렌즈는 항상 둥근 모양입니까?

이미지 센서가 아닌데 왜 렌즈 모양이 둥글습니까? 왜 정사각형이거나 이미지 센서의 모양과 일치 할 수없는 이유는 무엇입니까?

센서는 역사적으로 전통적인 형태의 이미지 미디어를 기반으로 전통적으로 직사각형입니다.

그러나 그것들을 직사각형으로 만드는 기술 / 비즈니스 결정도 있습니다. 센서는 반도체 제조 기술을 사용하여 만들어지기 때문에 직사각형입니다. 이들 기술은 다수의 센서 회로를 실리콘 웨이퍼 상에 "인쇄"하는 것을 요구한다. 오늘날이 웨이퍼는 직경이 300mm가 될 수 있으며 제조업체는 직경이 450mm를 향해 움직입니다 ( 여기 참조 ). 큰 웨이퍼에 많은 센서를 인쇄 할 수 있습니다.

센서는 웨이퍼에 바둑판 식으로 배열되어 사용 가능한 공간을 효율적으로 사용하고 "디"(또는이 경우 개별 센서)로 쉽게 분리 할 수 ​​있습니다. 이 과정을 다이 싱이라고합니다. 다이를위한 가장 비용 효율적인 형태는 직사각형입니다. 일반적으로 톱 또는 스크라이브는 웨이퍼를 직선으로 절단하는 데 사용됩니다. 다이 (이 경우 센서)가 둥글거나 (재료를 낭비하고 비용이 많이 드는) 6 각형 (재료를 효율적으로 사용하지만 절단이 웨이퍼 전체에 똑 바르지 않다)을 상상해보십시오. ( 자세한 내용은 여기를 참조하십시오. )

B) 고품질 유리로 만들어진 렌즈는 일반적으로 선반을 사용하여 연마됩니다. (이 비디오 에서 볼 수 있습니다 . 특히 7:00 분 표시를보십시오. 죄송합니다. 일본어로되어 있지만 비디오는 매우 흥미롭고 공개적입니다.) 원형 렌즈를 회전, 갈기 및 연마하는 것이 더 쉽습니다. 렌즈가 돌릴 때 공구에 걸리는 가장자리가 없기 때문에 이러한 기계. 또한 완성 된 렌즈에서 달성하려는 광학 대칭과 일치합니다.

둥글 지 않은 렌즈는 일반적으로 렌즈 어셈블리 생산에 비용을 추가하는 단계 인 라운드 렌즈에서 절단됩니다. 렌즈는 둥글 필요가 없습니다. 천국을 위해서, 대부분의 안경은 둥글 지 않습니다! 안경을 만들 때 렌즈 제조업체가 모든 모양의 안경 프레임에 렌즈를 비축하고 있지 않다는 것을 알아야합니다. 그는 프레임에 맞게 둥근 렌즈를 자르거나 갈고 있습니다.

렌즈 제조업체에 둥근 렌즈가 있으면 다른 모양으로 자르는 동기는 무엇입니까? 많은 사람들이 다양한 포럼에서 지적했듯이 렌즈 모양은 이미지 모양이나 품질 (가장자리로 인한 회절, 완화 될 수있는 회절 및 일부 2 차 수차 효과 등)을 결정하지 않으며, 대부분의 경우, 렌즈의 모든 점은 물체의 모든 점에서 빛을 모으고 각 점을 이미지 평면에 초점을 맞출 수 있습니다. 나는 렌즈의 모양을 바꾸는 것이 비용을 증가 시킨다는 것을 이미 지적했다. 실제로 모양을 바꾸는 실질적인 이유는 없습니다.

렌즈가 둥글게 제작되는 데는 여러 가지 이유가 있습니다.

1. 제조업체 측면에서 볼 때 구면 렌즈를 제조하는 것이 더 쉽고 저렴하며 매크로, 망원 등과 같은 고유 한 기능을 얻기 위해 다른 렌즈를 결합했을 때 보정하기가 더 쉽습니다.

2. 일반 사용자의 경우 대부분의 경우 원형 렌즈를 직사각형보다 회전하는 것이 더 편리하다는 데 동의합니다. 카메라 렌즈, 특히 줌 렌즈 내에서 일부 요소는 초점을 맞추거나 확대 / 축소 할 때 주로 회전 (저렴한 렌즈)으로 조정해야합니다. 수차와 회절 스파이크의 방향을 동시에 제어하려는 경우 비 원형 렌즈를 회전시키는 것은 까다로울 수 있습니다.

3. 평평한 것을 곡선으로 만드는 것은 둥근 곡선을 만드는 것보다 어렵습니다.

4. 광각 렌즈의 경우 구면 모양이 더 좋고 더 넓은 원근감을 제공합니다.

5. 다양한 거리의 빛에 초점을 맞추려면 모든 빛의 지점이 동일한 일반 영역에 초점을 맞춰야하므로 원형 렌즈가 필요합니다.

6. 최대 해상도 (선명도)를 달성하는 이미지를 생성하려면 렌즈 표면의 정밀도가 매우 높아야 만 렌즈의 전체 해상도 (작은 파장의 빛)를 얻을 수 있습니다. 연삭 및 연마 공정은 원형 렌즈에 대해 원하는 정확도의 렌즈를 제조하는 것만 보장된다; 다른 모양에 대해이 정확도를 달성하는 것은 불가능하지는 않지만 극히 어렵습니다.

7. 렌즈의 가장 바람직한 특성은 아티팩트없이 선명한 이미지를 형성하는 능력과 특히 희미한 조명에서 집광 능력입니다. 이러한 특성은 모두 원형 렌즈로 극대화됩니다. 광학 이론을 전혀 모르는 사람 만이 다른 모양을 디자인하려고 시도 할 것입니다.

한 가지 더 많은 이유 : 집광 기능은 면적에 따라 크게 좌우되는 반면, 일부 광학 품질은 최대 치수로 인해 저하됩니다 (또는 같은 수준으로 수정하는 데 비용이 많이 듭니다). 원은 특정 영역의 최대 치수를 최소화합니다.

그럼에도 불구하고 제조 문제는 가장 큰 이유입니다. 다행스럽게도 원형 렌즈는 다른 이유로 원하는 것입니다.

재미있는 점은 조리개 모양 (따라서 렌즈의 모양)이 초점이 맞지 않는 광원의 모양 ( "보케"라고도 함)에 영향을 미친다는 것입니다. 사용자 정의 보케 이미지 ( http://www.wikihow.com/Make-a-Custom-Bokeh ) 를 보면 알 수 있습니다 .

렌즈의 모양이 항상 "둥근" 것은 아닙니다 . 그러나 그것은 사진과 관련이 없습니다. 여기 몇 가지 예가 있어요.

1. 원통형 렌즈 는 빔 쉐이핑뿐만 아니라 1D 카메라 및 빔 비점 수차 보정의 일부 응용 분야에 매우 유용합니다.

2. 프레 넬 렌즈 는 다양한 형태로 제공되며 비틀림과 함께 빛의 초점을 맞추는 데 사용됩니다. 예를 참조하십시오 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnifying-fresnel-lens.jpg

몇 가지 난해한 렌즈 유형 ( 렌즈 릿 어레이 , 키노 폼 렌즈 등)이 있지만 렌즈를 사용하여 빛을 구부릴 수 있다는 점을 기억해야합니다. 탄두 유리 같은 재료. 디자인의 이유는 일반적으로 기능 및 생산 비용입니다.

원통형 렌즈 대신 직사각형 렌즈를 사용한다고 가정 해 봅시다. 우선, 렌즈의 형태는 문제가되지 않습니다 전혀조리개가 완전히 열려 있지 않으면; 느린 설정에서 다이어프램의 대략 원형은 결정 요인이됩니다. 조리개가 완전히 열려 있다고 가정하면 주요 효과는 다음과 같습니다. 피사계 심도는 일정합니다. 물체 점 A가 점과 같은 이미지를 생성하기 위해 올바른 거리에 있다면,이 점은 렌즈의 직사각형 모양에 관계없이 여전히 점입니다. 그러나 객체 지점 B가 다른 거리에 있으면 해당 지점의 이미지로 흐림이 발생합니다. 블러는 광선 묶음이 있기 때문에 발생하며 묶음은 필름 또는 칩과 교차하는 유한 한 크기를 갖습니다. 렌즈가 직사각형이기 때문에이 묶음은 피라미드 형이며 흐림은 일반적인 원형이 아닌 직사각형 흐림입니다. 예를 들어 누군가를 촬영한다고 가정 해 봅시다. 별이 빛나는 하늘을 배경으로 얼굴. 당신은 얼굴에 집중합니다. 별은 작은 퍼지 사각형으로 나타납니다.

매우 높은 배율 (효과적으로 작은 망원경 인 매우 긴 렌즈 일 경우)에서 회절 패턴을 볼 수도 있습니다. 별이 빛나는 배경을 가진 얼굴의 예에서, 초점을 무한대로 바꾸고 얼굴을 초점에서 벗어난 것으로 가정하십시오. 이제 파동 광학은 (수차가 없을 때) 별의 회절 패턴이 원형 조리개를 사용했지만 직사각형 조리개를 사용하는 경우 링 (1 차 프린지)으로 둘러싸인 중앙 (차수 0) 프린지가 될 것으로 예측합니다. 다른 패턴을 줄 것입니다 (프린지의 직사각형 그리드와 유사). 실제로, 조리개가 완전히 열리면 카메라가 회절 제한 될 것이라고 생각하지 않습니다. 조리개가 넓어 질수록 회절이 감소하고 광선 광학 수차가 증가하면

렌즈는 제조 공정에 가장 적합하기 때문에 항상 둥글게 제작되었습니다. 그것들을 정사각형으로 만들면 나중에 최소한 매우 정밀한 절단이 필요하므로 훨씬 비쌉니다. (그러나 특정 목적을 위해 사각 렌즈가 생산되고 있습니다)

왜 센서가 둥근 것이 아니라 사각형인지 물어볼 수 있습니까?

이에 대한 대답은 스크린, 필름 및 결국 인화지 모양이 정사각형이라는 것입니다. 정사각형 사진이 필요한 경우 원형 센서가 필요하지 않습니다!

분명히 요점은

1. 모든 방향에서 들어오는 빛에 동일한 '작동'을 적용하려면 들어오는 이미지의 다른 점 사이의 공간 비율을 왜곡하지 않도록 원형 대칭 모양이 필요합니다.

2. 렌즈는 일반적으로 표면에 빛의 착륙을 단일 지점으로 집중시키는 것을 목표로합니다. 이 점은 카메라에서 CMOS 센서의 '약간 뒤'이지만 동일한 원리와 물리학은 렌즈 단면 모양이이를 달성하도록 지시합니다. 모든 방향으로 반복하면 렌즈처럼 회전하여 평평한 돔 모양이됩니다.

3. 위성 접시가 돔 모양이고 상자 모양이 아닌 이유와 비슷한 이유입니다.

그러나 제조가 더 쉬워서 확실하지는 않습니다. 빗방울과 유리 공은 렌즈 효과가 있습니다. Windows는 그렇지 않습니다. 굴절 물질의 큐브와 상자는 그 효과가 없습니다.

렌즈는 둥글 지 않아도됩니다. 안경테가 나타나는 다양한 모양을보십시오.

그러나, 이들 렌즈는 모두 구면을 갖는 스톡 렌즈로부터 절단 된 단면이다 (비 점수차를 보정하는 렌즈는 잠시 무시).

그리고 기본적으로 답이 있습니다. 어떤 종류의 아 시메트리라도 카메라의 비 점수차를 제공합니다. 즉, 수직 및 수평으로 동시에 초점을 맞출 수 없습니다.

렌즈는 회전축을 따라 일관된 초점을 제공해야합니다. 수평으로 1cm 떨어진 두 개의 평행 광선이 렌즈에 닿으면 수직으로 1cm 떨어진 두 개의 평행 광선과 같은 거리에 초점을 맞춰야합니다.

정말 이상한 Bokkeh를 만드는 것 외에도 직사각형 렌즈는 렌즈의 비네팅을 악화시키고 다른 부정적인 광학 수차 효과 중에서 이미지 영역에 비대칭 해상도를 만듭니다. 센서의 특정 지점에 닿는 빛은 넓은 유리 덩어리에서 나왔습니다. 센서의 모서리에 닿는 빛은 렌즈 요소의 해당 모서리 영역을 통해 센서로가는 길을 독점적으로 통과하지 못했습니다 ( 회절 자체가 실질적으로 화질을 저하시키는 작은 조리개를 지속적으로 선택하지 않는 한). 렌즈 제조업체는 다이어프램을 포함하여 모든 것이 목적 이미지 품질에 대해 대칭이되도록 많은 노력을 기울이고 있습니다. 저품질 렌즈에는 모서리가 평평한 몇 개의 조리개 날이있어 매우 각진 오각형 또는 육각형 홍채를 만듭니다. 이는 이미지 중앙에서도 렌즈의 MTF 차트 (렌즈 분해능 측정 기준)에 상당히 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 더 나은 품질의 렌즈로 이동하면 훨씬 대칭 적으로 둥근 다이어프램 개구부를 찾을 수 있습니다 .Canon & Nikon이 내놓은 고급 멀티 천 달러 렌즈의 조리개에는 매우 둥근 다이어프램이 있습니다-조리개 일뿐입니다 ... 유리에 놓으면 이미지가 훨씬 더 많이 저하됩니다. 영화 촬영에서 진정한 하이 엔드 ($ 5 자리) 렌즈는 원형입니다. 렌즈 요소. 이것은 중앙에서 코너까지 전체 이미지 영역에 걸쳐 이미지 품질을위한 것입니다. 센서가 정사각형, 직사각형, 원형 ​​또는 별 또는 초승달 모양인지 여부에 관계없이 렌즈는 적어도 실제로 좋은 렌즈는 계속 대칭입니다 (일명 원형). 예,

양자 전기 역학 에 대한 완전한 설명을 시작하지 않고 설명하기는 어렵지만 , 센서에 도달하는 모든 빛 은 적어도 하나의 광자에 대해 이야기하고 있더라도 적어도 모든 의미에서 모든 렌즈를 통과 합니다. 광자는 하나의 경로 만 취하지 않으며 (어느 경로를 알아 내려고 실수하지 않는 한) 가능한 모든 경로를 취 합니다 . 이상하지만 사실입니다.

즉, 더 작은 사각형을 만들기 위해 둥근 렌즈에서 유리를 제거하면 사용되지 않는 "추가"유리가 제거되지 않고 이미징 (및 집광)에 사용되는 유리가 실제로 제거됩니다. 마찬가지로, 순수한 외관상의 이유로 렌즈를 직사각형으로 만들기 위해 유리를 추가하면 추가 비용이 많이들뿐만 아니라 "추가"유리도 이미징 확률 분포에 영향을 미치므로 정확도가 높아야합니다. 확장하는 원형 렌즈처럼 잘 보정되어 있습니다. 여기서 설명했듯이 렌즈를 더 크게 (빠르게) 만들수록 더 많은 수정이 필요하고 더 많은 정확도가 필요하며 가격이 더 많이 올라갑니다.

그럼에도 불구하고 보케 (초점 이외 영역의 특성, 특히 하이라이트)는 실제로 매우 나빠 보일 것입니다.

이것은 이미지 전면의 모든 부분이 모든 픽셀에 대해 광선을 수집한다는 논란의 여지가 있습니다.

확산 표면은 모든 방향으로 광선을 보내며, 작은 아크 내에서 렌즈에 부딪히는 거의 무한한 광선입니다. 이 무한대 광선은 점 소스에서 단일 픽셀로 향해야합니다. 이것은 어려운 일이므로 날카로운 렌즈를 찾기가 어렵습니다. 이것은 또 다른 이야기입니다.

3 장의 이미지를 크게 연 다음 잘라낸 종이 사각형으로 사용하지 않은 부품을 덮고 3 개를 더 사용했고, 사용하지 않은 부품을 덮을 때 중앙 부분이 15 % 어둡다는 것을 알았습니다. 상단 이미지는 노출되지 않은 이미지이고 아래 이미지는 노출 된 이미지이며 프레임에 커버링이 표시되지 않으면 이미지가 15 % 어두워집니다.

가장 간단한 기하 광학 모델에서 설명 할 수 있습니다. 물체 에는 모든 방향에서 다른 밝기의 여러 광선 으로 묘사 될 수있는 확산 반사 가 발생합니다 . 렌즈 직경이 크면 (직사각형이 더 작음) 사진이 더 밝아 질 수 있습니다.

Q : "이미지 센서가 없는데 왜 렌즈 모양이 둥글습니까? 왜 정사각형이나 이미지 센서 모양과 일치 할 수 없습니까?".

A : 렌즈와 다른 둥근 물체는 회전하기 쉽기 때문에 둥글습니다 (예, Mythbusters의 "Square Wheel Video"를 알고 있습니다). 원형 렌즈는 아나모픽과 같은 정사각형 렌즈에 비해 정밀하게 연마하기가 더 쉽습니다. 걱정할만한 크기가 하나 (생성 또는 정렬)이거나 완전히 정사각형 인 경우 더 큰 이미지 서클이 있습니다.

저렴한 렌즈는 저렴한 렌즈가되기에 충분한 정확도로 사출 성형으로 대량 생산할 수 있으므로 렌즈는 긴 모양에서 둥근 모양까지 쉽게 만들 수 있습니다.

비싼 유리는 비싸다. 가시 광선 스펙트럼 밖에서 빛을 포착하는 데 사용되는 일부 카메라에는 유리가 아닌 이국적인 재료로 만든 렌즈가있어 사용하기가 어렵습니다. 품질 손실없이 적은 작업으로 비용을 절감합니다.

대부분의 센서 (오늘)는 직사각형 (16 : 9)으로, 사람의 비전은 좌우로 움직이고 (수평선을 스캔) 위아래로 움직이지 않기 때문에 (위로 보거나 아래에서 멀리 볼 수 없었던 적이 없었기 때문에) 우리의 두뇌는 그런 방식으로 발전했습니다)-16 : 9 크기는 표준으로 선택되었습니다. 왜냐하면 선호하는 '와이드 스크린 형식'을 제공하기 때문입니다 (16 : 9보다 넓고 일반적으로 아나모픽 렌즈가 사용 된 훌륭한 필름이 있다는 것을 알고 있습니다).

원형 렌즈의 용이성과 비용 고려 사항과 함께 우리는 사각형 센서를 가지고 있습니다. 센서는 평평한 가장자리를 가지며 똑바로 자르기가 더 쉬우므로 둥글 지 않습니다 (센서는 렌즈처럼 연마되지 않습니다).

센서는 원형 웨이퍼를 최대한 활용하므로 정사각형입니다. 웨이퍼는 잉곳에서 얇아지기 때문에 둥글다. 잉곳은 관형이므로 그것이 자라는 방식입니다.

따라서 모든 비용을 최소로 유지하려면 렌즈가 둥글고 센서가 정사각형입니다 (공간에서 사용되는 거대한 센서 하나, LCD 화면 초기와 마찬가지로 웨이퍼 당 하나의 센서가 죽은 픽셀이 매핑 됨).

그러나 멋진 초 고해상도, 큰 픽셀, 센서를 작은 조각으로 자르기를 원한다고 가정하면 직사각형 센서 (16 : 9)를 자르기가 어렵지 않습니다 (사람들이 센서에 대해 100K 이상을 지불하고 싶지 않기 때문에) 그들이 정부가 아니라면).

그래서 그들은 대부분의 센서를 16 : 9 모양으로 자르고 작은 숫자는 4 : 3으로 자르고 (카메라에는 값 비싼 렌즈가 있기 때문에) 16 : 9 형식의 사람들은 약간의 비네팅 (가끔 많이)으로 생활하고 낭비합니다. 심미적으로 기분 좋은 모양의 이미지를 얻기 위해 비교적 저렴한 Glass의 일부 (정사각형 또는 대단한 사용자 만 가시 광선 스펙트럼 외부에서 작동하거나 정사각형 이미지 또는 데이터 포인트 매트릭스를 생성하는 센서를 원함).

16 : 9 형식은 현대 사진이 개발 한 35mm 필름의 3 : 2 종횡비를 단순히 확장 한 것입니다. 가장 큰 형식).

기본적으로 계보, 비용, 품질. 때로는 상식도 중요한 역할을했습니다.

참조 : https://ko.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Sensor_format_and_lens_size