Кажущееся противоречие в Википедии о задних узловых точках и о том, как главная плоскость связана с фокусным расстоянием.

« Потому что, если бы фокальная точка, точка, как я понимаю, где сходится весь свет, находилась на плоскости пленки, изображение не было бы воспроизведено, это была бы просто неразличимая точка света».

Это понимание неверно... во всех точках объектива присутствует весь свет, необходимый для формирования мага (часть общего количества). Вот почему вы можете иметь объектив 200 мм f/4 (элемент объектива 50 мм) и объектив 200 мм f/2 (элемент объектива 100 мм). Более точно понимать площадь объектива (диафрагму, f#) как «наложение изображений».

Точка, в которой сходится весь свет, — это точка, в которой все точки источника из всех областей объективного элемента сходятся как единая точка на плоскости изображения. т.е. точечный источник в сцене сходится как точка на датчике.

Это связанная диаграмма, которую я сделал для DoField/DoFocus, но она показывает концепцию. Свет / пути с узкой апертурой также существуют в изображении с широкой апертурой; Я просто не включил их для ясности/простоты. Только синий источник находится в истинном фокусе; а изображение с узкой апертурой темнее (серое), потому что меньше изображений (световых путей), сфокусированных/сложенных/объединенных в плоскости изображения.

Фокусное расстояние объектива — это измерение, которое проводится, когда объектив отображает удаленный объект, например звезду. Если структура линзы одинарная симметричная (выпукло-выпуклая), то это измерение проводится от центра линзы до сфокусированного изображения. Удаленный объект находится на бесконечном расстоянии, когда его световые лучи достигают объектива камеры в виде пучка параллельных лучей.

Для всех практических математических целей объект находится на бесконечном расстоянии 1000 метров (1000 ярдов). Трассировка луча начинается с одной точки на объекте, а затем расширяется, чтобы показать, как он проходит через линзу. Затем трассировка луча продолжается, показывая его путь вниз по течению от линзы. При правильной фокусировке след внутри камеры будет изображать треугольник, вершина которого просто касается поверхности цифрового датчика изображения или пленки. Ключевым моментом является то, что трассировка луча — это всего лишь одна точка на объекте.

На самом деле каждую точку на объекте можно проследить. Такая трассировка луча показывает, что каждая точка объекта имеет трассировку луча, напоминающую световой конус. Видите ли, линза работает, преломляя свет от предмета (перспективы) в гуголплекс световых конусов. У каждого есть вершина. Поскольку все линзы имеют оптические дефекты, называемые аберрациями, вершина каждого следа луча, когда они касаются сенсора, никогда не является точкой; на самом деле это крошечный круг света, наложенный на другие, и он имеет зубчатые границы. Поскольку он видится как несовершенный круг, смешанный с другими, его называют кругом смешения. Таким образом, изображение, полученное от объектива, представляет собой бесчисленные световые конусы, каждый из которых имеет вершину, касающуюся сенсора. Как правило, трассировка луча, показывающая фокусное расстояние, — это просто трассировка луча, проходящего через центр (ось) линзы.

Оптики не в состоянии устранить эти аберрации. Лучшее, что можно сделать, это смягчить каждое из них. Это достигается за счет конструкции линзы, состоящей из нескольких стеклянных элементов. Некоторые из них представляют собой плотное стекло, некоторые менее плотные, некоторые выпуклые с положительной силой, а некоторые вогнутые с отрицательной силой. Некоторые из них склеены вместе, некоторые имеют воздушное пространство. Воздушное пространство имеет фигуру (форму), образованную поверхностями линзы, которые сжимают его. Это воздушное пространство в форме линзы также действует как слабая линза. Существует семь основных типов аберраций. Для смягчения требуется семь и более стеклянных линз разной силы. Поскольку объектив камеры представляет собой сложный массив стекла, точки измерения, используемые для определения расстояния до объекта и расстояния до изображения, представляют собой две стороны света или узловые точки. Их размещение, скорее всего, не попадает в центр оправы объектива. Передний узел является точкой измерения расстояния до объекта. Задний узел является точкой измерения расстояния до изображения.

Оптик, вероятно, использует линзы разной силы, и это приводит к смещению узловых точек. У настоящего телеобъектива, по сравнению с длиннофокусным объективом того же фокусного расстояния, задняя узловая часть смещена вперед. Он может даже упасть в воздухе перед объективом. Это укорачивает корпус объектива, делая его менее неудобным, чем его аналог с длинным объективом. Часто широкоугольный объектив имеет слишком короткое фокусное расстояние, чтобы дотянуться до датчика изображения/пленки. Оптик сдвигает задний узел, чтобы удлинить задний фокус (расстояние последней линзы до пленки/сенсора).

Фокусное расстояние измеряется от задней узловой точки до вершины конуса формирующих изображение лучей. Когда мы фокусируемся на объекте ближе, чем бесконечность, конус формирующих изображение лучей удлиняется из-за того, что тогда имеет ограниченную преломляющую способность. Refract в переводе с латыни означает изгиб назад или внутрь.

Ключевой момент для вас: Трассировки лучей для отображения фокусного расстояния являются упрощенными рисунками, вероятно, показаны только осевые лучи. Работа объектива заключается в том, чтобы разбить объект на бесчисленное количество точек. Каждая из них испускает лучи света, которые проходят через объектив камеры. Каждый вычерчивает конус света. Будет гуголплекс конусов света и, следовательно, гуголплекс кругов нерезкости. При фокусировке на объекты ближе, чем бесконечность, мы фокусируемся, отодвигая объектив дальше от пленки/сенсора. Никто не говорил, что это легко!

Кажется, теперь я вижу путаницу (извините, медленно соображаю) .

Большинство диаграмм объективов и изображений действительно создают впечатление, что весь свет попадает в точку в точке фокусировки, это даже в названии. Однако это не то, что происходит на самом деле. Наименьшая точка света на самом деле является изображением , а не точкой .

Фокусное расстояние объектива относится к фиксированному расстоянию фокусировки изображения для бесконечного расстояния до объекта. Эта фокальная точка на самом деле является фокальным изображением .

Эта диаграмма из старой книги по физике показывает это лучше, чем большинство других:

Обратите внимание, что последнее (f) At infinity . Точка фокусировки F' — это место, где формируется изображение , на самом деле это не точка .

(c) и (d) объяснить макросъемку.

Говоря о свете, сходящемся на плоскости изображения в фотографии , мы говорим о свете из определенной точки в поле зрения камеры, сходящемся на плоскости, содержащей пленку или цифровой датчик изображения. В фотографии эта плоскость называется фокальной плоскостью или плоскостью изображения . В научной области оптической физики термины фокальная плоскость и фокальная точка определяются совершенно по-разному. Когда кто-то читает такие термины, важно понимать, какое их использование используется.

Свет из одной точки в поле зрения камеры падает на всю поверхность передней части объектива. Если объектив правильно сфокусирован на расстоянии, на котором этот точечный источник света находится от камеры, то свет от этой особой точки, падающий на всю поверхность передней части объектива, сходится в той же точке на плоскости изображения. Свет от других точек в поле зрения камеры, находящихся на том же расстоянии, также сходится в точках на плоскости изображения, но точки, в которых сходится свет от разных точечных источников на плоскости изображения, не являются одной и той же точкой. Свет, который находится под углом, так что он находится в верхнем левом углу поля зрения камеры, сойдется в правом нижнем углу плоскости изображения. Свет под углом, чтобы он находился в центре верхней части камеры. Поле зрения будет сходиться в нижней центральной части плоскости изображения камеры. Свет, который находится в центре справа от поля зрения камеры, сойдется в центре слева от плоскости изображения камеры и так далее.Только свет, расположенный на оптической оси объектива, будет собираться в центре плоскости изображения камеры.

Когда линза сфокусирована на бесконечность, то рассматриваемый точечный источник света находится достаточно далеко, чтобы свет из этой точки, достигающий передней части линзы, был достаточно коллимирован, чтобы быть неотличимым от источника света, который бесконечно удален. далеко. Рассмотрим звезду. Мы думаем об этом как о точечном источнике света. Но звезды огромные! Они намного больше в диаметре, чем передний элемент любого объектива, который я когда-либо видел! Таким образом, световые лучи от звезды (за исключением нашего собственного Солнца, диаметр которого составляет около половины дуги при наблюдении с поверхности Земли), которые достигают линзы здесь, на Земле, почти идеально параллельны. Это то, что мы называем коллимированным светом.

Мы не говорим о том, что весь свет, падающий на переднюю часть линзы под любым мыслимым углом, сходится в одной и той же точке плоскости изображения. Мы говорим о свете из одной конкретной точки в поле зрения камеры, падающем на одну конкретную точку пленки или сенсора камеры.

Кажется, вас могут сбить с толку два разных типа лучевых диаграмм, которые являются общими. Они похожи, но изображают две совершенно разные вещи. Можно проследить несколько лучей коллимированного света от одного точечного источника на бесконечности. Другой отслеживает одиночные лучи, падающие на переднюю часть линзы из каждой из нескольких точек в поле зрения линзы. В первом случае лучи сходятся на сенсоре/пленке/фокальной плоскости. Во втором случае лучи с противоположных сторон линзы пересекаются на полпути между линзой и матрицей/пленкой/фокальной плоскостью. Эти два типа диаграмм не показывают одно и то же.