Из какой точки отсчета рассчитывается фокусное расстояние объектива?

Question

Я понимаю идею фокусного расстояния для одной линзы, то есть расстояния от линзы до точки, в которой сходятся параллельные лучи света. Однако, в случае фотографического объектива с несколькими линзовыми элементами, где точно измеряется фокусное расстояние объектива в целом?

Answer 1

Начнем с простого случая, одного элемента:

Сверху: положительная / выпуклая линза, отрицательная / вогнутая линза, вогнутое зеркало, выпуклое зеркало.

Параллельные лучи, попадающие в объектив, будут фокусироваться в некоторой точке (F), а фокусное расстояние (f) определяется расстоянием между центром объектива ( оптический центр ) и точкой фокусировки .

Таким образом, контрольная точка - это оптический центр одного элемента.

---

Хорошо, а как насчет многоэлементных линз?

Для многоэлементных объективов нет ориентира, который можно легко найти . Как говорит Дэвид, контрольная точка - это центр гипотетического единственного элемента с одинаковым фокусным расстоянием.

Эта контрольная точка может находиться где угодно - перед первым элементом, внутри объектива или за последним элементом.

---

Как можно сместить оптический центр за пределы объектива?

Телеобъектив: Чаще всего используют то, что называется телеобъективом:

На этой диаграмме есть две группы элементов. Первая группа (слева) действует как «нормальная» (выпуклая или положительная) линза, в результате чего лучи (синие линии) сходятся. Вторая группа (справа) - это телеобъектив, действующий как отрицательная линза, распространяющая лучи.

Чистый эффект состоит в том, что точка фокусировки будет «видеть» эквивалент одного положительного элемента намного дальше (обозначено красными пунктирными линиями). Оптический центр этого гипотетического «эквивалентного одиночного элемента» (H ') является точкой отсчета для измерения фокусного расстояния (f').

Перевернутый телеобъектив: Вы можете поменять местами группы, чтобы поместить группу телеобъектива впереди. Затем вы получаете (широкоугольный) объектив, в котором расстояние между последним элементом и точкой фокусировки может быть больше фокусного расстояния. Эта конструкция называется ретрофокусной линзой .

Зеркала: Вы также можете использовать зеркала. Зеркальные линзы повторно используют свою физическую длину, отражая лучи взад и вперед. Снова точка фокусировки «увидит» эквивалент одного элемента намного дальше.

Зеркальный объектив в сочетании с телеобъективом

---

Зачем вам это нужно?

Для длинных телеобъективов это связано с тем, что стандартная конструкция дает объектив, который физически слишком длинный, чтобы быть удобным:

500 мм теле без телеобъектива. Длина 500 мм должна быть не менее 50 см (20 дюймов).

Для широкоугольных объективов это позволяет увеличить расстояние между объективом и датчиком изображения. Например, есть 10-миллиметровые линзы для зеркальных фотокамер, но 10-миллиметровое расстояние между датчиком и линзой не оставит достаточно места для зеркала. Таким образом, ультраширокие линзы, как правило, сконструированы как ретрофокусные линзы.

7,5 мм рыбий глаз без ретрофокуса. Обратите внимание на трубку, выступающую из держателя объектива, чтобы элементы были достаточно близко к пленке. Установка объектива требовала блокировки зеркала, и вы не могли использовать видоискатель или встроенный замер, когда объектив был установлен. (Изображение из B & H )

---

Тогда как я могу проверить фокусное расстояние моего объектива?

См. измерение фокусного расстояния .

Короче говоря:

• сфотографируйте две отдаленные точки
• измерить угол между точками
• измерить расстояние между точками на датчике изображения (сосчитать пиксели между точками на фотографии и вывести расстояние между датчиками из разрешения и размера сенсора)
• Фокусное расстояние = расстояние от датчика в мм / угол в градусах * (180 / pi)

---

Источники:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Telephoto_lens
• http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_centre
• http://en.wikipedia.org/wiki/Focal_length
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ang%C3%A9nieux_retrofocus
• http://www.bobatkins.com/photography/technical/measuring_focal_length.html

Изображения: объектив Fisheye от B & H, другие изображения предоставлены Wikipedia.

Answer 2

Википедия дает ответ ...

"Когда фотографический объектив установлен на" бесконечность ", его задняя узловая точка отделена от датчика или пленки в фокальной плоскости фокусным расстоянием объектива."

Что приводит к вопросу ... Что такое узловой пункт? Также ответил Википедия как:

"Передняя и задняя узловые точки обладают тем свойством, что луч, направленный на одну из них, будет преломляться линзой так, что он, по-видимому, идет от другой, и с тем же углом относительно оптическая ось. "

Со сложной структурой, представляющей собой современный объектив камеры, задняя узловая точка не всегда будет находиться в одном и том же месте, поэтому вопрос о точности будет зависеть от объектива.

Answer 3

Для расширения на узловой точке:

Простое определение: он находится в центре эквивалентной одноэлементной менисковой линзы с таким же фокусным расстоянием и апертурой, что и у тестируемой сложной линзы.

Наиболее практичным аспектом узловой точки объектива является то, что это точка, вокруг которой можно поворачивать объектив, не производя никакого движения на изображении. Для простой одноэлементной линзы узел находится в центре линзы; для складной оптической системы, такой как телескоп Шмидта-Кассегрена, узел находится далеко перед объективом.

Немного сложно настроить физический тест, чтобы найти узловую точку линзы. Я постараюсь объяснить это без наглядных пособий:

Рассмотрим крепление для штатива. Вертикальная ось вращения головки штатива будет тем местом, где мы собираемся разместить объектив объектива. Для этого объектив должен быть установлен на пластине, которая позволяет изменять его расстояние от оси штатива. Кроме того, изображение должно проецироваться на экран, не прикрепленный к объективу (поэтому нельзя использовать корпус камеры!). Мы ищем комбинацию положения экрана и установки ползунка, при которой головку штатива можно поворачивать, и единственный эффект на изображение - это виньетирование, когда оптическая ось объектива перемещается в / из положения в соответствии с экраном.

Реальное практическое значение вступает в игру, когда вы делаете панорамные снимки. Чтобы наименьшее искажение между изображениями - и, следовательно, лучшее сшивание или отслеживание - камеру необходимо повернуть вокруг своей узловой точки. Таким образом, размещение вашей карманной камеры - или даже вашей модной профессиональной цифровой зеркальной фотокамеры - непосредственно на штативе с использованием точки крепления его корпуса будет означать, что вы вращаетесь где-то между узловой точкой и плоскостью изображения, за исключением, возможно, некоторых широкоугольных объективов.

Вообще говоря, для видимого объектива с фокусным расстоянием 1: 1 (50 мм на полноразмерном тепловизоре или на 35-мм пленочном теле) узел будет находиться где-то рядом с серединой объектива. Для зум-объектива с полным зумом он может быть спереди, а для широкого угла он будет где-то позади центра объектива. Независимо от того, что вы используете, узел будет находиться на указанном фокусном расстоянии перед тепловизором камеры.

(это было предметом одной из моих более интенсивных физических лабораторий того времени, так что даже если я получил A за это, то время от времени наблюдается разрыв в 45 лет памяти, но я думаю, что у меня есть общие детали все еще верно).