レンズの焦点距離を計算する基準点は何ですか?


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単一のレンズの焦点距離、つまりレンズから平行光線が収束する点までの距離の考え方を理解しています。しかし、複数のレンズ要素を持つ写真レンズの場合、レンズ全体の焦点距離はどこから正確に測定されますか?

回答:


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単純な場合、単一の要素から始めましょう:

焦点距離、単一要素

上から:正/凸レンズ、負/凹レンズ、凹面鏡、凸面鏡。

レンズに入射する平行光線は、ある点(F)で焦点を合わせ、焦点距離(f)は、レンズの中心光学中心)と焦点の距離によって与えられます。

したがって、基準点は単一要素の光学中心です。


わかりましたが、マルチエレメントレンズはどうですか?

多素子レンズの場合、簡単に見つけることができる基準点はありません。デビッドが言うように、基準点は同じ焦点距離を持つ仮想の単一要素の中心です。

この基準点はどこでも構いません-最初の要素の前、レンズの内側、最後の要素の後ろ。


光学中心をレンズの外側にシフトするにはどうすればよいですか?

望遠グループ:最も一般的には、望遠グループと呼ばれるものを使用します。

望遠レンズ

この図には、2つの要素グループがあります。最初のグループ(左側)は、「通常の」(凸または正の)レンズのように機能し、光線(青い線)を収束させます。2番目のグループ(右)は望遠グループで、光線を広げる負のレンズとして機能します。

正味の効果は、焦点がはるかに離れた単一の正の要素に相当するものを「見る」ことです(赤い点線で示されます)。焦点距離(f ')を測定するための基準点は、この仮想的な「等価な単一要素」(H')の光学中心です。

倒立望遠:グループを入れ替えて、望遠グループを前面に配置できます。次に、最後の要素と焦点の間の距離が焦点距離より大きくなる可能性のある(広角)レンズを取得します。この構造は、レトロフォーカスレンズと呼ばれます。

ミラー:ミラーも使用できます。ミラーレンズは、光線を前後に跳ね返すことで物理的な長さを「再利用」します。この場合も、焦点ははるかに遠くにある単一の要素に相当するものを「見ます」。

望遠グループとミラーレンズの図

望遠グループと組み合わせたミラーレンズ


なぜあなたはそれをしたいのですか?

以下のために長いテレ標準設計が長すぎる便利なように物理的にレンズを与えるためのレンズ、それはです:

望遠レンズなしの望遠レンズ 望遠グループなしの500mmテレ。500mmは少なくとも50 cm(20 ")の長さが必要です。

以下のために広角レンズは、レンズと撮像素子との間に多くのスペースを与えることです。例として、DSLRには10mmのレンズがありますが、センサーとレンズの間の10mmはミラー用の十分なスペースを残しません。そのため、超広角レンズは一般にレトロフォーカスレンズとして設計されています。

レトロフォーカスなしの魚眼レンズ

レトロフォーカスなしの7.5mm魚眼レンズ。チューブをレンズマウントから突き出て、フィルムにエレメントを十分に近づけます。レンズを取り付けるにはミラーのロックアップが必要で、レンズの取り付け中はビューファインダーや内蔵の測光を使用できませんでした。(B&Hからの画像)


次に、レンズの焦点距離を確認するにはどうすればよいですか?

焦点距離の測定を参照してください。

要するに:

  • 離れた2点の写真を撮る
  • ポイント間の角度を測定する
  • イメージセンサー上のポイント間の距離を測定します(写真内のポイント間のピクセルをカウントし、解像度とセンサーサイズからセンサー距離を導き出します)
  • 焦点距離=センサー上の距離(mm)/角度(角度)*(180 / pi)

ソース:

画像:B&Hの魚眼レンズ、その他の画像はウィキペディアの好意による。


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ウィキペディアは答えを与えます ...

「写真レンズが「無限」に設定されている場合、レンズの焦点距離によって、焦点面でセンサーまたはフィルムから後方の節点が分離されます。

それが質問につながります...節点とは何ですか?また、ウィキペディアから次のように回答されました。

「前部と後部の節点には、それらの1つに向けられた光線がレンズによって屈折し、光軸に対して同じ角度で他の点から来たように見えるという特性があります。」

最新のカメラレンズである複雑な構造では、後部の節点が常に同じ場所にあるとは限らないため、正確さの問題はレンズに依存します。


努力していただきありがとうございますが、残念ながら、私はまだそれを得ることができません。理論的には、物理​​的なレンズ自体の外側でさえ言えるでしょうか?
SoftMemes

@Freed-物理学者に相談する必要があります。私は光学の専門家ではありません。
ジョンキャバン

ジョン、私はそれを感謝していますが、確かにここの誰かがそうでなければなりません。:)
SoftMemes

@Freed-あなたはそれが明瞭につながると仮定します... :)物理的なレンズの長さは通常焦点距離より短いことに注意してください(パンケーキレンズのいくつかを見てください)この。これの物理学は私を超えています、私はむしろ写真を撮りたいです... :)
ジョンキャバン

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焦点距離は、必ずしもレンズの物理的なサイズに関連するわけではありません。「望遠」レンズは、物理的なレンズサイズよりも長い焦点距離を持ちます。これが望遠の意味です。また、焦点距離よりも物理的に長い「遠焦点」レンズもあります。
パットファレル

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節点を展開するには:

簡単な定義:テスト対象の複合レンズと同じ焦点距離と開口をもつ同等の単一要素メニスカスレンズの中心にあります。

レンズの節点の最も実用的な側面は、画像内で動きを生じさせることなくレンズを振ることができる点です。単純な1要素レンズの場合、ノードはレンズの中心にあります。Schmidt-Cassegrain望遠鏡などの折り畳まれた光学システムの場合、ノードはレンズの前にあります。

レンズの節点を見つけるための物理テストをセットアップするのは少し難しいです。私は視覚補助なしでそれを説明しようとします:

三脚マウントを検討してください。三脚ヘッドの回転の垂直軸は、レンズのノードを配置する場所になります。これを行うには、三脚軸からの距離を変えることができるプレートにレンズを取り付ける必要があります。さらに、画像はレンズに取り付けられていないスクリーンに投影する必要があります(カメラ本体は使用できません!)。スクリーンの位置とスライダーの設定の組み合わせを探します。三脚のヘッドを回転させることができ、レンズの光軸がスクリーンに沿って出入りする際の画像への影響は口径食のみです。

パノラマ写真を撮影しているとき、実際に実際的な意味合いが現れます。画像間の歪みを最小限に抑えるため、つまりステッチやトラッキングを改善するには、カメラをその節点を中心に回転させる必要があります。そのため、ポケットカメラ(またはファンシープロDSLR)を、そのマウントポイントを使用して三脚に直接置くことは、おそらくいくつかの広角レンズを除いて、ノードポイントとイメージプレーンの間のどこかを回転していることを意味します。

一般的に、見かけの1:1フォブレンズ(フルサイズイメージャーでは50mm、または35mmフィルムボディでは)の場合、ノードはレンズの中央付近になります。フルズームのズームレンズの場合は、前に出ている可能性が高く、広角の場合は、レンズの中心の後ろのどこかになります。どちらを使用していても、ノードはカメラのイメージャーの前で指定された焦点距離にあります。

(これは、以前の私のより強力な物理学研究室の主題でしたので、Aを得たとしても、45年のメモリギャップがあることがありますが、一般的な詳細はまだあると思います) 。


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答えの後半は、入射瞳の位置を説明しています(他の名前の中で、視点、または視差なしのポイントとも呼ばれます)。節点の使用はこの文脈では一般的ですが、正しくありません。ただし、最初の部分、つまりレンズを後方の節点の周りに振る(つまり、カメラ/レンズに振る動きをさせる)ことは正しいです。
-scottbb
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