Как линза с одним фокусным расстоянием может фокусироваться более чем в одной плоскости?

Объектив с фиксированным фокусным расстоянием по-прежнему имеет подвижный элемент фокусировки, позволяющий изменять фокальную плоскость в пределах диапазона кольца фокусировки. Фикс-объектив — это объектив с фиксированным фокусным расстоянием (100 мм, 50 мм и т. д.), в отличие от зум-объектива, который позволяет охватить диапазон фокусных расстояний (например, 70–200 мм).

Объектив с фиксированным фокусным расстоянием не может изменить свою фокальную плоскость, но это не то же самое, что объектив с фиксированным фокусным расстоянием.

Это фундаментальное непонимание того, что означает фокусное расстояние. Начните с простой одноэлементной линзы. Держите его достаточно далеко от самолета, чтобы что-то на «бесконечном» расстоянии (скажем, солнце или луна) попало в фокус. Расстояние от объектива до того, на чем вы фокусируетесь, является фокусным расстоянием этого объектива.

Однако фокусное расстояние является прямым следствием того, насколько эта линза преломляет свет, что (по крайней мере, в основном) зависит от двух вещей: показателя преломления этого стекла/пластика/чего-либо в линзе и кривизны линзы. поверхности.

Чтобы изменить фокус линзы, вы перемещаете линзу относительно плоскости, на которой вы формируете изображение. В частности, чтобы сфокусироваться на объекте, который находится ближе, вы перемещаете объектив так, чтобы он находился дальше от плоскости фокусировки.

Учитывая нормальную ситуацию, когда объектив проецирует изображение, немного большее, чем плоскость датчика/пленки, по мере того, как вы перемещаете объектив дальше от фокальной плоскости, угол обзора, записанный в фокальной плоскости, будет уменьшаться. На самом деле это не изменение угла зрения, обеспечиваемого объективом, а просто уменьшение части угла обзора, обеспечиваемого объективом, которую ваш датчик/пленка может записывать:

Здесь серые линии представляют изображение, проецируемое объективом. Нижний представляет собой то, что мы получили бы, если бы он был сфокусирован на бесконечности, а верхний, когда он был бы сфокусирован значительно ближе. Красные линии вверху показывают более узкий видимый угол обзора из-за более близкой фокусировки. Обратите внимание, однако, что на самом деле это вопрос не захвата всего изображения, проецируемого объективом, а не того, что сам объектив имеет более узкий угол обзора.

Что бы это ни стоило, тот же эффект объясняет уменьшение эффективной апертуры по мере того, как вы фокусируетесь ближе — свет, который проецируется за края сенсора, очевидно, не проецируется на сенсор, поэтому чем ближе вы фокусируетесь, тем меньше света попадает. фокусируется на датчике, поэтому меньшее количество света из центральной части изображения распространяется на всю площадь центра. Это означает, что в любой части сенсора меньше света, а значит, и меньшая эффективная диафрагма (например, с типичным макрообъективом при соотношении сторон 1:1 вы теряете почти 2 полных ступени, поэтому для объектива с диафрагмой f/2,8 требуется примерно f /5,6 экспозиции).

Есть еще один эффект, о котором следует помнить: объектив, выполняющий внутреннюю фокусировку, по сути, также является зумом, т. е. он изменяет фокусное расстояние (и соответствующий угол обзора через объектив) при фокусировке. Некоторые из них (например, текущий 105 Micro-Nikkor) предназначены для того, чтобы эти эффекты противодействовали друг другу (в основном, так или иначе), поэтому вы сохраняете примерно один и тот же реальный угол обзора, независимо от того, на чем вы сфокусированы.

Во-первых, фокусное расстояние — это свойство объектива (под объективом я подразумеваю кусок пластика или стекла, который находится внутри фотообъектива вашей камеры ) . Если у вас есть только одна линза (например, увеличительное стекло) и вы перемещаете ее относительно объекта и плоскости проекции (или датчика в камере, если на то пошло), фокусное расстояние этой линзы остается прежним. Фокусное расстояние определяется во время изготовления линзы (это не относится к человеческому глазу, который может изменять фокусное расстояние с помощью мышц).

Однако с помощью одной и той же линзы вы можете фокусироваться на объектах, находящихся на разном расстоянии, по следующей формуле:

1/f = 1/s1 + 1/s2

Где f— фокусное расстояние вашего объектива, s1— расстояние от центра объектива до плоскости проекции, а s2— расстояние от центра объектива до объекта. Чтобы сфокусироваться на объекте на другом расстоянии, вам просто нужно соответствующим образом отрегулировать положение объектива по отношению к датчику. Опять же, фокусное расстояние fвсегда остается неизменным.

Из этого следует, что если вы фотографируете объект, который находится бесконечно далеко, 1/f = 1/s1 + 0то ваше фокусное расстояние совпадает с расстоянием до сенсора, но для любого другого расстояния этого не будет.

Поэтому я думаю, что путаница возникает из-за того, что мы рассматриваем объективы с фиксированным фокусным расстоянием как фиксированную систему. Системы с фиксированным объективом могут изменять расстояние от фактического объектива до датчика, но это не меняет свойства этого объектива, называемого фокусным расстоянием , которое я также мог бы определить в этом контексте как расстояние от центра объектива до датчика. когда в фокусе оказывается бесконечно далекий объект .

Я не думаю, что другие ответы действительно прояснили мне и не разрешили путаницу.

Тогда простая физика говорит нам, что он должен иметь возможность фокусироваться только на одной плоскости (на фиксированном расстоянии) перед собой. Но на самом деле вы можете фокусироваться как на ближних, так и на дальних объектах... Что я здесь упускаю?

Часть, которую вам не хватает, заключается в том, что фокусное расстояние объектива измеряется, когда объектив сфокусирован на бесконечность.

Фокусное расстояние — это расстояние от оптического центра объектива до плоскости изображения, когда объектив сфокусирован на бесконечность . Если сфокусироваться на чем-то более близком, то может измениться и расстояние от центра до плоскости изображения, но это не значит, что это не фикс-объектив. Разница между основным объективом и зумом заключается в том, что расстояние от центра до плоскости изображения всегда одинаково для основного объектива, когда объектив сфокусирован на бесконечность , тогда как это расстояние для зума может быть любым в диапазоне значений, когда объектив сфокусирован на бесконечность .