать книгу обо всем, что влияет на качество изображения. Например, настоящие линзы здесь считаются идеальными.
Для объектива с точечным отверстием большую роль играет точность отверстия, а также толщина материала.