¿Cuál es la forma del plano focal?

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Esto es algo de lo que me acabo de dar cuenta de que no conozco completamente la respuesta, así que voy a preguntarlo aquí porque creo que es interesante.

En la mayoría de los escritos no científicos sobre la profundidad de campo, los diagramas generalmente muestran la cámara y los sujetos como perfectamente paralelos, p. Ej.

Sin embargo, ¿es esta una representación más precisa del plano focal?

¿Hay formas de alterar ópticamente la forma del plano focal?

Nota: Obviamente, estos diagramas son bidimensionales, pero supongo que en el segundo diagrama la forma sería esférica con el sensor en el centro.

— Distracción
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Podría, en teoría, construir una lente con un plano focal curvo; sin embargo, no creo que existan tales lentes. ver: physics.stackexchange.com/q/81349/44080 En cuanto a la alteración del plano focal, las lentes tilt-shift son una forma común de manipular esto. El plano focal sigue siendo un plano, pero la lente de cambio de inclinación le permite inclinar y rotar el plano de enfoque con respecto al sensor. en.wikipedia.org/wiki/Tilt%E2%80%93shift_photography

— J ...

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@J ... esto se está metiendo en el principio Scheimpflug . También están relacionados los documentos de Leonard Evens . View Camera Focus and Depth of Field es la que recuerdo haber leído cuando aprendí a enfocar una cámara de visión.

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@J ...: Primero, la mayoría de las lentes (especialmente los ángulos grandes) exhiben al menos una pequeña curvatura de campo (pero generalmente mucho menos de lo que se muestra en el diagrama anterior). Aunque son bastante raros, hay algunas lentes con campos curvos intencionalmente. Quizás lo más inusual a este respecto es el Minolta 24 / 2.8 VFC , que permitió al usuario controlar su curvatura de campo.

— Jerry Coffin

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¡Curve el sensor! whatdigitalcamera.com/technology_guides/…

— Olivier

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@J ... Como han dicho otros, los elementos de lentes no asféricos normalmente tienen una forma lenticular (o lenticular cóncavo, si así lo desea), por lo que, por defecto, todas las lentes de cámara tienen un foco algo curvo u ondulado (piense en un estanque). plano característico. Muchas lentes tienen un plano focal bastante curvo, de ahí la noción de suavidad en las esquinas en aperturas amplias . La mayoría de las lentes para retratos, por ejemplo, tienen una curvatura sin corregir y sus imágenes se ven fabulosas como resultado directo.

— HamishKL

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El efecto se llama curvatura de campo . Una buena discusión viene de Nikon . Es una aberración de la lente que puede reducir la resolución de la lente cuando se combina con un sensor plano. En los viejos tiempos, la película se podía doblar un poco para tratar de seguir el plano de la imagen y reducir el efecto, pero hoy nuestros sensores son rígidos. Se puede reducir con el diseño de la lente.

— Ross Millikan
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Esta es la respuesta correcta. Agregaría que cualquier lente de elemento único ideal mostrará tal comportamiento, a menos que el efecto sea compensado por otra lente o una fórmula óptica no homogénea. Esto es en realidad un factor de complicación en el diseño de lentes buenos y hay esperanzas de que al hacer sensores flexibles controlables podamos usar lentes mucho más simples y mucho más compactos en el futuro.

— retrografía

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La película también es gruesa en comparación con los pozos de un sensor.

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Entonces, en resumen, ¿las lentes "naturalmente" tienen un campo curvo y agregamos elementos de lente adicionales para tratar de aplanarlo?

— MathematicalOrchid

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@MathematicalOrchid Sí. Eso es básicamente correcto

— Michael C

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Y dado que es probable que la corrección sea perfecta solo a una distancia focal, esa distancia puede optimizarse de manera diferente para diferentes tipos de lentes. Por ejemplo, una macro lente dedicada podría estar diseñada para tener el plano focal más plano a su distancia focal mínima.

— Kevin Krumwiede

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Una sola lente convergente con espesor real tiene un campo de enfoque curvo. La mayoría de las lentes ofrecidas por los fabricantes incluyen elementos correctivos para aplanar el campo de enfoque más cerca de un plano focal plano en un grado u otro. Hay algunas lentes bien conocidas y altamente deseadas conocidas por aplanar el plano focal particularmente bien: la serie Zeiss Planar, por ejemplo. También hay lentes conocidas y deseadas por no corregir parte o la totalidad de su curvatura de campo y las fotos de "mirar" tomadas con esas lentes exhiben. La Canon EF 85mm f / 1.2 L II es una de esas lentes.

¿Cuál es la forma del plano focal?

Una lente de elemento único con superficies normales usando fórmulas ópticas matemáticamente simples demostrará la curvatura del campo. Cuando se proyecta en un sensor / película plana, las distancias variables desde el centro de la lente hasta el centro frente a las esquinas del sensor causarán la pérdida de enfoque en los bordes y en las esquinas si el centro está enfocado correctamente. Si se pudiera construir una película o sensor de manera que todas las partes fueran equidistantes del centro óptico de la lente, todo estaría en el mismo foco. Tal sensor cubriría la misma porción (expresada en grados angulares) de un arco de una esfera como la cantidad de arco cubierto por la lente en el campo de visión de la cámara. El radio de curvatura variaría según el índice de refracción de la lente.

En la práctica moderna, hay pocos, si es que hay alguno, lentes de un solo elemento ofrecidos por los fabricantes y utilizados para fotografía tal como se define dentro del alcance de photo.stackexchange.com. La forma del plano focal, más propiamente llamado campo de enfoque, depende completamente del diseño de la lente. La aberración esférica / curvatura de campo puede dejarse totalmente sin corregir o puede corregirse en gran medida según las decisiones tomadas por los diseñadores de lentes y la efectividad de su diseño.

Cuando se habla de óptica de punto cardinal, se debe tener en cuenta que las lentes de espesor cero no existen realmente. Son teóricos. Del artículo de Wikipedia para Cardinal Point (óptica) :

El único sistema ideal que se ha logrado en la práctica es el espejo plano.

— Michael C
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Con una lente ópticamente perfecta, el plano focal es paralelo a su sensor y tiene la misma forma, es decir, en realidad es un plano. Con una lente de la vida real, supongo que puede obtener un poco de distorsión del plano, pero esencialmente seguirá siendo un plano. Tiene que ser así para la fotografía de paisajes donde desea que toda la imagen se enfoque al infinito al mismo tiempo, y es el caso de cualquier lente decente.

Su primer diagrama es más correcto que el segundo. En el segundo diagrama, está descuidando el hecho de que las esquinas de su sensor están más alejadas del centro óptico de su lente que el centro del sensor.

Esto es algo a tener en cuenta cuando se usa la técnica habitual de "enfocar y recomponer": al girar la cámara para recomponer, está moviendo el plano focal sin cambiar la distancia al sujeto, y de hecho puede desenfocar al sujeto. Esto es especialmente cierto con una lente gran angular en una gran apertura.

Consulte, por ejemplo, Cómo fotografiar sujetos en movimiento con Panasonic FZ 70/72 para obtener más detalles.

— Matthieu Moy
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Gracias. Entonces, al medir dof, ¿en qué parte de la cámara se realiza la medición? El sensor?

— Desvío

No entiendo la pregunta. El DoF no es "medido" por la cámara. Es el resultado óptico de la apertura, la distancia focal, ...

— Matthieu Moy

+1 para las implicaciones para "enfocar y recomponer". Esa es una consecuencia sutil que a menudo no se realiza.

— scottbb

Lo siento. Quiero decir, ¿dónde exactamente en la cámara están las mediciones relacionadas con el enfoque tomado? ¿Es un punto en la lente, la apertura o el sensor?

— Desvío

@Pedr No estoy exactamente seguro de qué medida está solicitando, pero esta pregunta puede cubrirlo: photo.stackexchange.com/questions/21668/…

— reconocedor

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La forma del plano focal depende de la fórmula óptica. En particular, el Zeiss Planar recibió su nombre por su plano focal particularmente plano que lo hizo bueno para la fotografía de libros, pero en general se parece más a su segundo dibujo.

— floqui
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Gracias por responder. Sería genial si pudiera ampliar su respuesta un poco, tal vez con referencias y ejemplos.

— Desvío

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Creo que un elemento faltante en las respuestas obvias, por lo demás correctas, se está conectando con la intuición incorrecta en la pregunta.

La intuición en la pregunta proviene (creo) no de alguna pregunta sobre la abberación de la lente, sino de un sentido erróneo de que el plano focal se basa en la distancia desde la lente.

Esta pregunta quizás podría parafrasearse como

"¿Las cosas que están nítidamente enfocadas están todas a una distancia específica de la lente? ¿Están todas situadas en una curva con el radio de la distancia focal?"

La respuesta es "no, no es así como funciona el enfoque". Como dijo Matthew Moy, el plano focal para una lente perfecta es un paralelo al sensor.

— GreenAsJade
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Solo si la lente ha sido corregida por la curvatura del campo. La mayoría de las lentes modernas han sido correctas, pero una lente delgada de un solo elemento con superficies regulares no lo ha sido.

— Michael C

¿Eso significa que una "lente delgada de un solo elemento con superficies regulares" tiene un plano focal esférico en la cara como resultado de que el foco está en un radio fijo de la lente , o es simplemente que dicha lente tiene cierta curvatura de campo debido a "imperfecciones"?

— GreenAsJade

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Radio fijo tanto delante como detrás. La única diferencia es el tamaño si el radio a cada lado se debe al índice de refracción de la lente. Si la lente convexa está conformada para tener un índice de refracción constante desde el centro hasta el borde, demostrará la curvatura del campo. A medida que la distancia de enfoque se aproxima al infinito, el DoF probablemente se volverá tan grande que la curvatura ya no se notará.

— Michael C