Bagaimana cara aperture bekerja tanpa "memotong" gambar yang mengenai sensor?

Saya telah belajar sendiri berbagai pengaturan di kamera dan sekarang memiliki pemahaman yang lebih lengkap tentang cara menggunakan kamera saya secara efektif, tetapi satu hal masih mengganggu saya.

Ketika ukuran apertur diubah, apakah ada lensa lain yang bergerak untuk memfokuskan kembali berkas sinar ke ukuran bingkai penuh?

Yang saya maksud adalah, bagi saya, bukaan akan tampak seperti itu akan "memotong" gambar ke lingkaran yang lebih kecil dan lebih kecil (atau bentuk n-sided, lebih tepatnya). Sementara saya mengerti bahwa ini jelas berarti lebih sedikit cahaya, apakah ada sesuatu yang terjadi yang memfokuskan kembali bundel cahaya agar sesuai dengan seluruh sensor ketika disesuaikan?

Lensa tidak menyinari langsung, mereka memfokuskannya, jika Anda memaafkan penelusuran ray yang buruk:

Garis-garis hijau mewakili kerucut cahaya yang menyerang lensa dengan aperture sempit, merah adalah kerucut cahaya yang diizinkan oleh aperture lebar. Dalam hal ini Anda dapat membayangkan aperture langsung di depan atau langsung di belakang lensa (tidak ada banyak perbedaan dengan lensa sederhana) Terlepas dari aperture, cahayanya masih fokus ke titik yang sama.

Itu lensa yang sederhana, tetapi hal yang sama berlaku untuk lensa yang kompleks. Di situlah intuisi Anda tentang memotong (biasanya disebut vignetting dalam konteks ini) gambar ikut bermain: dalam lensa yang kompleks, aperture harus di lokasi yang sesuai. Penghalang di bagian lain lensa akan menyebabkan vignetting.

Saya baru-baru ini mencoba mencari tahu sendiri, dan menemukan pertanyaan ini. Saya tidak merasa jawaban yang diterima cukup lengkap, jadi inilah bidikan saya (tidak ada permainan kata pun!) :

Hal pertama yang harus dipahami adalah bahwa cahaya yang memantulkan satu titik pada suatu permukaan bukanlah satu berkas cahaya, tetapi banyak, yang datang pada banyak sudut berbeda dan memantul pada banyak sudut berbeda. Sebagian besar sinar ini tidak akan pernah mengenai lensa di kamera; Namun, ada yang melakukannya, dan akan difokuskan ke satu titik pada sensor gambar (dengan asumsi titik itu dalam fokus) .

Cahaya dari titik fokus melalui lensa

Jadi apa yang terjadi jika kita meletakkan aperture di belakang (atau di depan) lensa?

Bukaan di belakang lensa

Cahaya dari titik masih mengenai sensor gambar, sehingga masih akan muncul di gambar. Namun, kami sekarang hanya memiliki lebih sedikit cahaya dari titik itu mengenai sensor. Inilah sebabnya mengapa menggunakan aperture yang lebih kecil (atau lensa yang lebih kecil) membutuhkan waktu pencahayaan yang lebih lama; sensor membutuhkan waktu lebih lama untuk menyerap jumlah cahaya yang sama.

Jadi, jika membuat aperture lebih kecil memaksa Anda untuk menggunakan waktu bukaan yang lebih lama, apa gunanya memiliki aperture sama sekali? Mengurangi cahaya yang terbuka kadang-kadang bisa berguna (misalnya, itu adalah tujuan dari bola mata murid, yang persis analog dengan bukaan) , tetapi alasan utama untuk memiliki bukaan di kamera sebenarnya ada hubungannya dengan titik-titik yang keluar fokus.

Di luar titik fokus - terlalu jauh

Keluar dari titik fokus - terlalu dekat

Perhatikan bahwa, dalam kedua kasus, sinar cahaya semua datang dari satu titik, tetapi mereka tidak semua mengenai sensor gambar pada satu titik. Sebaliknya, mereka tersebar dalam lingkaran. Inilah yang menyebabkan titik-titik tidak fokus tampak buram dalam foto.

(Lingkaran ini kadang-kadang disebut Lingkaran Kebingungan . Kebetulan, ini juga menjelaskan mengapa titik tidak fokus yang lebih terang daripada titik sekitarnya muncul sebagai cakram bundar )

Jadi, apa yang terjadi ketika kita meletakkan aperture di belakang (atau di depan) lensa dalam hal ini?

Titik tidak fokus dengan aperture

Kita melihat sekali lagi bahwa lebih sedikit cahaya yang mengenai sensor, artinya kita akan membutuhkan pencahayaan yang lebih lama. Namun, sesuatu yang lain telah terjadi: lingkaran cahaya (dari titik kami) yang menyerang sensor menjadi lebih kecil. Ini akan menyebabkan titik muncul lebih fokus pada gambar akhir! Oleh karena itu, aperture yang lebih kecil akan meningkatkan kisaran kedalaman di mana objek muncul dalam fokus, yaitu. itu meningkatkan kedalaman bidang.

Dengan demikian, semakin besar aperture (atau lensa), semakin sedikit waktu pencahayaan yang Anda butuhkan (karena ada lebih banyak cahaya) , tetapi semakin dangkal kedalaman bidang Anda akan (karena cahaya dari tidak fokus) poin yang menyerang area yang lebih besar) . Sebaliknya, semakin kecil aperture (atau lensa) Anda, semakin besar kedalaman bidang Anda, tetapi semakin banyak waktu pencahayaan yang Anda perlukan.

Jika kita bisa mendapatkan aperture yang sangat kecil †, kita bisa memfokuskan semuanya dalam satu tembakan ... tapi kita membutuhkan waktu pencahayaan yang sangat lama, atau sensor yang sangat sensitif! Ini pada dasarnya bagaimana kamera lubang jarum bekerja.

^{† Yah, pembukaannya masih harus lebih besar dari panjang gelombang cahaya, tapi itu topik lain ...}

Saya membuat gambar di atas menggunakan alat luar biasa ini .

Mungkin membantu untuk memikirkan mata Anda. Mata Anda pada dasarnya adalah kamera, dan iris mata Anda berfungsi dengan baik, sama seperti iris pada lensa kamera Anda. Ketika Anda berjalan di luar pada hari yang cerah, iris Anda mengerut untuk mengurangi jumlah cahaya yang mengenai retina Anda, tetapi Anda masih memiliki bidang pandang yang sama - gambar tidak terpotong. Hal yang sama jelas terjadi pada lensa kamera Anda.

Alasan bahwa gambar tidak dipotong adalah bahwa sinar dari seluruh gambar jatuh pada seluruh permukaan lensa (apakah kamera atau mata Anda). Anda dapat membayangkan sebuah kerucut sinar meninggalkan setiap titik di bidang pandang, di mana ujung kerucut berada pada titik dan dasar kerucut adalah lensa. Iris mengurangi diameter pangkal kerucut itu, jadi ada sedikit cahaya, tetapi bagian dari kerucut tetap melewati iris dan difokuskan oleh lensa ke satu titik pada sensor (atau retina).

Tidak, tidak diperlukan pemfokusan ulang saat Anda mengubah apertur, dan apertur tidak memotong gambar.

Seperti yang mungkin Anda ketahui, gambar dicerminkan dan terbalik ketika menyentuh sensor. Gambar difokuskan ke satu titik di dalam lensa, dan keluar terbalik di sisi lain. Titik di mana semua sinar cahaya bertemu adalah bukaan, itu sebabnya gambar bisa melewati lubang kecil tanpa dipangkas.

Elemen lensa dalam sebuah lensa sebenarnya tidak diperlukan untuk menghasilkan gambar, hanya aperture yang dibutuhkan. Kamera lubang jarum tidak memiliki lensa sama sekali, hanya memiliki lubang kecil yang berfungsi sebagai aperture dan memproyeksikan gambar ke film.

Efeknya bernama camera obscura dan dari sinilah kamera mendapatkan namanya.