V.B

Warum sind Objektive immer rund?


Linse Technologie-generationen Foto

Warum sind Linsen rund in Form, obwohl der Bildsensor nicht? Warum können sie nicht quadratisch oder etwas sein, das der Form des Bildsensors entspricht?

Fixed Point
Gute Frage mit ausgezeichneten Antworten, musste sich nur anschließen, um diese Frage und ihre Antworten zu verbessern.

Olin Lathrop
Ähnlich wie die Räder rund sind, obwohl die Straße eben ist.

Antworten


Jim

Die Sensoren sind traditionell rechteckig, basierend auf der historisch traditionellen Form der Bildmedien.

Aber es gibt eine Technologie / Geschäftsentscheidung, die sie dazu bringt, auch rechteckig zu sein. Sensoren sind rechteckig, da sie unter Verwendung von Halbleiterherstellungstechniken hergestellt werden. Diese Techniken erfordern das "Drucken" mehrerer Sensorschaltungen auf einen Siliziumwafer. Heute können diese Wafer einen Durchmesser von 300 mm haben und die Hersteller bewegen sich in Richtung 450 mm Durchmesser ( siehe hier ). Auf so großen Wafern können viele Sensoren gedruckt werden.

Sensoren werden auf den Wafer gekachelt, um den verfügbaren Platz effizient zu nutzen und um sie so leicht in "Chips" (oder in diesem Fall die einzelnen Sensoren) zu zerlegen. Der Prozess wird Dicing genannt. Die kostengünstigste Form für Matrizen ist rechteckig. Normalerweise wird eine Säge oder ein Ritzmesser verwendet, um die Wafer in geraden Linien zu schneiden. Stellen Sie sich vor, dass die Dies (Sensoren in diesem Fall) rund sein sollten (eine verschwenderische und kostspielige Verwendung des Materials) oder hexagonal (effiziente Verwendung des Materials, aber die Schnitte sind nicht über den gesamten Wafer hinweg gerade). ( Siehe hier für weitere Informationen. )

B) Linsen aus hochwertigem Glas werden in der Regel mit Drehmaschinen geschliffen. (Dies ist in diesem Video zu sehen. Sehen Sie sich insbesondere die 7:00 Minuten-Marke an. Entschuldigung, es ist auf Japanisch, aber das Video ist sehr faszinierend und aufschlussreich.) Es ist einfacher, ein rundes Objektiv zu drehen, zu schleifen und zu polieren Diese Maschinen, weil es keine Kanten gibt, die sich an den Werkzeugen verfangen, wenn sich die Linse dreht. Es ist auch konsistent mit der optischen Symmetrie, die sie in der fertigen Linse zu erreichen versuchen.

Linsen, die nicht rund sind, würden im Allgemeinen aus runden Linsen geschnitten werden, ein Schritt, der die Herstellung der Linsenanordnung zu zusätzlichen Kosten führt. Objektive müssen nicht rund sein. Um Himmels willen, die meisten Brillen sind nicht rund! Wenn Ihre Brille gemacht wird, müssen Sie sich bewusst sein, dass der Linsenhersteller kein Objektiv für jede Form des Brillengestells vorrätig hat. Er schneidet oder schleift runde Linsen, um sie an den Rahmen anzupassen.

Wenn der Linsenhersteller einmal seine runden Linsen hat, was würde ihn motivieren, ihn in eine andere Form zu schneiden? Wie viele Leute in verschiedenen Foren darauf hingewiesen haben, bestimmt die Linsenform nicht die Bildform oder -qualität (abgesehen von der Beugung durch Kanten, die abgeschwächt werden können, und einigen Aberrationseffekten zweiter Ordnung, vielleicht), und zum größten Teil, Jeder Punkt auf der Linse kann Licht von jedem Punkt auf dem Objekt sammeln und jeden Punkt auf der Bildebene fokussieren. Ich habe bereits darauf hingewiesen, dass eine Änderung der Form der Linse zusätzliche Kosten verursacht. Es gibt wirklich keinen praktischen Grund (allgemein), um die Form zu ändern.

V.B
Eine sehr aggressive Antwort;).

Matt Grum
Zylindrisch ist auch die bequemste Form, um einen Objektivtubus in Bezug auf die Festigkeit und die Fähigkeit, ein Helikoid für die präzise Bewegung der Fokussierungsgruppen zu machen. Sie könnten, wenn Sie jede Linse zu einem Rechteck schneiden wollten, einen rechteckigen Zylinder mit einer rechteckigen Öffnung machen, aber alles, was Sie am Ende bekommen würden, ist ein sehr teures Objektiv, das komisches Bokeh produziert.

Matt Grum
Die Sensoren für sehr große optische Teleskope sind rund (um den sehr teuren Bildkreis nicht zu verschwenden), aber sie werden durch Zusammennähen vieler kleiner rechteckiger Wafer hergestellt.

Matt Grum
Letzter Punkt, die anamorphotische Linse RH-1 war eine Aprilscherzgeschichte - keine solche Linse existiert. Aber es gibt viele quadratische Anamorphosen von Lomo.

Kaushik Ghose
Nur eine zusätzliche coole Tatsache zu einer wirklich schönen Antwort: Objektive sind irgendwie "holografisch". Wenn Sie ein Objektiv nehmen und es in zwei Teile zerlegen, erhalten Sie immer noch das ganze Bild, nur dunkler. Sie können einen Linsensplitter nehmen, und Sie erhalten immer noch das ganze Bild, nur dunkler. Sie können viele Linsensplitter zusammensetzen und eine Fresnel-Linse bekommen.

Jez'r 570

Es gibt viele Gründe, warum ein Objektiv rund produziert wird:

  1. Von der Seite des Herstellers ist es einfacher und billiger, sphärische Linse herzustellen und einfacher zu kalibrieren, wenn Sie verschiedene Linsen kombinieren, um eine einzigartige Eigenschaft zu erzielen, zB Makro, Tele usw.

  2. Für die allgemeinen Benutzer werden die meisten von uns definitiv zustimmen zu sagen, dass es praktischer ist, kreisförmige Linse als rechteckig zu drehen. Innerhalb von Kameraobjektiven, insbesondere Zoomobjektiven, müssen einige Elemente hauptsächlich durch Drehen (billigere Objektive) eingestellt werden, wenn Sie sie fokussieren oder zoomen. Das Drehen einer nicht-kreisförmigen Linse wird schwierig, wenn Sie gleichzeitig versuchen, die Ausrichtung der Aberrationen und Beugungsspitzen zu steuern.

  3. Der Versuch, etwas flach zu biegen, ist schwieriger als eine Rundung von etwas Rundem.

  4. Für die Weitwinkelobjektive hat es Kugelform, um eine bessere und breitere Perspektive zu geben.

  5. Um sich auf Licht mit variierender Entfernung zu konzentrieren, benötigt es eine kreisförmige Linse, da alle Lichtpunkte auf denselben allgemeinen Bereich fokussiert werden müssen.

  6. Um Bilder zu erzeugen, die eine maximale Auflösung (Schärfe) erzielen, muss die Linsenoberfläche genau bis sehr hochgenau sein, damit das Objektiv die volle Auflösung liefert - kleine Bruchteile einer Wellenlänge des Lichts. Die Schleif- und Polierprozesse gewährleisten nur die Herstellung von Linsen mit der gewünschten Genauigkeit für runde Linsen; Es ist äußerst schwierig, aber nicht unmöglich, diese Genauigkeit für andere Formen zu erreichen.

  7. Die am meisten erwünschten Eigenschaften einer Linse sind ihre Fähigkeit, scharfe Bilder ohne Artefakte zu bilden, und Licht, das Energie insbesondere bei schwachem Licht sammelt. Diese beiden Eigenschaften werden durch kreisförmige Linsen maximiert; nur jemand, der die Optiktheorie nicht kennt, würde versuchen, irgendeine andere Form zu entwerfen.

Anonymous
Nur ein Problem: Linsenelemente müssen sich niemals "drehen" (es sei denn, sie führen absichtlich Astigmatismus ein). Es kann billiger sein, sie rotieren zu lassen, aber ich besitze nie ein Objektiv, das nicht auf einem geraden Pfad nicht nur auf einer geraden Linie, sondern auch auf einer Positionierungsnocke für bewegliche Elemente sitzt.

Christian
Natürlich würden die Gründe 1, 3 und 6 einen Hersteller nicht davon abhalten, eine runde Linse herzustellen und dann die Teile abzuschneiden, die Licht fokussieren, das ohnehin nicht auf den Sensor trifft, um Gewicht zu sparen. Für eine lange Primzahl bleiben wirklich nur die Gründe 5 und 7 übrig und vielleicht könnten sie etwas genauer erklärt werden (mehr als "es ist nur so, weil ... Optik").

mattdm
Ja, ist gerne mehr über die Optik zu hören - nehmen wir an, dass wir "keine Ahnung von optischer Theorie" haben, denn das ist die entscheidende Frage.

Akash
Ich denke, eine andere Sache wäre, dass eine präzise Ausrichtung auf den Sensor eine rechteckige Linse funktioniert. Im Falle einer kreisförmigen Linse nicht erforderlich, da nur die Mitte übereinstimmen muss, nicht die Rotation

Anonymous
Dies ist eine vollständige Nicht-Antwort. Fast jeder einzelne Punkt ist entweder bedeutungslos oder erklärt eigentlich nichts. Was bedeutet 3? Basieren 1 und 4 auf einer Verwechslung von runden Linsen und sphärischer Optik? Warum ist es einfacher und billiger, sphärische Linsen herzustellen? Warum sind die Schleif- und Polierprozesse nur für runde Linsen gewährleistet? Was bedeutet es zu sagen, dass runde Linsen "eine bessere und breitere Perspektive geben"? Dies scheint zunächst eine vernünftige Antwort zu sein, aber sobald Sie die Wörter gelesen haben, ist es klar, dass es nur Geschwister sind, die darauf ausgelegt sind, "richtig zu klingen".

floqui

Ein komischer Punkt ist, dass die Form der Öffnung (also der Linse) die scheinbare Form einer unscharfen Lichtquelle (oft "Bokeh" genannt) beeinflusst. Sie können sehen, dass die benutzerdefinierten Bokeh Bilder ( http://www.wikihow.com/Make-a-Custom-Bokeh ).

Jez'r 570
+1 für das Teilen "Wie man ein kundenspezifisches Bokeh macht": D danke!

mattdm
Aber ebenso wie man eine quadratische oder sternförmige Öffnung in einer runden Linse haben kann, könnte man eine quadratische Linse mit einer runden Öffnung haben.

Michael Clark
@mattdm Dann müsste die quadratische Linse groß genug sein, um den Kreis der aktuellen Linse in das Quadrat einzuschließen - so machen Sie jetzt eine größere, schwerere, teurere (in Bezug auf Rohmaterialien und Herstellungsprozesse) Linse. Wenn nicht, würde die Form der Linse als eine sekundäre Öffnung wirken, genau wie bei einigen Linsen die Blendenlamellen überhaupt nicht in dem Lichtweg sind, wenn die Linse weit geöffnet ist.

floqui
Und ich denke, dass es schwieriger ist, Armband mit quadratischen Linsen zu machen ... ( store.miles-miles.com/products )

Michael Nielsen
Ein Vorteil dieser rechteckigen Objektive wäre, dass sie nur 4-flügelig sein müssen, sogar die L-Objektive und die Carl Zeiss-Objektive. Flo: Warum sind diese Armbänder so verdammt teuer? Ich könnte mir vorstellen, dass eine Linse meiner Kaffeetasse entspricht, aber es ist albern teuer ...

Olin Lathrop

Ein weiterer Grund: Die Lichtaufnahmefähigkeit wird weitgehend von der Fläche bestimmt, während ein Teil der optischen Qualität mit der maximalen Abmessung abnimmt (oder es ist teurer, auf das gleiche Niveau zu korrigieren). Ein Kreis minimiert die maximale Dimension für einen bestimmten Bereich.

Trotzdem sind die Bedenken in der Produktion der Hauptgrund. Glücklicherweise ist eine kreisförmige Linse, was Sie aus anderen Gründen sowieso wollen.

Rex Kerr
+1 - Dies ist die einzige richtige, aber kurze Antwort!

Michael Nielsen
das ist, was ich mit "Kompaktheit" meinte

Tom Anderson
Eine kreisförmige Linse sammelt das meiste Licht für eine gegebene maximale Dimension, aber es sammelt ziemlich viel davon auf Teile der Bildebene, die nicht auf dem Sensor sind!

Michael Nielsen
Es sammelt mehr auf der Bildebene als wenn Sie es zugeschnitten würde.

Olin Lathrop
@ Tom: Nicht wirklich. Das gesamte Licht, das von einem Punkt in der Szene, die im Bild endet, auf das Objektiv trifft, wird zum Erstellen des Bildes verwendet. Das gilt unabhängig von der Linsenform.

bla

Nun, Linsen sind nicht immer "rund" in der Form. Das hat aber nichts mit Fotografie zu tun. Hier sind einige Beispiele:

  1. Zylindrische Linsen sind sehr nützlich für einige Anwendungen von 1-D-Kameras und Astigmatismuskorrektur sowie Strahlformung.

  2. Fresnel-Linsen , können in vielen Formen kommen, und werden zum Fokussieren von Licht mit Twist verwendet. siehe zum Beispiel: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnifying-fresnel- lens.jpg

Es gibt mehrere esoterische Arten von Linsen ( Linsenarrays , Kinoform-Linsen , etc ..) Aber was zu beachten ist, ist, dass eine Linse verwendet wird, um Licht zu beugen, und es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun mit "diffraktiven" Optik oder herkömmliches glasähnliches Material. Der Grund für das Design ist in der Regel Funktionalität und Produktionskosten.

Michael Nielsen
Ich bin mir ziemlich sicher, dass das OP Kameraobjektive bedeutet, keine Objektive.

Ben Crowell

Nehmen wir an, Sie verwenden eher eine rechteckige als eine zylindrische Linse. Zunächst einmal spielt die Form der Linse keine Rolle, es sei denn, Sie haben die Öffnung vollständig geöffnet. Bei einer langsameren Einstellung wird die ungefähr kreisförmige Form des Diaphrams der bestimmende Faktor sein. Unter der Annahme, dass Sie die Öffnung vollständig geöffnet haben, wird der Haupteffekt wie folgt aussehen. Sie werden eine gewisse Tiefenschärfe haben. Wenn sich der Objektpunkt A in der korrekten Entfernung befindet, um ein punktartiges Bild zu erzeugen, dann ist dieser Punkt immer noch ein Punkt, unabhängig von der rechteckigen Form der Linse. Wenn jedoch Objektpunkt B eine andere Entfernung hat, erhalten wir eine Unschärfe als Bild dieses Punktes. Die Unschärfe tritt auf, weil ein Bündel von Lichtstrahlen vorhanden ist und das Bündel eine endliche Größe hat, wo es den Film oder Chip schneidet. Da die Linse rechteckig ist, ist dieses Bündel pyramidenförmig, und die Unschärfe wird eher eine rechteckige Unschärfe sein als die übliche kreisförmige. Nehmen wir zum Beispiel an, du fotografierst jemandes Gesicht mit einem Sternenhimmel im Hintergrund. Du konzentrierst dich auf das Gesicht. Die Sterne erscheinen als kleine unscharfe Rechtecke.

Bei sehr hohen Vergrößerungen (vielleicht mit einer sehr langen Linse, die effektiv ein kleines Teleskop ist), ist es möglich, dass Sie auch Beugungsmuster sehen. Nehmen Sie im Beispiel des Gesichts mit dem Sternenhintergrund an, dass wir den Fokus auf Unendlich ändern und das Gesicht unscharf stellen. Die Wellenoptik würde nun vorhersagen, dass (bei Abwesenheit von Aberrationen) das Beugungsmuster für einen Stern ein zentraler (Ordnung 0) Streifen wäre, der von einem Ring (erster Ordnung) umgeben wäre, wenn Sie eine kreisförmige Öffnung, aber eine rechteckige Öffnung verwenden würden würde ein anderes Muster geben (eher wie ein rechteckiges Raster aus Fransen). In der Praxis glaube ich nicht, dass eine Kamera jemals beugungsbegrenzt sein würde, wenn die Öffnung ganz offen ist. Die Beugung nimmt ab, wenn die Apertur breiter wird, während die strahlungsoptischen Aberrationen zunehmen, so dass die Aberration unter diesen Bedingungen die Beugung dominieren würde.

Michael Nielsen
Wenn Sie diese nicht verwenden, wird es nicht kreisförmig sein: wdjoyner.files.wordpress.com/2013/05/aperture_wikipedia.png

Ben Crowell
@MichaelNielsen: Meinst du, dass es nur ungefähr kreisförmig sein wird?

Michael Nielsen
Ja, das ist, was ich meine. Normalerweise möchten Sie weit öffnen, um perfekte Kreise zu erhalten, die Sie nur dann erhalten, wenn Sie ein wirklich gutes Objektiv ohne sphärische Aberrationen haben.

Ben Crowell
OK, bearbeitet, um den Kommentar zu reflektieren. Vielen Dank.

kolja

Objektive wurden immer abgerundet hergestellt, weil sie dem Herstellungsprozess am besten entspricht. Wenn man sie quadratisch macht, würde man hinterher wenigstens sehr präzise schneiden, was sie sehr viel teurer machen würde. (Jedoch werden quadratische Linsen für einige spezielle Zwecke hergestellt)

Sie könnten fragen, warum der Sensor quadratisch und nicht rund ist?

Die Antwort darauf ist, dass unsere Bildschirme, Filme und letztendlich unser Fotopapier quadratisch sind. Wir brauchen keinen runden Sensor, wenn wir quadratische Fotos benötigen!


user1958722

Sicher ist der Punkt

  1. Um die gleiche "Operation" auf das Licht anzuwenden, das in irgendeiner Richtung einfällt, benötigen Sie eine zirkularsymmetrische Form, um die räumlichen Verhältnisse zwischen verschiedenen Punkten auf dem eingehenden Bild nicht zu verzerren

  2. Linsen zielen in der Regel darauf ab, Licht, das auf ihrer Oberfläche landet, auf einen einzigen Punkt zu konzentrieren. Dieser Punkt liegt zwar etwas hinter dem CMOS-Sensor einer Kamera, aber es ist das gleiche Prinzip, und die Physik schreibt vor, dass eine Linsenquerschnittsform dies erreicht. Wenn Sie es in allen Orientierungen wiederholen, drehen Sie sich um und erhalten eine flache Kuppelform, wie eine Linse

  3. Es ist ein ähnlicher Grund, warum Satellitenschüsseln gewölbt und nicht kastenförmig sind

aber es ist definitiv nicht, weil es einfacher herzustellen ist. Regentropfen und Glaskugeln haben einen Linseneffekt. Windows nicht. Würfel und Kästen aus lichtbrechendem Material haben diesen Effekt nicht.

Philip Kendall
Betreff : Punkt 3. Ist Ihnen der Squarial bekannt ?

Anon

Linsen müssen nicht rund sein. Schau dir die verschiedenen Formen an, in denen Brillenfassungen erscheinen.

Alle diese Linsen sind jedoch ein Schnitt, der aus einer Serienlinse geschnitten ist, die sphärische Oberflächen aufweist (wobei Linsen, die Astigmatismus korrigieren, für einen Moment ignoriert werden).

Und es gibt grundsätzlich die Antwort. Jede Art von Assymetrie würde Ihrer Kamera Astigmatismus geben: die Unfähigkeit, einen Punkt vertikal und horizontal zur gleichen Zeit in den Fokus zu bringen.

Ein Objektiv muss eine konsistente Fokussierung entlang jeder Rotationsachse bieten. Wenn zwei parallele Lichtstrahlen, die 1 cm voneinander entfernt sind, horizontal auf die Linse treffen, müssen sie im gleichen Abstand wie zwei parallele Strahlen fokussieren, die vertikal einen Zentimeter voneinander entfernt sind.

Michael Nielsen
und um ein Fotoobjektiv zu machen (was mit einer Linse gemeint ist), könnte man diese geschliffenen Linsen ohne Astigmatismus verwenden, und das ist die Frage: warum tun sie das nicht?

user22502

Abgesehen von der Erzeugung eines wirklich seltsamen Bokkeh würde eine rechteckige Linse auch die Vignettierung der Linse verschlechtern und eine asymmetrische Auflösung über den Bildbereich neben anderen negativen optischen Aberrationseffekten schaffen. Das Licht, das einen bestimmten Punkt auf dem Sensor trifft, kommt von einem breiten Schwaden Glas - das Licht, das eine Ecke des Sensors trifft, bewegte sich nicht ausschließlich durch den entsprechenden Eckbereich der Linsen auf dem Weg zum Sensor ( es sei denn, Sie wählen konsequent eine so kleine Apertur, dass die Beugung selbst die Bildqualität erheblich verschlechtert). Die Hersteller von Objektiven gehen sehr darauf ein, dass alles symmetrisch ist, um die Bildqualität zu gewährleisten, selbst wenn die Membran nicht beschädigt ist. Linsen mit geringer Qualität können einige Blendenflügel mit flachen Kanten haben, die eine sehr eckige Pentagon- oder Hexagon-Iris bilden ... dies kann einen messbaren negativen Effekt auf das MTF-Diagramm eines Objektivs (ein Maß für das Auflösungsvermögen einer Linse) selbst in der Mitte der Linse haben Bild. Bewegen Sie sich zu qualitativ besseren Linsen und Sie werden viel symmetrischere Blendenöffnung finden ... die Öffnungen an diesen höheren Ende Multi-Dollar-Linsen, die Canon und Nikon ausgegeben haben sehr runde Membranen - das ist nur die Blende ... tun Sie das an das Glas und du wirst das Image noch mehr verschlechtern. Die wahrhaft hochwertigen ($ 5-stelligen) Objektive in der Kinematografie sind kreisförmig. Linsenelemente. Dies ist alles für die Bildqualität im gesamten Bildbereich von Mitte zu Ecke. Unabhängig davon, ob der Sensor quadratisch, rechteckig, rund oder sogar sternförmig oder halbmondförmig ist, würde die Linse - zumindest eine wirklich gute - weiterhin symmetrisch (auch kreisförmig) sein. Ja, Herstellungsleichtigkeit / -kosten und strukturelle Bedenken würden durch die Herstellung von rechteckigen Linsen beeinträchtigt und kompliziert werden, aber die Bildqualität, weshalb Linsen kreisförmig sind.


Community

Es ist schwer zu erklären, ohne eine vollständige Erklärung der Quantenelektrodynamik zu liefern , aber das gesamte Licht, das den Sensor erreicht, "durchläuft" die gesamte Linse, zumindest in gewissem Sinne, selbst wenn wir nur über ein einzelnes Photon sprechen. Ein Photon braucht nicht nur einen Pfad (es sei denn, Sie machen den Fehler, herauszufinden, welchen Weg es genommen hat), es braucht alle möglichen Pfade . Seltsam, aber wahr.

Das bedeutet, dass das Entfernen von Glas von einer runden Linse, um ein kleineres Rechteck zu machen, kein "extra" Glas entfernt, das nicht verwendet wird, es würde tatsächlich Glas entfernen, das für die Bildgebung (und Lichtsammlung) verwendet wird. Aus demselben Grund würde das Hinzufügen von zusätzlichem Glas, um die Linse aus rein kosmetischen Gründen rechteckig zu machen, nicht nur viel zusätzliche Kosten mit sich bringen, sondern "zusätzliches" Glas würde nun auch zur Wahrscheinlichkeitsverteilung der Abbildung beitragen, also müsste es genauso genau sein gemacht und so gut korrigiert wie die kreisförmige Linse, die Sie verlängern. Wie ich hier erklärt habe , je größer (schneller) Sie ein Objektiv, desto mehr Korrektur wird benötigt, desto mehr Genauigkeit ist erforderlich, und desto mehr wird der Preis steigen.

Abgesehen davon würde das Bokeh (die Natur der unscharfen Bereiche, besonders die Highlights) wirklich sehr, sehr schlecht aussehen.

bla
das ist eine der unabhängigsten Antworten, die ich je gelesen habe. Ich bin promovierter Physiker und arbeite auf dem Gebiet der AMO-Physik (O steht für Optik). QED hat damit absolut nichts zu tun. Oder Sie können QED für fast jede Antwort auf physikalische Phänomene aufrufen! Linsen und ihre Technik werden von Quantenphänomenen nicht beeinflusst. Beeindruckend.

Anonymous
Falsch, ich fürchte, Leute. Tatsächlich beschreibt QED genau, warum die gesamte verwendbare Linse sogar auf dem Einzelphotonenniveau wichtig ist . Discount Quantenphänomene alles, was Sie wollen; Sie sind immer noch, was Optik treibt.

Philip Kendall
Sicher, aber das ist, weil alles auf kleinstem Maßstab Quant ist. Für mich ist die interessante Frage hier: "Kann klassische optische Theorie verwendet werden, um moderne Linsen zu entwerfen, oder müssen Sie Quanteneffekte berücksichtigen, um die Leistung moderner Linsen zu erhalten?" Wenn die Antwort auf diese Frage lautet "klassische optische Theorie ist genug", dann ist QED hier ein Ablenkungsmanöver.

BlueRaja - Danny Pflughoeft
@anaximander: Es stimmt, es bedeutet nicht, dass QED nicht mit den technischen Aspekten des Linsendesigns zusammenhängt, aber Tatsache ist, dass es nicht ist; Objektiv-Design-Überlegungen sind vollständig durch das Gebiet der Optik eingekapselt. Diese Antwort ist so, als würde man sagen, dass man, um Computerprogrammierer zu werden, die Quantenmechanik verstehen muss (was beschreibt, wie Transistoren funktionieren) . Es ist nur ein handverlesener Versuch zu sagen "es ist zu schwer zu verstehen", was wirklich "ich weiß es nicht" bedeutet .

Mark Lakata
Es ist unmöglich, QED so zu verwenden, wie es gelehrt wird (dh elektro-magnetische Wechselwirkungen, modelliert durch Einzelphotonen-Wechselwirkungen mit geladenen Teilchen), um den geometrischen Weg von Licht durch Glas zu beschreiben. Das Konzept, an das Sie denken, ist "Wellenmechanik" - ja, Quantenwellen und klassische optische Wellen verhalten sich mit ähnlicher Mathematik. Aber nur weil "Quanten" kühler klingt, bedeutet das nicht, dass Sie QED verwenden können, um Raytracing zu beschreiben. Disclaimer: ein weiterer promovierter Physiker

Michael Nielsen

Hier geht es um die umstrittene Idee, dass alle Teile der Bildfront für jedes Pixel Strahlen sammeln.

Diffuse Oberflächen senden Strahlen in jede Richtung, ziemlich unendlich viele Strahlen innerhalb des kleinen Bogens, der auf die Linse trifft. Diese Unendlich-Strahlen müssen von einer Punktquelle zu einem einzigen Pixel gerichtet sein. Das ist schwer zu machen, weshalb scharfe Objektive schwer zu finden sind. Dies ist eine andere Geschichte.

Ich schoss 3 Bilder weit offen und bedeckte dann die unbenutzten Teile mit einem geschnittenen Rechteck und nahm 3 weitere, und sah, dass der mittlere Teil 15% dunkler war, als ich den unbenutzten Teil bedeckte. das obere Bild ist das unbedeckte Bild und das untere Bild ist das Cover, und wie Sie sehen, ist das Cover nicht im Bild zu sehen, es macht das Bild nur 15% dunkler:

Vergleich

Es kann im einfachsten Modell der geometrischen Optik erklärt werden. Auf dem Objekt tritt eine diffuse Reflexion auf , die als mehrere Lichtstrahlen unterschiedlicher Helligkeit in allen Richtungen dargestellt werden kann. Ein größerer Linsendurchmesser (anstelle einer kleineren Rechteckform) kann zu einem helleren Bild führen.

Anonymous
Du arbeitest unter einer Täuschung. Hast du die Antworten auf die verwandte phy.SE Frage gelesen?

Stefan Bischof
@jwg Die diffuse Reflexion (zB Lambert) ist korrekt. Auch die Schlussfolgerung, alle Pixel auf dem Detektor zu beleuchten, ist richtig. Wie auch immer, es gibt keine Verbindung zwischen QED und Objektivdesign. Ich habe QED aus dem letzten Absatz entfernt.

Anonymous
Ich stimme zu, dass diffuse Reflexion existiert, ich stimme einfach nicht mit der Schlussfolgerung überein, dass Sie (beide) davon ausgehen.

Rob

F: "Warum sind Linsen rund, obwohl der Bildsensor nicht in der Form ist? Warum können sie nicht quadratisch sein oder etwas, das der Form des Bildsensors entspricht?".

A: Linsen und andere runde Objekte sind rund, weil es einfacher ist, sie zu drehen (ja, ich kenne das "Square Wheel Video" von Mythbusters). Eine runde Linse ist im Vergleich zu einer quadratischen Linse (wie eine Anamorphose) leichter zu schleifen. Es hat eine weniger große Dimension, um die man sich Sorgen machen muss (Erzeugen oder Ausrichten), oder im Falle einer perfekt quadratischen Linse hat es einen größeren Bildkreis.

Eine billige Linse kann in Massenproduktion durch Spritzgießen mit ausreichender Genauigkeit hergestellt werden, um eine billige Linse zu sein, so dass Linsen leicht jede Form von lang bis rund haben können.

Teures Glas ist genau das, teuer. Einige Kameras, die zur Erfassung von Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums verwendet werden, haben Linsen, die aus exotischen Materialien und nicht aus Glas bestehen und mit denen schwer zu arbeiten ist. Weniger Arbeit ohne Qualitätsverlust spart Geld.

Die meisten Sensoren (heute) sind rechteckig (16: 9), weil das menschliche Sehen von Seite zu Seite "arbeitet" und nicht auf und ab (früher war es so, dass es wenig zu sehen gab und unter euch war es nie weit weg) unsere Gehirne entwickelten sich auf diese Weise) - die Größe 16: 9 wurde als Standard gewählt, weil sie ein bevorzugtes "Breitbildformat" ergibt (ich weiß, dass es große Filme gibt, die breiter als 16: 9 sind und normalerweise Anamorphotische Linsen verwendet wurden).

Neben den einfachen und kostengünstigen Überlegungen zu runden Linsen haben wir den Square Sensor. Sensoren haben flache Kanten und sind nicht rund, weil es einfacher ist, sie gerade zu schneiden (und Sensoren werden nicht wie Linsen poliert).

Sensoren sind quadratisch, weil sie den runden Wafer, aus dem sie hergestellt sind, optimal nutzen. Wafer sind rund, weil sie von einem Ingot geschnitten werden. Barren sind röhrenförmig, weil sie so wachsen.

Um also alles kosten zu lassen, sind die Objektive rund und die Sensoren sind quadratisch (wie die einzelnen großen Sensoren, die im Weltraum verwendet werden, ein Sensor pro Wafer mit toten Pixeln abgebildet; genau wie zu Beginn der LCD-Bildschirme).

Aber es ist nicht schwer, rechteckige Sensoren (16: 9) zu schneiden, vorausgesetzt, Sie würden Ihren schönen super hochauflösenden, großen Pixel Sensor in kleine Stücke schneiden (weil die Leute nicht mehr als $ 100K für einen Sensor bezahlen wollen) es sei denn, sie sind die Regierung).

Also hacken sie die meisten Sensoren in eine 16: 9 Form mit einer kleineren Nummer, die auf 4: 3 gekürzt wird (weil diese Kameras teure Objektive haben) und die Leute im 16: 9 Format leben mit einer kleinen Vignettierung (gelegentlich viel) und verschwenden ein Teil des vergleichsweise preiswerten Glases, um ästhetisch gefällige Bilder zu erhalten (nur ein Quadrat oder Nerd will einen Sensor, der außerhalb des sichtbaren Spektrums arbeitet oder ein quadratisches Bild oder eine Matrix von Datenpunkten erzeugt).

Das 16: 9-Format ist einfach eine Erweiterung des 3: 2-Seitenverhältnisses von 35-mm-Filmen, aus denen die moderne Fotografie entstand, andere Formate kamen und gingen oder wurden nie populär, auch wenn sie "besser" waren (aber in manchen vielleicht sogar unerschwinglich) der größten Formate).

Grundsätzlich: Herkunft, Kosten, Qualität. Manchmal spielte auch der gesunde Menschenverstand eine Rolle.

Siehe auch: https://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Sensor_format_and_lens_size

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