Cardinal point (optics)

空気中の厚いレンズの枢軸。
F、F’ 前後焦点、
P、P’ 前後主点、
V、V’ 前後面頂点。

光学系光軸上に枢軸は位置しています。 各点は、その点を通過する光線に光学系が与える影響によって定義される、パラキシャル近似である。 光軸近似では、光線は光軸に対して浅い角度で進むので、sin θ≈ θ {displaystyle \sin ╱θ approx ╱θ }となります。

SINTHETA THERE THERE APPROX THETA

and cos θ≈ 1 {displaystyle \cos \theta \approx 1} …

Costheta Approx 1

. アパーチャーの効果は無視される:システムのアパーチャーストップを通過しない光線は、以下の議論では考慮されない。

焦点面編集

以下も参照。 焦点(光学)、焦点距離

光学系の前焦点は、定義上、そこを通過する光線が光軸に平行に出てくるという特性をもっています。 光軸に平行に入射する光線は、後方の焦点位置を通過するように集光されます。

同じ角度で物体から出た光線は後方の焦点面で交差します。

前後の焦点面は、光軸に垂直な面であって、前後の焦点面を通る面と定義されます。 光学系から無限に遠い物体は、後焦点面に像を結ぶ。 有限距離の物体では、像は別の場所に形成されますが、物体を出た光線は互いに平行に後焦点面で交差します。

後焦点面に絞りがあるアングルフィルタ。

後側焦点面の絞りまたは「ストップ」を使用して、角度による光線濾過を行うことができます。 (無限に小さいアパーチャは、光軸に沿って放射された光線しか通しません。)

  • オブジェクトのどこから光線が来ても、オブジェクトから放射される角度が十分に小さい限り、光線はアパーチャを通過します。 焦点面に十分に小さな絞りを使用すると、レンズはテレセントリックになります。

    同様に、レンズの前焦点面(またはレンズ全体の中のレンズ群)に絞りを置くことによって、レンズの出力側の角度の許容範囲をフィルタリングすることが可能です。 これは、CCDセンサーを搭載したデジタル一眼レフカメラにとって重要なことです。 CCDセンサーの画素は、斜めに入射する光線よりも真正面に入射する光線に対して感度が高いのです。

    主面と点編集

    各種レンズ形状、主面の位置について。

    2つの主面は、レンズから出た光線がレンズの正面から見て、光線が前面の主面を横切ったように見えるのと同じ距離の軸から後面の主面を横切ったように見える性質を持っています。 つまり、レンズは主平面ですべての屈折が起こったものとして扱うことができ、ある主平面から他の主平面への線倍率は+1です。 主平面は光学特性を定義する上で非常に重要です。なぜなら、物体や像が前後の主平面からどの程度の距離にあるかによって、システムの倍率が決まるからです。 主点とは、主平面が光軸と交差する点です。

    光学系を取り巻く媒質の屈折率が1(例:空気や真空)の場合、主平面から対応する焦点までの距離は、ちょうどシステムの焦点距離となります。 より一般的なケースでは、焦点までの距離は焦点距離に媒質の屈折率を掛けたものになります。

    空気中の薄いレンズの場合、主平面は両方ともレンズの位置に存在することになります。 光軸と交差する点を、誤解を恐れずに言えば、レンズの光学中心と呼ぶことがある。

    結節点編集

    N, N’ 厚いレンズの前と後ろの結節点です。

    前後の節点は、一方に向けた光線がレンズによって屈折し、他方から来たように見え、光軸に対して同じ角度になる性質を持っている。 (節点間の角倍率は+1)したがって、主平面が横方向の距離に対して行うことを、節点が角度に対して行うことになる。

    写真撮影においてノーダルポイントは広く誤解されており、一般に光線は「ノーダルポイント」で「交差」し、レンズの虹彩絞りはそこにあり、パノラマ写真ではこの点が正しい支点で、パララックスエラーを避けるためだと主張されることがあります。 これらの主張は一般に、カメラレンズの光学系に関する混乱と、ノーダルポイントとシステムの他の基点との間の混乱から生じている。 (パノラマ撮影のためにカメラを回転させる点は、システムの入射瞳の中心であることを示すことができる)。

    Surface verticesEdit

    各光学面が光軸と交差する点をsurface verticesと呼びます。 この頂点が重要な理由は、主に光学素子の位置に関する物理的に測定可能なパラメータであるため、物理システムを記述するためには頂点に対して基点の位置が分かっていなければならないからである。

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