※ 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
: 因为网络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
: 然后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
然后再做一个光圈结构:
https://imgur.com/HWhYxNv
那么,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,焦点依然位于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。(至于为什么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...
然后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
: 然后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