Фокусное расстояние

Фокус F и фокусное расстояние f положительной (выпуклой) линзы, отрицательной (вогнутой) линзы, вогнутого зеркала и выпуклого зеркала.

Фокусное из оптической системы является мерой того , насколько сильно система сходится или расходится зажигать ; это обратное из системы оптической мощности . Положительное фокусное расстояние указывает на то, что система собирает свет, а отрицательное фокусное расстояние указывает на то, что система рассеивает свет. Система с меньшим фокусным расстоянием изгибает лучи более резко, фокусируя их на более коротком расстоянии или быстрее рассеивая. Для частного случая тонкой линзы в воздухе положительное фокусное расстояние - это расстояние, на котором первоначально коллимированные (параллельные) лучи проходят доФокус , или, альтернативно, отрицательное фокусное расстояние указывает, как далеко перед линзой должен быть расположен точечный источник , чтобы сформировать коллимированный луч. Для более общих оптических систем фокусное расстояние не имеет интуитивного значения; это просто величина, обратная оптической мощности системы.

В большинстве фотографий и во всей телескопии , где объект по существу находится бесконечно далеко, большее фокусное расстояние (меньшая оптическая сила) приводит к большему увеличению и более узкому углу обзора ; и наоборот, меньшее фокусное расстояние или большая оптическая сила связаны с меньшим увеличением и более широким углом зрения. С другой стороны, в таких приложениях, как микроскопия, в которых увеличение достигается за счет приближения объекта к объективу, более короткое фокусное расстояние (более высокая оптическая сила) приводит к большему увеличению, поскольку объект можно приблизить к центру проекции.

Аппроксимация тонкой линзы [ править ]

Для тонкой линзы в воздухе фокусное расстояние - это расстояние от центра линзы до главных фокусов (или фокусных точек ) линзы. Для собирающей линзы (например, выпуклой линзы ) фокусное расстояние положительно и представляет собой расстояние, на котором луч коллимированного света будет сфокусирован в единственное пятно. Для расходящейся линзы (например, вогнутой линзы ) фокусное расстояние отрицательно и представляет собой расстояние до точки, из которой коллимированный луч кажется расходящимся после прохождения через линзу.

Когда линза используется для формирования изображения некоторого объекта, расстояние от объекта до линзы u , расстояние от линзы до изображения v и фокусное расстояние f связаны соотношением

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = {\ frac {1} {u}} + {\ frac {1} {v}} \.}

Фокусное расстояние тонкой выпуклой линзы можно легко измерить, используя ее для формирования изображения удаленного источника света на экране. Объектив перемещается до тех пор, пока на экране не появится четкое изображение. В этом случае1/ты пренебрежимо мало, и фокусное расстояние тогда определяется как

{\ Displaystyle е \ приблизительно v \.}

Определить фокусное расстояние вогнутой линзы несколько сложнее. Фокусным расстоянием такой линзы считается точка, в которой распространяющиеся лучи света встретились бы перед линзой, если бы линзы не было. Во время такого теста изображение не формируется, и фокусное расстояние необходимо определять, пропуская свет (например, свет лазерного луча) через линзу, исследуя, насколько этот свет рассеивается / изгибается, и следуя за лучом света. назад к фокусной точке объектива.

Общие оптические системы [ править ]

Схема толстых линз

Для толстого объектива (который имеет значительную толщину) или системы формирования изображения, состоящей из нескольких линз или зеркал (например, фотографического объектива или телескопа ), фокусное расстояние часто называют эффективным фокусным расстоянием (EFL), чтобы отличить его от других часто используемых параметров:

Переднее фокусное расстояние (лит) или передние фокусное расстояние (П) ( ы _Р ) расстояние от передней фокальной точки системы (F) до вершины на первую оптическую поверхности (S ₁ ). ^[1]^[2]
Заднее фокусное расстояние (BFL) или заднее фокусное расстояние (BFD) ( s ′ _{F ′} ) - это расстояние от вершины последней оптической поверхности системы (S ₂ ) до задней фокусной точки (F ′). ^[1]^[2]

Для оптической системы в воздухе эффективное фокусное расстояние ( f и f ' ) дает расстояние от передней и задней главных плоскостей (H и H') до соответствующих фокальных точек (F и F '). Если окружающая среда не воздух, то расстояние умножается на показатель преломления среды ( n - показатель преломления вещества, из которого сделана сама линза; n ₁ - показатель преломления любой среды перед линзой. линзы; n ₂ - это линза любой среды за ней). Некоторые авторы называют эти расстояния передними / задними фокусными расстояниями , отличая их от передних / задних фокусных расстояний., определенный выше. ^[1]

В общем, фокусное расстояние или EFL - это значение, которое описывает способность оптической системы фокусировать свет, и является значением, используемым для расчета увеличения системы. Остальные параметры используются при определении , где изображение будет сформировано для данной позиции объекта.

Для случая линзы толщиной d в воздухе ( n ₁ = n ₂ = 1 ) и поверхностей с радиусами кривизны R ₁ и R ₂ эффективное фокусное расстояние f определяется уравнением Линсмейкера :

{\frac {1}{f}}=(n-1)\left({\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {(n-1)d}{nR_{1}R_{2}}}\right),

где n - показатель преломления линзовой среды. Количество1/ж также известен как оптическая сила линзы.

Соответствующее переднее фокусное расстояние: ^[3]

{\mbox{FFD}}=f\left(1+{\frac {(n-1)d}{nR_{2}}}\right),

и заднее фокусное расстояние:

{\mbox{BFD}}=f\left(1-{\frac {(n-1)d}{nR_{1}}}\right).

В используемом здесь знаковом соглашении значение R ₁ будет положительным, если первая поверхность линзы выпуклая, и отрицательным, если она вогнутая. Значение R ₂ отрицательное, если вторая поверхность выпуклая, и положительное, если вогнутая. Обратите внимание, что соглашения о знаках различаются у разных авторов, что приводит к разным формам этих уравнений в зависимости от используемых соглашений.

Для сферически изогнутого зеркала в воздухе величина фокусного расстояния равна радиусу кривизны зеркала, деленному на два. Фокусное расстояние для вогнутого зеркала положительное , а для выпуклого - отрицательное . В знаковом соглашении, используемом в оптической конструкции, вогнутое зеркало имеет отрицательный радиус кривизны, поэтому

f=-{R \over 2},

где R - радиус кривизны поверхности зеркала.

См. Радиус кривизны (оптика) для получения дополнительной информации о знаках радиуса кривизны, используемых здесь.

В фотографии [ править ]

Объектив 50 мм

Объектив 70 мм

Объектив 210 мм

Пример того, как выбор объектива влияет на угол обзора. Фотографии выше были сделаны 35-мм камерой на фиксированном расстоянии от объекта.

Красным цветом показаны изображения черных букв в тонкой выпуклой линзе с фокусным расстоянием f . Выбранные лучи показаны буквами E , I и K синим, зеленым и оранжевым цветом соответственно. Обратите внимание, что E (на 2 f ) имеет реальное и перевернутое изображение равного размера; I (в точке f ) имеет изображение на бесконечности; и K (приж2) имеет двойное виртуальное вертикальное изображение.

В этом компьютерном моделировании настройка поля зрения (путем изменения фокусного расстояния) при сохранении объекта в кадре (путем соответствующего изменения положения камеры) приводит к сильно различающимся изображениям. При фокусных расстояниях, приближающихся к бесконечности (0 градусов поля зрения), лучи света почти параллельны друг другу, в результате чего объект выглядит «сплющенным». На малых фокусных расстояниях (большее поле зрения) объект кажется «укороченным».

Фокусные расстояния объектива камеры обычно указываются в миллиметрах (мм), но некоторые старые объективы имеют маркировку в сантиметрах (см) или дюймах.

Фокусное расстояние ( f ) и поле зрения (FOV) объектива обратно пропорциональны. Для стандартного прямолинейного объектива FOV = 2 арктангенса. Икс/2 ж, где x - диагональ пленки.

Когда фотографический объектив установлен на «бесконечность», его задняя узловая точка отделена от датчика или пленки в фокальной плоскости фокусным расстоянием объектива. Объекты, расположенные далеко от камеры, затем создают резкие изображения на датчике или пленке, которые также находятся в плоскости изображения.

Чтобы визуализировать более близкие объекты в резком фокусе, линзу необходимо отрегулировать так, чтобы увеличить расстояние между задней узловой точкой и пленкой, чтобы пленка находилась в плоскости изображения. Фокусное расстояние ( f ), расстояние от передней узловой точки до фотографируемого объекта ( s ₁ ) и расстояние от задней узловой точки до плоскости изображения ( s ₂ ) связаны следующим образом:

{\frac {1}{s_{1}}}+{\frac {1}{s_{2}}}={\frac {1}{f}}.

В качестве сек ₁ уменьшается, ˙s ₂ должна быть увеличена. Например, рассмотрим обычный объектив для 35-мм камеры с фокусным расстоянием f = 50 мм. Чтобы сфокусировать удаленный объект ( s ₁ ≈ ∞), задняя узловая точка линзы должна находиться на расстоянии s ₂ = 50 мм от плоскости изображения. Чтобы сфокусировать объект на расстоянии 1 м ( s ₁ = 1000 мм), линзу необходимо отодвинуть на 2,6 мм дальше от плоскости изображения, на s ₂ = 52,6 мм.

Фокусное расстояние объектива определяет увеличение, при котором он отображает удаленные объекты. Он равен расстоянию между плоскостью изображения и точечным отверстием, которое отображает удаленные объекты того же размера, что и рассматриваемая линза. Для прямолинейных линз (то есть без искажения изображения ) отображение удаленных объектов хорошо моделируется как модель камеры-обскуры . ^[4] Эта модель приводит к простой геометрической модели, которую фотографы используют для вычисления угла обзора камеры; в этом случае угол обзора зависит только от отношения фокусного расстояния к размеру пленки . Как правило, угол обзора зависит также от искажения. ^[5]

Объектив с фокусным расстоянием, примерно равным размеру диагонали пленки или формата датчика, известен как нормальный объектив ; его угол обзора аналогичен углу, который образует достаточно крупный отпечаток, просматриваемый на типичном расстоянии просмотра диагонали отпечатка, что, таким образом, дает нормальную перспективу при просмотре отпечатка; ^[6] этот угол обзора составляет около 53 градусов по диагонали. Для полнокадровых камер формата 35 мм диагональ составляет 43 мм, а типичный «нормальный» объектив имеет фокусное расстояние 50 мм. Объектив с фокусным расстоянием короче обычного часто называют широкоугольным объективом (обычно 35 мм и меньше для фотоаппаратов формата 35 мм), тогда как объектив, который значительно длиннее обычного, может называться телеобъективом.(обычно 85 мм и более для камер формата 35 мм). Технически линзы с длинным фокусным расстоянием являются «телеобъективами» только в том случае, если фокусное расстояние больше, чем физическое расстояние объектива, но этот термин часто используется для описания любого объектива с длинным фокусным расстоянием.

Из-за популярности стандарта 35 мм комбинации камера-объектив часто описываются в терминах их фокусного расстояния , эквивалентного 35 мм , то есть фокусного расстояния объектива с таким же углом обзора или полем зрения. , если используется на полнокадровой 35-мм камере. Использование фокусного расстояния, эквивалентного 35 мм, особенно распространено в цифровых камерах , в которых часто используются датчики размером меньше 35 мм пленки, и поэтому для достижения заданного угла обзора требуется соответственно меньшее фокусное расстояние с коэффициентом, известным как кроп-фактор .

См. Также [ править ]

Глубина резкости
Диоптр
f-число или фокусное отношение

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме фокусного расстояния .

^ a b c Джон Э. Грейвенкамп (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Press . С. 6–9. ISBN 978-0-8194-5294-8.
^ a b Hecht, Юджин (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли . п. 168. ISBN 978-0805385663.
Перейти ↑ Hecht, Eugene (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли . С. 244–245. ISBN 978-0805385663.
^ Чарльз, Джеффри (2000). Практическая астрофотография . Springer. стр. 63 -66. ISBN 978-1-85233-023-1.
^ Stroebel, Лесли; Закия, Ричард Д. (1993). Фокальная энциклопедия фотографии (3-е изд.). Focal Press . п. 27 . ISBN 978-0-240-51417-8.
^ Stroebel, Лесли Д. (1999). Просмотр техники камеры . Focal Press . С. 135–138. ISBN 978-0-240-80345-6.

[Greivenkamp-1] Джон Э. Грейвенкамп (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Press . С. 6–9. ISBN 978-0-8194-5294-8.

[Hecht1-2] Hecht, Юджин (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли . п. 168. ISBN 978-0805385663.

[Hecht2-3] Перейти ↑ Hecht, Eugene (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли . С. 244–245. ISBN 978-0805385663.

[4] Чарльз, Джеффри (2000). Практическая астрофотография . Springer. стр. 63 -66. ISBN 978-1-85233-023-1.

[5] Stroebel, Лесли; Закия, Ричард Д. (1993). Фокальная энциклопедия фотографии (3-е изд.). Focal Press . п. 27 . ISBN 978-0-240-51417-8.

[6] Stroebel, Лесли Д. (1999). Просмотр техники камеры . Focal Press . С. 135–138. ISBN 978-0-240-80345-6.

[1]

vтеФотография
Терминология	Эквивалентное фокусное расстояние 35 мм Угол обзора Диафрагма Черное и белое Хроматическая аберрация Круг замешательства Цветовой баланс Цветовая температура Глубина резкости Глубина резкости Контакт Компенсация экспозиции Значение экспозиции Узор под зебру F-число Формат фильма Большой Середина Скорость пленки Фокусное расстояние Ведущее число Гиперфокальное расстояние Режим замера Сфера (оптика) Перспективное искажение Фотография Фотопечать Фотографические процессы Взаимность Эффект красных глаз Наука фотографии Скорость затвора Синхронизировать Система зон
Жанры	Абстрактный Антенна Самолет Архитектурный Астрофотография Банкет Концептуальный Сохранение Cloudscape Документальный Этнографический Эротический Мода Изобразительное искусство Огонь Судебно-медицинская экспертиза Гламур Высокоскоростной Пейзаж Ломография Природа Neues Sehen Ню Фотожурналистика Пикториализм порнография Портрет Вскрытие Селфи Социальный документальный фильм Спортивный Натюрморт Акции Прямая фотография улица Народный Под водой Свадьба Дикая природа
Методы	Афокальный Боке Бренизер В режиме серийной съемки Contre-jour Цианотипия ETTR Заполнить вспышку Фейерверк Затвор Харриса HDRI Высокоскоростной Голография Инфракрасный Преднамеренное движение камеры Кирлиан Воздушный змей Длительное воздействие Макрос Mordançage Многократная экспозиция Ночь Панорамирование Панорамный Фотограмма Тонирование печати Redscale Перефотография Посадочная дистанция Сканография Шлирен фотография Эффект Сабаттье Замедленная съемка Стереоскопия Остановка Полоска Щелевое сканирование Солнечная печать Наклон – смещение Миниатюрная подделка Промежуток времени Ультрафиолетовый Виньетирование Ксерография
Сочинение	Диагональный метод Обрамление Высота Ведущая комната Правило третей Простота Золотой треугольник (композиция)
Оборудование	Камера световое поле поле мгновенное точечное отверстие Нажмите дальномер SLR Все еще TLR игрушка Посмотреть Темная комната увеличитель безопасный Фильм основание формат держатель акции доступные фильмы снятые с производства фильмы Фильтр Вспышка блюдо красоты cucoloris гобо капот горячий башмак моноблок Отражатель сопли Софтбокс Линза Широкоугольный объектив Зум-объектив Телеобъектив Производители Монопод Кинопроектор Слайд-проектор Штатив голова Зональная пластина
История	Хронология технологий фотографии Аналоговая фотография Автохром Люмьер Коробка камеры Калотип Камера-обскура Дагерротип Дюфайколор Гелиография Окрашенные фоны для фотографий Фотография и закон Стеклянная тарелка Изобразительное искусство
Цифровая фотография	Цифровая камера D-SLR сравнение МИЛК камера назад Digiscoping Цифровая фотография против пленочной Пленочный сканер Датчик изображений CMOS APS CCD Камера с тремя ПЗС-матрицами Датчик Foveon X3 Обмен изображениями Пиксель
Цветная фотография	Цвет Печатная пленка Хромогенный принт Обратный фильм Управление цветом цветовое пространство Основной цвет Цветовая модель CMYK Цветовая модель RGB
Фотографическая обработка	Обход отбеливателя C-41 процесс Перекрестная обработка Разработчик Цифровая обработка изображений Соединитель красителя E-6 процесс Fixer Процесс желатинового серебра Печать резинки Мгновенный фильм К-14 процесс Постоянство печати Обработка push Остановить ванну
Списки	Самые дорогие фотографии Фотографов норвежский язык Польский улица женщины
Категория Контур