Qual è il punto di riferimento da cui viene calcolata la lunghezza focale di un obiettivo?

Comprendo l'idea di una lunghezza focale per un singolo obiettivo, ovvero la distanza dall'obiettivo al punto in cui convergono i raggi di luce paralleli. Tuttavia, nel caso di un obiettivo fotografico con più elementi dell'obiettivo, da dove viene misurata esattamente la lunghezza focale dell'obiettivo nel suo insieme?

Cominciamo con il caso semplice, un singolo elemento:

Dall'alto: lente positiva / convessa, lente negativa / concava, specchio concavo, specchio convesso.

I raggi paralleli che entrano nell'obiettivo si focalizzeranno in un certo punto (F) e la lunghezza focale (f) è data dalla distanza tra il centro dell'obiettivo (il centro ottico ) e il punto di messa a fuoco.

Quindi il punto di riferimento è il centro ottico di un singolo elemento.

OK, ma per quanto riguarda gli obiettivi multi-elemento?

Per gli obiettivi multi-elemento non è possibile trovare facilmente un punto di riferimento . Come dice David, il punto di riferimento è il centro di un ipotetico singolo elemento con la stessa lunghezza focale.

Questo punto di riferimento può trovarsi ovunque: davanti al primo elemento, all'interno dell'obiettivo o dietro l'ultimo elemento.

Come si può spostare il centro ottico all'esterno dell'obiettivo?

Gruppo teleobiettivo: più comunemente usando quello che viene chiamato un gruppo teleobiettivo:

In questo diagramma ci sono due gruppi di elementi. Il primo gruppo (a sinistra) si comporta come una lente "normale" (convessa o positiva), facendo convergere i raggi (linee blu). Il secondo gruppo (a destra) è il gruppo teleobiettivo, che funge da obiettivo negativo che diffonde i raggi.

L'effetto netto è che il punto AF "vedrà" l'equivalente di un singolo elemento positivo molto più lontano (indicato da linee tratteggiate rosse). È il centro ottico di questo ipotetico "elemento singolo equivalente" (H ') che è il punto di riferimento per misurare la lunghezza focale (f').

Teleobiettivo invertito: è possibile scambiare i gruppi per mettere in primo piano il gruppo di teleobiettivi. Quindi ottieni un obiettivo (grandangolare) in cui la distanza tra l'ultimo elemento e il punto AF può essere maggiore della lunghezza focale. Questa costruzione è chiamata lente retrofocus .

Specchi: è anche possibile utilizzare i mirror. Le lenti a specchio "riutilizzano" la loro lunghezza fisica facendo rimbalzare i raggi avanti e indietro. Ancora una volta il punto AF "vedrà" l'equivalente di un singolo elemento molto più lontano.

Lente a specchio, qui combinata con il gruppo teleobiettivo

Perché vorresti farlo?

Per i teleobiettivi lunghi , è perché un design standard darebbe un obiettivo che è fisicamente troppo lungo per essere conveniente:

Telecamera da 500 mm senza gruppo teleobiettivo. Un 500mm dovrebbe essere lungo almeno 50 cm (20 ").

Per gli obiettivi grandangolari , serve per dare più spazio tra l'obiettivo e il sensore di immagine. Ad esempio, ci sono obiettivi da 10 mm per le reflex digitali, ma 10 mm tra il sensore e l'obiettivo non lascerebbero abbastanza spazio per lo specchio. Quindi le lenti ultrawide sono generalmente progettate come lenti retrofocus.

Fisheye da 7,5 mm senza retrofocus. Notare che il tubo fuoriesce dall'attacco dell'obiettivo per avvicinare gli elementi al film. Il montaggio dell'obiettivo richiedeva il blocco dello specchio e non era possibile utilizzare il mirino o la misurazione incorporata mentre l'obiettivo era montato. (Immagine da B&H )

Quindi come posso controllare la lunghezza focale del mio obiettivo?

Vedere la misurazione della lunghezza focale .

In breve:

• scatta una foto di due punti distanti
• misurare l'angolo tra i punti
• misurare la distanza tra i punti sul sensore di immagine (contare i pixel tra i punti nella foto e ricavare la distanza del sensore dalla risoluzione e dalle dimensioni del sensore)
• lunghezza focale = distanza sul sensore in mm / angolo in gradi * (180 / pi)

fonti:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Telephoto_lens
• http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_centre
• http://en.wikipedia.org/wiki/Focal_length
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ang%C3%A9nieux_retrofocus
• http://www.bobatkins.com/photography/technical/measuring_focal_length.html

Immagini: obiettivo Fisheye di B&H, altre immagini fornite da Wikipedia.

Wikipedia dà la risposta ...

"Quando un obiettivo fotografico è impostato su" infinito ", il suo punto nodale posteriore è separato dal sensore o dalla pellicola, sul piano focale, dalla lunghezza focale dell'obiettivo."

Il che porta alla domanda ... Cos'è un punto nodale? Risposto anche da Wikipedia come:

"I punti nodali anteriori e posteriori hanno la proprietà che un raggio puntato su uno di essi verrà rifratto dall'obiettivo in modo tale che sembri provenire dall'altro e con lo stesso angolo rispetto all'asse ottico."

Con una struttura complessa che è un moderno obiettivo per fotocamera, il punto nodale posteriore non sarà sempre nello stesso posto, quindi la questione dell'esattezza dipenderà dall'obiettivo.

Per espandere il punto Nodale:

Definizione semplice: è al centro dell'obiettivo equivalente a menisco a elemento singolo che ha la stessa lunghezza focale e apertura dell'obiettivo composto in esame.

L'aspetto più pratico del punto nodale di un obiettivo è che è il punto attorno al quale è possibile ruotare l'obiettivo senza produrre alcun movimento nell'immagine. Per una semplice lente a un elemento, il nodo è al centro della lente; per un sistema di ottica ripiegato come un telescopio Schmidt-Cassegrain, il nodo si trova di fronte all'obiettivo.

È un po 'complicato impostare un test fisico per trovare il punto nodale di una lente. Proverò a spiegarlo senza ausili visivi:

Prendi in considerazione un attacco per treppiede. L'asse verticale di rotazione della testa del treppiede sarà il punto in cui metteremo il nodo dell'obiettivo. Per fare ciò, l'obiettivo deve essere montato su una piastra che consenta di variare la sua distanza dall'asse del treppiede. Inoltre, l'immagine deve essere proiettata su uno schermo non attaccato all'obiettivo (quindi non è possibile utilizzare il corpo della fotocamera!). Cerchiamo la combinazione di posizione dello schermo e impostazione del dispositivo di scorrimento in cui è possibile ruotare la testa del treppiede e l'unico effetto sull'immagine è la vignettatura mentre l'asse ottico dell'obiettivo si sposta in / out di essere in linea con lo schermo.

Una vera implicazione pratica entra in gioco quando si scattano foto panoramiche. Perché ci sia la minima distorsione tra le immagini - e quindi una migliore cucitura o tracciamento - la telecamera deve essere ruotata attorno al suo punto nodale. Quindi mettere la tua fotocamera tascabile - o persino la tua fantastica DSLR professionale - direttamente sul treppiede, usando il punto di montaggio del suo corpo, significa che stai ruotando da qualche parte tra il punto nodale e il piano dell'immagine, tranne forse con alcuni obiettivi grandangolari.

In generale, per un obiettivo fov 1: 1 apparente (50 mm su una termocamera full size o su un corpo di pellicola da 35 mm), il nodo si troverà da qualche parte vicino al centro dell'obiettivo. Per un obiettivo zoom a zoom completo, è probabile che sia all'esterno, e per un grandangolo sarà da qualche parte dietro il centro dell'obiettivo. Qualunque cosa tu stia utilizzando, il nodo si troverà alla lunghezza focale dichiarata di fronte alla termocamera.

(questo è stato l'argomento di uno dei miei più intensi laboratori di fisica nel corso della giornata, quindi anche se ho ottenuto una A per questo c'è un gap di memoria di 45 anni due volte ogni tanto, ma penso di avere ancora i dettagli generali) .