焦点距離は画像全体で変化しますか？

（推定完璧な）レンズに平行な平面の画像が撮影された場合、オブジェクト全体のスケール（したがって焦点距離）は画像全体で均一ですか？例えば。画像の中央にあるオブジェクトは、エッジよりも小さいのでしょうか？

完全にフラットな焦点フィールドと幾何学的な歪みのない「理論的に完璧な」直線レンズのようなものは本当にありません。その設計図と完全に一致するレンズであっても、そのような完璧さを実証することはできません。理論上の薄いレンズは、像面湾曲といくつかの他の収差を示します。これらの収差を補正するために使用されるさまざまな補正要素は、平面よりもラザニアヌードルのような形状の焦点領域をもたらします。非常に高品質のフラットフィールドレンズでは、ラザニアヌードルはほぼフラットですが、まだ波が残っています。複合レンズにも幾何学的歪みがあります。

別の言い方をすれば、幾何学上の歪みは、設計図と完全に一致するレンズを製造できないことによるものではありません。歪みは、レンズ自体の設計と屈折光学系と可視光の特性に固有です。可視光のすべての波長で同時にすべての幾何学的歪みを完全に補正する理論的な方法はありません。これは、同じ屈折レンズが、わずかに異なる量で可視光の異なる波長を曲げるためです。1つの波長に最適なレンズを作成した場合、そのレンズ設計では、最適な波長より長い波長と短い波長は、波長の違いによる倍率の違いである色収差などの収差を示します。

幾何学的な歪みは、レンズの特定の設計に応じて、多少の程度に補正されます。レンズの歪みにより、レンズの視野の一部のアイテムが他の視野の一部よりも多少拡大されます。中心が周囲のエッジやコーナーよりも拡大されている場合、古い木製の樽の側面が中心で膨らんでいるように見えるため、その樽の歪みと呼びます。中心が端よりも大きく拡大されていない場合は、仕立て屋が使用する糸巻きに似ているため、その糸巻き型歪みと呼びます。両方のタイプの歪みが混在している場合があり、通常、それを口ひげ歪みと呼びます。

通常、レンズの視野のさまざまな領域でのさまざまな倍率は、幾何学的歪みのために異なる焦点距離を持つとは呼ばれませんが、それが実際に発生しており、測定可能です。

DxO Markは、これを「歪みプロファイル」グラフで示しています。縦軸はミリメートル単位の「実際の焦点距離」です。横軸は、左のレンズの視野の中心から右の端までの位置です。これらの3つのレンズは、レンズを24mmまでズームすると、樽型の歪みを示します。3つのレンズのうち2つのレンズの中心の拡大率は24mmですが、端部では拡大率が約23mmに低下しています。もう一方のレンズは中央から24.5mmで始まり、端では約23.5mmに下がります。

焦点距離範囲の反対側では、これらの3つのレンズは糸巻き型の歪みを示します。これは、ズームレンズのかなり典型的なものです。24-70レンズは中心から端まで約67mmから約68.5mmにしか増加しないことに注意してください。2つの24-105レンズは、それぞれ約105mmから108mm、103mmから約107mmと少し増えています。

一般に、直線ズームレンズは、通常、特に焦点距離範囲の両端で、直線プライムレンズよりも多くの幾何学的歪みを示します。ほとんどの非常に高価なズームレンズでさえ、適切に設計された手頃な価格のプライムレンズよりも多くの幾何学的歪みを示します。ズームレンズの最短焦点距離と最長焦点距離の比率が大きいほど、焦点距離範囲の両端の歪みを抑えることが難しくなります。焦点距離範囲の一方の端でそれをさらに修正すると、もう一方の端でそれを悪化させる傾向があります。これは、焦点距離範囲の広い端にレトロフォーカス設計があり、望遠に移行するレンズに特に当てはまります。長い焦点距離によるデザイン。これは、最大口径が狭いことと相まって、18-300mmレンズなどの非常に大きな比率の「オールインワン」ズームレンズの最大の欠点の1つです。

「バレル」と「ピンクッション」の歪み光学収差があり、これには画像全体の倍率の変動が含まれます。これは、焦点距離の変化に関しては説明されていません。

樽型歪みでは、画像の中心に近いオブジェクトが側面よりも拡大されます。したがって、平面のように見える代わりに、樽の側面のように見えるものが表示されます。ピンクッションディストーションを使用すると、より凹型の効果が得られます。

詳細については、光学収差に関するウィキペディアの記事を参照してください。

直線状レンズは直線直線を保つレンズです。これは、同じサイズのオブジェクトが画像内のどこにあっても、同じサイズのままであることを意味することは容易に理解できます。

私たちが使用する典型的なレンズは直線的です（光学誤差はありませんが、完璧なレンズであると想定しています）。

定義により、焦点距離は、レンズが遠く離れた物体（∞無限大）を撮像しているときに取られる測定値です。近くの物体を撮像する場合、撮像するレンズの距離が長くなります。私たちは今、「バックフォーカス」について話しています。

すべてのレンズは、デジタルセンサーやフィルムよりもはるかに大きな円形の画像を投影します。この画像は、投影された画像の中央領域で最も明るく鮮明です。フレームの端で明るさとシャープネスの両方が低下します。絵のように役立つ画像のその部分は、高精細度サークルと呼ばれます。フォールオフの理由はたくさんありますが、レンズを中心から振り返ると、円が見え、フレームの端から振り返ると、楕円が見えます。言い換えれば、フォーマットの端から見ると、円形の開口は楕円形として認識されます。レンズは、高精細な円の境界の近くに画像を投影するため、レンズの表面積が省略されていることを知っておく必要があります。ここで届く光は少なく、混乱の輪も楕円形です。これは、ある角度から表面に輝く懐中電灯の円形ビームに似ています。この減衰はコサインエラーと呼ばれ、エッジに到達する光のエネルギーが少なくなります（ビネット）。これらの要因やその他の要因により、定義は端で落ちます。

もう1つの側面は、被写界深度に対応する焦点深度です。レンズまでの許容距離画像について話している。中心から来る集束光線は、レンズの縁から来る光線と比較して、異なる距離で焦点を合わせます。したがって、バックフォーカスの距離は、画像全体で異なります。

要するに、すべてのレンズは軽減しなければならない収差に悩まされています。どれが最も高度に補正されるかは、レンズの設計タスクに基づいています。センターからエッジまでのバックフォーカス距離の変動は、対処しなければならない病気の1つです。