Quelle est la forme du plan focal?


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C'est une chose à laquelle je viens de réaliser dont je ne connais pas entièrement la réponse, donc je vais la poser ici car je pense que c'est intéressant.

Dans la plupart des écrits non scientifiques sur la profondeur de champ, les diagrammes montrent généralement la caméra et les sujets comme étant parfaitement parallèles, par exemple

entrez la description de l'image ici

Cependant, est-ce une représentation plus précise du plan focal?

entrez la description de l'image ici

Existe-t-il des moyens de modifier optiquement la forme du plan focal?

Remarque: Évidemment, ces diagrammes sont bidimensionnels, mais je suppose que dans le deuxième diagramme, la forme serait sphérique avec le capteur au centre.


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Vous pourriez, en théorie, construire une lentille avec un plan focal incurvé - je ne pense pas que de telles lentilles existent cependant. voir: physics.stackexchange.com/q/81349/44080 Quant à la modification du plan focal, les lentilles à décalage d'inclinaison sont une manière courante de manipuler cela. Le plan focal reste un plan plat, mais l'objectif à inclinaison variable vous permet d'incliner et de faire pivoter le plan de mise au point par rapport au capteur. en.wikipedia.org/wiki/Tilt%E2%80%93shift_photography
J ...

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@J ... cela entre dans le principe de Scheimpflug . Les articles de Leonard Evens sont également liés . La mise au point et la profondeur de champ de la caméra de vision sont celles dont je me souviens avoir lu lors de l'apprentissage de la mise au point d'une caméra de visualisation.

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@J ...: Tout d'abord, la plupart des objectifs (en particulier les grands angles) présentent au moins une petite courbure de champ (mais généralement beaucoup moins que ce qui est indiqué dans le diagramme ci-dessus). Bien qu'ils soient assez rares, il existe quelques lentilles avec des champs incurvés intentionnellement. Le plus inhabituel à cet égard est peut-être le Minolta 24 / 2.8 VFC , qui a permis à l'utilisateur de contrôler sa courbure de champ.
Jerry Coffin


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@J ... Comme d'autres l'ont dit, les éléments d'objectif non asphériques ont normalement une forme lenticulaire (ou lenticulaire concave si vous voulez), donc par défaut tous les objectifs de la caméra ont une focale quelque peu incurvée ou ondulée (pensez à une ondulation sur un étang) caractéristique du plan. De nombreux objectifs ont un plan focal assez incurvé, d'où la notion de soft dans les coins à grandes ouvertures . La plupart des lentilles de portrait, par exemple, ont une courbure non corrigée et leurs images sont superbes en conséquence directe.
HamishKL

Réponses:


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L'effet est appelé courbure de champ . Une bonne discussion vient de Nikon . Il s'agit d'une aberration de l'objectif qui peut réduire la résolution de l'objectif lorsqu'elle est couplée à un capteur plat. Autrefois, le film pouvait être un peu plié pour essayer de suivre le plan de l'image et réduire l'effet, mais nos capteurs sont aujourd'hui rigides. Il peut être réduit avec la conception de l'objectif.


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Ceci est la bonne réponse. J'ajouterais que n'importe quelle lentille à élément unique idéale affichera un tel comportement, à moins que l'effet ne soit compensé par une autre lentille ou une formule optique non homogène. C'est en fait un facteur de complication dans la conception de bons objectifs et nous espérons qu'en fabriquant des capteurs flexibles contrôlables, nous pourrons utiliser des objectifs beaucoup plus simples et beaucoup plus compacts à l'avenir.
rétrographie

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Le film est également épais par rapport aux puits d'un capteur.

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Donc, en résumé, les lentilles ont "naturellement" un champ incurvé, et nous ajoutons des éléments de lentille supplémentaires pour essayer de l'aplatir?
MathematicalOrchid

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@MathematicalOrchid Oui. C'est fondamentalement correct
Michael C

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Et comme la correction n'est susceptible d'être parfaite qu'à une seule distance focale, cette distance peut être optimisée différemment pour différents types d'objectifs. Par exemple, un objectif macro dédié peut être conçu pour avoir le plan focal le plus plat à sa distance focale minimale.
Kevin Krumwiede

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Une seule lentille convergente avec une épaisseur réelle a un champ de focalisation incurvé. La plupart des objectifs proposés par les fabricants incluent des éléments correcteurs pour aplatir le champ de mise au point plus près d'un plan focal plat à un degré ou un autre. Il existe des lentilles bien connues et très recherchées pour aplatir particulièrement bien le plan focal: la série Zeiss Planar par exemple. Il existe également des objectifs connus et désirés pour ne pas corriger une partie ou la totalité de leur courbure de champ et les photos "d'apparence" prises à l'aide de ces objectifs présentent. Le Canon EF 85 mm f / 1,2 L II en fait partie.

Quelle est la forme du plan focal?

Une lentille à élément unique avec des surfaces normales utilisant des formules optiques mathématiquement simples démontrera la courbure de champ. Lorsqu'elles sont projetées sur un capteur / film plat, les distances variables du centre de l'objectif au milieu par rapport aux coins du capteur entraîneront une perte de mise au point sur les bords et dans les coins si le centre est correctement mis au point. Si un film ou un capteur pouvait être construit de manière à ce que toutes les pièces soient équidistantes du centre optique de l'objectif, tout serait au même point. Un tel capteur couvrirait la même partie (exprimée en degrés angulaires) d'un arc de sphère que la quantité d'arc couverte par l'objectif dans le champ de vision de la caméra. Le rayon de courbure varierait selon l'indice de réfraction de la lentille.

Dans la pratique moderne, il y a peu, voire pas du tout, d'objectifs à élément unique simples proposés par les fabricants et utilisés pour la photographie tels que définis dans le cadre de photo.stackexchange.com. La forme du plan focal, plus exactement appelé champ de mise au point, dépend entièrement de la conception de l'objectif. L'aberration sphérique / la courbure de champ peuvent être laissées totalement non corrigées ou peuvent être fortement corrigées en fonction des décisions prises par les concepteurs de lentilles et de l'efficacité de leur conception.

Lors de l'examen de l'optique du point cardinal, il faut garder à l'esprit que les lentilles d'épaisseur nulle n'existent pas réellement. Ils sont théoriques. De l'article de wikipedia pour le point cardinal (optique) :

Le seul système idéal qui a été atteint dans la pratique est le miroir plan.


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Avec un objectif optiquement parfait, le plan focal est parallèle à votre capteur, et il a la même forme que lui, c'est-à-dire qu'il s'agit en fait d'un plan. Avec un objectif réel, je suppose que vous pouvez obtenir un peu de distorsion de l'avion, mais il restera essentiellement un avion. Il doit en être ainsi pour la photographie de paysage où vous souhaitez que l'image entière soit mise au point à l'infini en même temps, et c'est le cas pour tout objectif décent.

Votre premier diagramme est plus correct que le second. Dans le deuxième diagramme, vous négligez le fait que les coins de votre capteur sont plus éloignés du centre optique de votre objectif que du centre du capteur.

C'est quelque chose à prendre en compte lors de l'utilisation de la technique habituelle de "mise au point puis recomposition": en faisant pivoter votre appareil photo pour recomposer, vous déplacez le plan focal sans changer la distance au sujet, et vous pouvez en effet obtenir le sujet flou. Cela est particulièrement vrai avec un objectif grand angle à grande ouverture.

Voir par exemple Comment photographier un sujet en mouvement avec Panasonic FZ 70/72 pour plus de détails.


Merci. Donc, lorsque vous mesurez le DOF, où dans l'appareil photo est la mesure? Le capteur?
Undistraction du

Je ne comprends pas la question. Le DoF n'est pas "mesuré" par la caméra. C'est le résultat optique de l'ouverture, de la focale, ...
Matthieu Moy

+1 pour les implications de "concentrer puis recomposer". C'est une conséquence subtile qui n'est pas souvent réalisée.
scottbb

Désolé. Je veux dire où exactement sur l'appareil photo sont prises les mesures relatives à la mise au point - est-ce un point sur l'objectif, l'ouverture ou le capteur?
Undistraction

@Pedr Je ne sais pas exactement quelle mesure vous demandez, mais cette question peut la couvrir: photo.stackexchange.com/questions/21668/…
reconnaissance

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La forme du plan focal dépend de la formule optique. En particulier, le Zeiss Planar a été nommé d'après son plan focal particulièrement plat qui le rendait bon pour la photographie de livres, mais en général il ressemble plus à votre deuxième dessin.


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Merci d'avoir répondu. Ce serait formidable si vous pouviez développer un peu votre réponse, peut-être avec des références et des exemples.
Undistraction

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Je pense qu'un élément manquant dans les réponses manifestement correctes par ailleurs est lié à la mauvaise intuition dans la question.

L'intuition dans la question vient (je crois) non pas d'une question sur l'abbération de l'objectif, mais d'un mauvais sentiment que le plan focal est basé sur la distance de l'objectif.

Cette question pourrait peut-être être paraphrasée comme

"Les éléments qui sont nettement mis au point sont-ils tous à une distance spécifique de l'objectif - sont-ils tous situés sur une courbe avec le rayon de la distance focale?"

La réponse est "non, ce n'est pas ainsi que fonctionne le focus". Comme l'a déclaré Matthew Moy, le plan focal pour un objectif parfait est parallèle au capteur.


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Uniquement si l'objectif a été corrigé pour la courbure du champ. La plupart des lentilles modernes ont été correctes, mais pas une lentille mince à élément unique avec des surfaces régulières.
Michael C

Cela signifie-t-il qu'une "lentille mince à élément unique avec des surfaces régulières" a en face un plan focal sphérique du fait que la mise au point est à un rayon fixe de la lentille , ou est-ce simplement qu'une telle lentille a une courbure de champ due aux "imperfections"?
GreenAsJade

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Rayon fixe à l'avant et à l'arrière. La seule différence est la taille si le rayon de chaque côté qui est dû à l'indice de réfraction de la lentille. Si la lentille convexe est conçue pour avoir un indice de réfraction constant du centre au bord, elle démontrera la courbure du champ. Lorsque la distance de mise au point approche de l'infini, le DoF deviendra probablement si grand que la courbure ne sera plus perceptible.
Michael C
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