¿Cuál es la forma del plano focal?

Esto es algo de lo que me acabo de dar cuenta de que no sé la respuesta del todo, así que voy a preguntar 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.

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

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

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

En teoría, podría construir una lente con un plano focal curvo; sin embargo, no creo que tales lentes existan. consulte: physics.stackexchange.com/q/81349/44080 En cuanto a la alteración del plano focal, las lentes de cambio de inclinación son una forma común en que se manipula. El plano focal sigue siendo un plano plano, pero la lente de cambio de inclinación le permite inclinar y girar el plano de enfoque con respecto al sensor. en.wikipedia.org/wiki/Tilt%E2%80%93shift_photography
@J... esto se está metiendo en el principio de Scheimpflug . También se relacionan los artículos de Leonard Evens . El enfoque de la cámara de vista y la profundidad de campo es el que recuerdo haber leído cuando aprendí a enfocar una cámara de vista.
Entiendo su pregunta, pero debe tenerse en cuenta que está haciendo un mal uso de los términos punto de enfoque y plano focal . El plano focal no es el plano de los objetos enfocados nítidamente, como se muestra en sus bocetos. Puede buscar en Google lo que realmente es, por ejemplo, en.wikipedia.org/wiki/Cardinal_point_(optics)#Focal_planes
@J...: Primero, la mayoría de las lentes (especialmente los ángulos amplios) 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 algunos lentes con campos curvados intencionalmente. Quizás el más inusual en este sentido es el Minolta 24/2.8 VFC , que permitía al usuario controlar su curvatura de campo.
@JerryCoffin Muy interesante, y sí, naturalmente, nada es perfecto, mi significado era ciertamente lentes diseñados para tener un plano focal deliberadamente curvo en lugar de uno diseñado para ser lo más plano posible . ¡Esa Minolta ciertamente califica!
@J... Sin corregir, todas las lentes demostrarían la curvatura del campo.
@MichaelClark Sí, por supuesto. Solo quise decir que sentía que era poco probable que existieran lentes fotográficos comerciales con una curvatura de campo diseñada deliberadamente (o significativamente sin corregir) (Jerry proporcionó un contraejemplo).
@J... También hay algunos otros. El Canon EF 85mm f/1.2 L II, por ejemplo. Cualquiera de las modernas lentes tipo "Petzval".
El problema de curvar el sensor es que cada vez que cambia la distancia focal, necesita un radio de curvatura diferente para el sensor.
@J... Como han dicho otros, los elementos de lentes no esféricas normalmente tienen una forma lenticular (o lenticular cóncava, si lo desea), por lo que, de forma predeterminada, todas las lentes de la cámara tienen una focal algo curva u ondulada (piense en una ondulación en un estanque) característica del plano. Muchas lentes tienen un plano focal bastante curvo, de ahí la noción de suavidad en las esquinas en aperturas amplias . La mayoría de los objetivos para retratos, por ejemplo, tienen una curvatura no corregida y, como resultado directo, sus imágenes se ven fabulosas.

Respuestas (5)

El efecto se llama curvatura de campo . Una buena discusión proviene 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 podía doblarse un poco para tratar de seguir el plano de la imagen y reducir el efecto, pero nuestros sensores de hoy son rígidos. Se puede reducir con el diseño de la lente.

Esta es la respuesta correcta. Agregaría que cualquier lente ideal de un solo elemento mostrará ese comportamiento, a menos que el efecto se compense con otra lente o una fórmula óptica no homogénea. En realidad, este es un factor que complica el diseño de buenos lentes y hay esperanzas de que al fabricar sensores flexibles controlables podamos usar lentes mucho más simples y mucho más compactos en el futuro.
La película también es gruesa en comparación con los pozos de un sensor.
Entonces, en resumen, las lentes "naturalmente" tienen un campo curvo, ¿y agregamos elementos de lentes adicionales para tratar de aplanarlo?
@MathematicalOrchid Sí. eso es basicamente correcto
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 lente macro dedicada podría diseñarse para tener el plano focal más plano en su distancia focal mínima.
En el otro extremo, las lentes de distancia focal larga enfocadas en el infinito tienen suficiente DoF y un radio de curvatura lo suficientemente grande como para que la curvatura ya no sea perceptible. Si el enfoque de una lente respira, de modo que las distancias de enfoque más cortas brindan un ángulo de visión más amplio que las distancias de enfoque más largas, es cuando comienza a tener problemas.
La curvatura de campo no necesariamente reduce la resolución, solo hace que la posición de enfoque necesaria para obtener los bordes de un gráfico de prueba plano sea lo más nítido posible, ya que puede ser ligeramente diferente de la posición de enfoque necesaria para obtener el centro del mismo gráfico de prueba tan nítido como puede ser.
@KevinKrumwiede También solo se puede optimizar para una sola longitud de onda de luz.

Una sola lente convergente con espesor real tiene un campo de enfoque curvo. La mayoría de las lentes que ofrecen 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 muy deseadas que aplanan 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 "aspecto" tomadas usando esas lentes exhiben. El Canon EF 85mm f/1.2 L II es uno de esos lentes.

¿Cuál es la forma del plano focal?

Una lente de un solo elemento con superficies normales usando fórmulas ópticas matemáticamente simples demostrará la curvatura del campo. Cuando se proyecta en un sensor/película plano, las distancias variables desde el centro de la lente hasta el centro frente a las esquinas del sensor provocarán la pérdida de enfoque en los bordes y en las esquinas si el centro está correctamente enfocado. Si se pudiera construir una película o un sensor de modo que todas las partes estuvieran equidistantes del centro óptico de la lente, todo estaría en el mismo enfoque. Dicho sensor cubriría la misma porción (expresada en grados angulares) de un arco de esfera que 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 simples de un solo elemento ofrecidos por los fabricantes y utilizados para la fotografía como se define dentro del alcance de photo.stackexchange.com. La forma del plano focal, más apropiadamente 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 mucho dependiendo de las decisiones tomadas por los diseñadores de lentes y la efectividad de su diseño.

Cuando se habla de la óptica de punto cardinal, se debe tener en cuenta que las lentes de espesor cero en realidad no existen. Son teóricos. Del artículo de wikipedia para el punto cardinal (óptica) :

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

Con una lente ópticamente perfecta, el plano focal es paralelo a su sensor y tiene la misma forma que él, es decir, en realidad es un plano. Con una lente de la vida real, supongo que puedes distorsionar un poco el plano, pero esencialmente seguirá siendo un plano. Tiene que ser así para la fotografía de paisajes en la que desea que toda la imagen esté enfocada al infinito al mismo tiempo, y es el caso de cualquier lente decente.

Tu primer diagrama es más correcto que el segundo. En el segundo diagrama, está ignorando 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 utiliza la técnica habitual de "enfocar y luego recomponer": al girar la cámara para recomponer, está moviendo el plano focal sin cambiar la distancia al sujeto y, de hecho, puede desenfocar el sujeto. Esto es especialmente cierto con una lente gran angular con una gran apertura.

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

Gracias. Entonces, al medir el dof, ¿a qué parte de la cámara se mide? ¿El sensor?
no entiendo la pregunta La cámara no "mide" el DoF. Es el resultado óptico de la apertura, distancia focal,...
+1 por las implicaciones para "enfocar y luego recomponer". Esa es una consecuencia sutil de la que no se suele dar cuenta.
Lo siento. Me refiero a dónde exactamente en la cámara se toman las medidas relacionadas con el enfoque: ¿es un punto en la lente, la apertura o el sensor?
@Pedr No estoy exactamente seguro de qué medida está solicitando, pero esta pregunta puede cubrirla: photo.stackexchange.com/questions/21668/…
La distancia de enfoque se mide desde el sujeto hasta el plano del sensor/película. Ver foto.stackexchange.com/questions/46329/…
Cuando un cálculo de DoF devuelve resultados tales como, distancia del sujeto: 10', límite cercano: 9,08", límite lejano: 11,1", todas esas distancias se miden desde el plano de la película/sensor que en fotografía (pero no en óptica como una rama de física) también se conoce como el plano focal. Para obtener más información, consulte photo.stackexchange.com/questions/45970/…

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.

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

Creo que un elemento que falta en las respuestas obviamente correctas dadas se conecta con la intuición incorrecta en la pregunta.

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

Esta pregunta podría tal vez 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.

Solo si se ha corregido la curvatura del campo de la lente. La mayoría de las lentes modernas han sido correctas, pero una lente delgada de un solo elemento con superficies regulares no lo ha sido.
¿Significa eso que una "lente delgada de un solo elemento con superficies regulares" tiene en la cara un plano focal esférico como resultado de que el foco está en un radio fijo de la lente , o es simplemente que dicha lente tiene alguna curvatura de campo debido? a las "imperfecciones"?
Radio fijo tanto delante como detrás. La única diferencia es el tamaño del radio en cada lado que se debe al índice de refracción de la lente. Si la lente convexa tiene la forma de 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 acerca al infinito, el DoF probablemente será tan grande que la curvatura ya no se notará.
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