作者Furch (呼噜噜)
看板DSLR
标题Re: [问题] 光圈大小会不会影响视野大小?
时间Wed Jan 26 06:27:11 2022
※ 引述《oskens (摸鱼)》之铭言：
: 各位版友们好
: 因为要带孩子做科学探索研究
: 接续上次我在板上问到的光圈形状问题
: 我现在有一些新的问题想在这边求证看看
: 因为网路上查不太到明确的答案
: 就是这张图:
: https://i.imgur.com/0GjWTlK.jpg
: (我上了蓝色箭头，好奇视野边缘的光线是否会被光圈挡住)
: 我们知道光圈是控制进光亮的一个工具
: 光圈的大小可以决定非对焦物进入透镜散射的发散角度
: 从而控制打在感光元件上的光影模糊半径要多少
: 然後这边我就有个问题了
: 如果光圈变小 是不是理论上投影在感光元件上的讯号光线也会范围缩小?
: 不过这边我就有点卡卡的了
: 我知道针孔成像的洞大小并不会影响视野 但是相机是搭配凸透镜汇聚光线做成像
: 机制上复杂的多
当然不会XD
会有这样的困扰是因为误解了这个模型含义的缘故。在做理论分析的时候，我们会将变因减到最低来帮助理解，这个光学模型很常见也没有错，但是它并没有完全符合现实的状况。
我们先来重现这个问题：
https://imgur.com/VSJxPRg
左边是平行光源、中间是透镜，右边是感光元件
然後再做一个光圈结构：
https://imgur.com/HWhYxNv
那麽，周边的光线（高亮处）就被挡住无法成像了吗？
要记得的是，感光元件是一个面，而不是一个点，在感光元件的中央成像的，就会是实际上在中央的物体，反推回去在在边缘的物体，就会在感光元件的边缘成像。然而我们回去看上面这张用光圈遮蔽的范例，焦点依然位於中央且依然能够成像。
那边角的东西去哪了？
这就要说到这模型没有完全符合现实的部分：
「平行光」
绝大多数物体所发出的光线并不会完全直挺挺的全部以平行光的方式直射进镜头内，因此斜射光也是必须要考虑的因素。
因此实际状况是，在边角的光线还是能够以稍稍不同的入射角度，透过镜头的光学玻璃而成像：
https://imgur.com/eF39fco
透过这个模型也印证了我们上面提到的重点：
「在边角的物体就会在感光元件的边角成像」
因此你可以看到，有三个光源就会有三处成像，它们在感光元件上的位置也反映了它们的相对位置。（至於为什麽边角没有完全聚焦在一个点上，是因为球面像差的缘故）
如果还是卡在「不然被光圈挡住的光线去哪了？」的话，我们重新建立一个比较符合现实的模型：
「点光源」
https://imgur.com/JUv39bD
避免球面相差干扰判读，这次我们改用理想镜片来取代刚刚的球面镜。
你可以把这个点光源视作是一个物体，例如人、树、花草...
然後除了中央的物体之外，我们再增加左右两个边缘物体：
https://imgur.com/MMvx6O5
这时候感光元件上有三个成像对吧？
因为边缘两个成像就是你看到的边角画面
我们再重现刚刚做的事情，用光圈结构来挡住一部分光线：
https://imgur.com/ayWj61T
我们可以看到，在左右两边的边缘物体依然可以成像，同时，它们在感光元件上面的相对位置也没有任何改变。
确实感光元件接收到的光线变少了，所以它变得更暗了，但是边角并不会因此被光圈遮蔽，也依然可以成像。
因此得证，缩光圈是不会影响镜头视野的:P
: 我的想法是实际上光圈较小确实外面就要有一圈黑边
: 然後数位相机会自动撷取适当的放为做成像
: 但如果是传统相机好像就说不通了
: 希望能有高手解惑一下
当然，缩光圈不会有黑边，也不会撷取裁切
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 220.129.193.99 (台湾)
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/DSLR/M.1643149634.A.35C.html
1F：推 bmf3dy: Furch先推再看 01/26 06:52
2F：推 helixc: 好帅的图 01/26 06:59
3F：推 bassblacktea: 推 01/26 07:20
4F：推 lightao: 推Furch大 01/26 07:24
5F：推 gale27: 推图！ 01/26 07:27
6F：推 rifle3164: 长知识推 01/26 07:31
7F：推 rinkai: 以前理化有特别教过 01/26 08:18
8F：推 stonecold114: 推 01/26 08:18
9F：推 nocesst: 先推再看 01/26 08:27
10F：推 Jcat: 有图有推 01/26 08:38
11F：推 ddkkz2003: 推 01/26 08:51
12F：推 hkjeer: 推 01/26 08:58
13F：推 ABJones: 推 01/26 09:07
14F：推 sagaplus: 这图片说明太厉害了 01/26 09:09
15F：推 oskens: 请收下我的膝盖 01/26 09:31
16F：推 AnewMitch: 没有理由不推 01/26 09:41
17F：推 benage: 推 01/26 09:43
18F：推 ro08908181: 推拉 01/26 09:54
19F：推 sa228652: 请问画这个图片的工具 01/26 09:56
20F：推 ALIEYA: 推，我手机的画面都在颤抖...... 01/26 10:07
21F：推 willie28469: 看ptt长知识 01/26 10:12
22F：推 momokoshi: 推科学说明 01/26 10:13
23F：推 n25: 好厉害的专业文 01/26 11:04
24F：推 numoon: 文字说明就算了 有图片说明好扯 01/26 11:11
25F：推 l119thunder: 专业推 01/26 11:12
26F：推 airlow: 哇赛 01/26 11:23
27F：推 andy246667: 推 01/26 11:38
28F：推 xao2714: 推推 01/26 11:39
29F：推 Derp: 太专业了… 有够用心QQ 01/26 11:46
30F：推 BrightKiller: 真的是高手云集 01/26 11:51
31F：推 rl0711: 推 01/26 11:58
32F：推 JyJian: 推专业 01/26 12:04
33F：推 LoveBea: 推 01/26 12:08
34F：推 lightnomo: 推 01/26 12:14
35F：推 DeepDeepDive: 推 01/26 12:17
36F：推 eiki787: 推! 01/26 12:19
37F：推 BrokenYume: 推 01/26 12:23
38F：→ ariaaria: 推 01/26 12:24
39F：→ wizyu: 图好厉害..说文解字.XD 01/26 12:29
40F：推 fosa: 图是自己画的吗？真的是简单清楚，原原PO拿几这张图去教孩子 01/26 12:38
41F：→ fosa: 就很清楚了，顺便说明一下理想与现实的差别 01/26 12:38
42F：推 waa006: 推推 01/26 12:43
43F：推 PhilumniS: 好文必推 01/26 12:50
44F：推 kater89209: 冷冻 01/26 12:55
45F：→ kater89209: 猛 手机打错补推 01/26 12:56
46F：推 ray6031515: 推！ 01/26 13:05
47F：推 richard88502: 好怀念的国中理化 01/26 13:26
48F：推 adizero: 推！ 01/26 14:00
49F：推 GohHiong: 这个作图太强大 01/26 14:00
50F：推 randyj: 说理化有教过的大大们 年纪有50吗XD 01/26 14:02
51F：推 rinkai: 要看理化老师啦，有热情的就会讲很多 01/26 14:36
52F：推 BalaBalaDaBa: 太用心了，推 01/26 14:47
53F：推 dendrobium: 好强 01/26 14:49
54F：推 GodIronman: 高手在民间，涨知识了 01/26 15:01
55F：推 allan92068: 推专业 01/26 15:21
56F：推 PsMonkey: 我只是来挑相机的，结果被迫增加了物理知识 [欸] 01/26 15:34
57F：→ ckt1991: 专业文好强！ 01/26 16:03
58F：→ ckt1991: 推 01/26 16:04
59F：推 Jetboy: 这我念到大学才有老师教耶！ 01/26 16:10
60F：推 ISNAKHMEBZ0: 推 01/26 16:40
61F：推 a06380802: 只能推 01/26 17:12
62F：推 amurorei: 优质好文 01/26 17:36
63F：推 ayu315: 推 01/26 17:39
64F：推 ferrinatice: 推 01/26 17:49
65F：推 bopanda: 推 01/26 17:53
66F：推 michaelx5: 推推 浅显易懂 01/26 19:02
67F：推 ferrinatice: Furch大是否可以顺便解释一下为什麽缩光圈，暗角的状 01/26 19:32
68F：→ ferrinatice: 况会纾解 01/26 19:32
如果是边角失光的状况，要用一个镜组的概念去理解，
举例来说，这是一个经过球面像差校正过的
Planar 结构镜头：
https://imgur.com/R3R1wTE
在一个点光源的状况下，
这颗镜头能够正常成像：
https://imgur.com/NmmkW5w
如果我们把点光源移至画面边缘，
这时候虽然依然能够成像，
但感光元件接收到的光线（图中的线段）明显变少了：
https://imgur.com/dSkaMYm
中央与边角并列比较会更明显：
https://imgur.com/rtn2Iq0
局部放大比较看看：
https://imgur.com/07gByYq
以量化数据来看，在这个例子中，
感光元件总共从画面中央的被摄物接收到 12 个线段，
但在画面边缘的被摄物则只收到 4 个线段。
若不考虑其他因素，
这边缘目标的亮度总共暗了约 1又1/2 EV，
那麽理论上边角失光的程度就是 -1.5EV。
至於为什麽缩光圈会缓解边角失光呢？
如果我们在镜组中央加入光圈结构的话：
https://imgur.com/MoAMqAe
这时候中央的线段是 6，边角则维持 4
虽然边角失光的状况仍在，但失光程度则只有 1/3EV
而如果再缩小光圈的话，
就可以让中央和边角的曝光值达到几乎相同的程度。
另外，如果把光圈移到镜尾的话，
会发现它反而会遮蔽边角光线，边角失光可能会更严重：
https://imgur.com/9vxGHYx
这也是为什麽光圈结构必须放在镜组中间的原因之一。
69F：推 bifk42: 推 01/26 20:59
70F：推 canandmap: 推专业解说! 01/26 21:07
71F：推 randyj: 大光圈 中心光轴更亮 边角光线夹角会更大 相对边角光线较 01/26 21:38
72F：→ randyj: 暗 缩光圈是中心通光更平均 所以没暗角 01/26 21:38
73F：→ randyj: furth大您回在上面 看起来很像您讲完我才马後炮XD 01/26 21:51
74F：推 Ccsteeker: 推用心文 01/26 21:58
※ 编辑: Furch (220.129.193.99 台湾), 01/26/2022 22:12:32
75F：推 oskens: 可以请问一下话这个图的软体吗？大大 01/26 22:36
76F：推 oskens: 啊我找到了 还是感谢你花时间介绍跟制图orz 01/26 22:42
77F：推 zx19908072: 推，好文！ 01/26 23:10
78F：推 glad850: 只有我的手机看到Moire pattern吗？另外请问一下这是用 01/26 23:16
79F：→ glad850: 哪一套软体画的？很厉害 01/26 23:16
80F：推 nayc: 请收下小弟的膝盖～ 01/26 23:23
82F：推 abccat0520: 推好文 01/27 03:52
83F：推 ferrinatice: 再推一次 01/27 03:55
84F：推 abccat0520: 收藏起来～ 01/27 03:56
85F：推 ahometsai: 跪着看 01/27 04:56
86F：推 milkBK: 实验室里真的什麽都有呢 01/27 07:44
87F：推 abscented: push! 01/27 08:30
88F：推 windsoul0312: 欸不是也太专业了吧 太强啦 01/27 09:52
89F：推 Subliminal: 推 01/27 10:28
90F：推 fhill12: 推 01/27 12:24
91F：推 joverKJ: 先推了.. 01/27 13:46
92F：推 polarfox: 靠腰这也太猛 01/27 14:07
93F：推 rickyfan: 好文不推不行 01/27 15:39
94F：推 bassblacktea: 经典好文 01/27 15:40
95F：推 kiminbrush: 强 01/27 18:16
96F：推 wross: 赶快推 不然被发现我看不懂 01/27 19:41
97F：推 qo6m3: 专业推 01/27 21:09
98F：推 afteryoudie: 推 01/27 21:27
99F：推 wasitora: 喔喔喔优文 01/27 23:20
100F：推 willie28469: 看到优质回覆 再推一次 01/27 23:30
101F：推 csdido: 长知识推~ 01/28 08:58
102F：推 corey924: 用心说明的好文～ 01/28 14:18
103F：推 MusicD: 图解清晰 01/28 17:22
104F：推 windsinsky29: 好文推 01/29 00:37
105F：推 akito: 推 01/29 06:17
106F：推 soarling: 这篇不推不行 01/29 12:13
107F：推 glad850: 感谢osken 01/29 20:42
108F：推 BIGP: 这篇太赞了 01/29 22:28
109F：推 rx119tw: 推 长知识 01/29 22:41
110F：推 NANX: 推m(_ _)m 01/30 00:53
111F：推 canandmap: 推爆 01/30 01:10
112F：推 gpgxj1221: 推 01/30 05:47
113F：推 fahrenheit01: 好强 01/30 20:07
114F：推 mrnegativetw: 这篇猛 01/31 17:38
115F：推 RickyWdrUm: 推推 02/01 17:50
116F：推 happybird119: 好久没回来就看到如此扎实的教学，推爆 02/01 20:25
117F：推 petingo: 酷 02/02 15:41
118F：推 ss50661: 太赞了 02/02 20:45
119F：推 visa829: 大推说明 很好理解 02/04 08:57
120F：推 bbsbug: 推推 没推人家说我不懂 XD 02/04 20:15
121F：推 benny5318: 想不到会在ptt上复习了几何光学 02/06 10:08
122F：推 orzno: 推 02/06 11:32
123F：推 redhen0857: 总...总之先推! 02/10 17:05
124F：推 sjuujs2000: 推 02/13 12:52