Sensorer är rektangulära av tradition, baserat på bildmediets historiskt traditionella form.

Men det finns ett teknik / affärsbeslut som driver dem att vara rektangulära också. Sensorer är rektangulära eftersom de är gjorda med hjälp av halvledartillverkningstekniker. Dessa tekniker kräver "utskrift" av flera sensorkretsar på en kiselskiva. Idag kan dessa skivor ha en diameter på 300 mm och tillverkarna går mot en diameter på 450 mm ( se här). Många sensorer kan skrivas ut på skivor som är så stora.

Sensorer är kaklade på skivan för att effektivt utnyttja det tillgängliga utrymmet och på ett sätt som gör dem enkla att skära isär i "formar" (eller individen sensorer, i detta fall). Processen kallas tärning. Den mest kostnadseffektiva formen för matriser är rektangulär. Vanligtvis används en såg eller skrivare för att skära skivorna i raka linjer. Tänk om matriserna (sensorer i det här fallet) skulle vara runda (en slösaktig och kostsam användning av materialet) eller sexkantiga (effektiv användning av materialet men skärningarna är inte raka över hela rånet). ( Se här för mer info.)

B) Linser av glas av hög kvalitet slipas vanligtvis med svarvar. (Detta kan ses i den här videon. Titta särskilt runt klockan 7:00. Tyvärr är det på japanska, men videon är väldigt fascinerande och avslöjande.) och polera en rund lins i dessa maskiner eftersom det inte finns några kanter att fånga på verktyget när linsen snurrar runt. Det överensstämmer också med den optiska symmetri som de försöker uppnå i den färdiga linsen.

Linser som inte är runda skulle i allmänhet skäras från runda linser, ett steg som ökar kostnaden för produktionen av linsenheten. Linser behöver inte vara runda. För himmelens skull är de flesta glasögon inte runda! När dina glasögon är gjorda måste du vara medveten om att objektivtillverkaren inte har en lins för varje form av glasögonram. Han skär eller slipar runda linser för att passa ramen.

När linstillverkaren har sina runda linser, vad skulle motivera honom att klippa den i en annan form? Som många har påpekat i olika forum bestämmer inte linsformen bildens form eller kvalitet (bortsett från diffraktion orsakad av kanter, som kan mildras, och några andra ordens aberrationseffekter, kanske), och för det mesta, varje punkt på linsen kan samla ljus från varje punkt på objektet och fokusera varje punkt på bildplanet. Jag har redan påpekat att det kostar att ändra linsformen. Det finns verkligen ingen praktisk anledning (i allmänhet) för att ändra form.

Det finns många anledningar till att en lins produceras runt:

1. Från tillverkarens sida är det enklare och billigare att tillverka sfäriska linser och lättare att kalibrera när du kombinerade olika objektiv för att uppnå en unik funktion, t.ex. makro, tele osv ...

2. För de allmänna användarna är de flesta av oss definitivt överens om att säga att det är bekvämare att rotera cirkulär lins än rektangulär. Inuti kameralinser, särskilt zoomlinser, måste vissa element justeras mest genom att rotera (billigare linser) när du fokuserar eller zoomar in dem. Att rotera en icke-cirkulär lins kommer att bli knepig om du också försöker kontrollera orienteringen av avvikelserna och diffraktionspikarna samtidigt.

3. Försöker kurva något platt är svårare än att göra en kurva av något runt.

4. För vidvinkellinserna har den sfärisk form för att ge bättre och bredare perspektiv.

5. För att fokusera på ljus med varierande avstånd krävs en cirkulär lins eftersom alla ljuspunkter måste fokuseras på samma allmänna område.

6. För att producera bilder för att uppnå maximal upplösning (skärpa) måste linsytan vara exakt till mycket hög precision för att linsen ska ge full upplösning - små fraktioner av en våglängd på ljuset. Slip- och poleringsprocesserna är endast säkra på att producera linser med önskad noggrannhet för cirkulära linser; det är extremt svårt men inte omöjligt att uppnå denna noggrannhet för andra former.

7. De mest önskvärda egenskaperna hos en lins är dess förmåga att bilda skarpa bilder utan artefakter, och lätt samlingseffekt särskilt i svag belysning. Båda dessa egenskaper maximeras av cirkulära linser; bara någon som är helt okunnig om optikteori skulle försöka utforma någon annan form.

Ytterligare en anledning: Ljussamlingsförmågan styrs till stor del av området, medan en del av den optiska kvaliteten går ner (eller det är dyrare att korrigera till samma nivå) med den maximala dimensionen. En cirkel minimerar den maximala dimensionen för ett visst område.

Trots det är tillverkningsproblem den viktigaste anledningen. Lyckligtvis är en cirkulär lins det du vill ha av andra skäl ändå.

En rolig punkt är att bländarens (sålunda linsens) form påverkar den synliga formen på en ljuskälla som inte är i fokus (ofta kallad "bokeh"). Du kan se att titta på de anpassade bokeh-bilderna ( http://www.wikihow.com/Make-a-Custom-Bokeh).

Tja, linser är inte alltid "runda" i form. Men det har inget att göra med fotografering. Här är några exempel:

1. Cylindriska linser är mycket användbara för vissa applikationer av 1-D-kameror och korrigering av stråle-astigmatism, samt för strålformning. / p>

2. Fresnel-linser, kan komma i många former och används för att fokusera ljus med vridning. se till exempel: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnifying-fresnel-lens.jpg

det finns flera mer esoteriska typer av linser, ( lenslet arrays, kinoform linser, osv.) Men det som är viktigt att komma ihåg är att en lins används för att böja ljus, och det finns många sätt att göra det med hjälp av "diffraktiv" optik eller tranditionellt glasliknande material. Anledningen till designen är vanligtvis funktionalitet och produktionskostnad.

Låt oss säga att du använder en rektangulär lins snarare än en cylindrisk. För det första spelar inte linsformen någon roll alls om du inte har bländaren helt öppen; vid en långsammare inställning är den ungefär cirkulära formen av diaframmet den avgörande faktorn. Om du antar att du har bländaren helt öppen, kommer huvudeffekten att vara följande. Du kommer att ha ett visst skärpedjup. Om objektpunkt A är på rätt avstånd för att producera en punktlik bild, är denna punkt fortfarande en punkt oavsett linsens rektangulära form. Men om objektpunkt B är på något annat avstånd får vi en suddighet som bilden för den punkten. Suddigheten uppstår eftersom det finns en bunt ljusstrålar, och bunten har en viss ändlig storlek där den skär filmen eller chipet. Eftersom linsen är rektangulär är denna bunt pyramidformig och suddigheten blir en rektangulär oskärpa snarare än den vanliga cirkulära. Anta till exempel att du fotograferar någons ansikte med en stjärnhimmel i bakgrunden. Du fokuserar på ansiktet. Stjärnorna kommer att se ut som små suddiga rektanglar.

Vid mycket höga förstoringar (kanske med en mycket lång lins som effektivt är ett litet teleskop) är det möjligt att du också skulle se diffraktionsmönster. Antag i exemplet med ansiktet med den stjärnklara bakgrunden att vi ändrar fokus till oändlighet och sätter ansiktet ur fokus. Vågoptik skulle nu förutsäga att (i frånvaro av aberrationer) skulle diffraktionsmönstret för en stjärna vara en central (ordning 0) kant omgiven av en ring (första ordningens kant) om du använde en cirkulär bländare, men en rektangulär bländare skulle ge ett annat mönster (mer som ett rektangulärt rutnät av fransar). I praktiken tror jag inte att en kamera någonsin skulle vara diffraktionsbegränsad med bländaren helt öppen. Diffraktion minskar när bländaren blir bredare medan stråloptiska aberrationer ökar, så aberration skulle dominera diffraktion under dessa förhållanden.

Objektiv tillverkades alltid som rundade eftersom de passar bäst i tillverkningsprocessen. Att göra dem fyrkantiga skulle innebära åtminstone mycket exakt skärning efteråt, så det skulle göra dem mycket dyrare. (Hur som helst fyrkantiga linser tillverkas för vissa speciella ändamål)

Du kan fråga varför sensorn är fyrkantig snarare än rund?

Svaret på det är att våra skärmar, film och i i slutet är vårt fotopapper fyrkantigt. Vi behöver inte runda sensorer om vi behöver kvadratiska bilder!

Poängen är verkligen

1. att tillämpa samma "operation" på ljus som kommer in i vilken riktning som helst, du behöver en cirkelsymmetrisk form så att du inte snedvrider det rymdliga förhållanden mellan olika punkter på den inkommande bilden

2. linser syftar vanligtvis till att koncentrera ljuset som landar på ytan mot en enda punkt. Den punkten är "något bakom" CMOS-sensorn i en kamera, men den är samma princip, och fysiken dikterar att en lins tvärsnittsform uppnår det. När du upprepar det i alla riktningar roterar du runt och får en platt-kupolform, som en lins

3. Det är en liknande anledning till varför parabolantenner är kupolformade och inte lådformade

men det är definitivt inte för att det är lättare att tillverka. Regndroppar och glasbollar har en linseffekt. Windows gör det inte. Kuber och lådor med brytningsmaterial har bara inte den effekten.

Linser behöver inte vara runda. Titta på de olika formerna där glasögonramar dyker upp.

Alla dessa linser är emellertid en sektion som är skuren från en lagerlins som har sfäriska ytor (ignorerar ett ögonblick linser som korrigerar för astigmatism).

Och det finns i princip svaret. Varje typ av assymetri skulle ge din kamera astigmatism: oförmågan att föra en punkt i fokus vertikalt och horisontellt samtidigt.

En lins måste ge ett konsekvent fokus längs vilken rotationsaxel som helst. Om två parallella ljusstrålar som är en cm från varandra horisontellt träffar linsen, måste de fokusera på samma avstånd som två parallella strålar som är en cm från varandra vertikalt.

Bortsett från att skapa riktigt udda Bokkeh, skulle en rektangulär lins också förvärra linsens vinjering och skapa asymmetrisk upplösning över bildområdet bland andra negativa optiska aberrationseffekter. Ljuset som träffar en viss punkt på sensorn har kommit från ett brett glasparti - ljuset som träffar ett hörn av sensorn färdades inte uteslutande genom motsvarande hörnområde på linselementen på väg till sensorn ( såvida du inte konsekvent väljer så liten bländare att diffraktion i sig väsentligen försämrar bildkvaliteten). Objektivtillverkare sträcker sig mycket för att säkerställa att allt är symmetriskt för bildkvaliteten, även med membranet. Linser av låg kvalitet kan ha några bländarblad med plana kanter som gör en mycket vinklad femkant eller sexkantig iris ... detta kan ha en mätbar negativ effekt på linsens MTF-diagram (ett mått på linsernas upplösningsförmåga) även i mitten av bild. Flytta till linser av bättre kvalitet så hittar du mycket mer symmetriskt runda membranöppningar ... bländarna på de högre änden av flera tusen dollar linser som Canon & Nikon lade ut har väldigt runda membran - det är bara bländaren ... gör det till glaset och du kommer att förnedra bilden så mycket mer. De riktigt avancerade ($ 5-siffriga) linserna i film har cirkulära. Objektivelement. Allt för bildkvaliteten i hela bildområdet från centrum till hörn. Oavsett om sensorn är kvadratisk, rektangulär, rund eller till och med stjärna eller halvmåneformad, skulle linsen - åtminstone en riktigt bra - fortsätta att vara symmetrisk (aka cirkulär). Ja, tillverkningens lätthet / kostnad och strukturella problem skulle påverkas negativt och kompliceras genom att göra rektangulära linser, men bildkvalitet, det är därför linser är cirkulära.

Det är svårt att förklara utan att starta i en fullständig förklaring av kvantelektrodynamik, men allt ljus som når sensorn "går igenom" hela linsen, vid åtminstone på sätt och vis, även om vi bara pratar om en enda foton. En foton tar inte bara en väg (om du inte gör misstaget att försöka ta reda på vilken väg den tog), den tar alla möjliga vägar . Konstigt, men sant.

Det betyder att att ta bort glas från en rund lins för att skapa en mindre rektangel inte tar bort "extra" glas som inte används, det skulle faktiskt vara att ta bort glas som används för avbildning (och ljusinsamling). På samma sätt skulle lägga till extra glas för att göra linsen rektangulärt av rent kosmetiska skäl inte bara innebära en hel del extra kostnad, det "extra" glaset skulle nu också bidra till bildsannolikhetsfördelningen, så det skulle behöva vara så exakt gjorda och lika korrigerade som den cirkulära linsen du förlänger. Som jag har förklarat här, ju större (snabbare) du gör en lins, desto mer korrigering behövs, desto mer noggrannhet krävs och desto mer kommer priset att stiga.

Helt bortsett från det skulle dock bokeh (naturen hos områdena utanför fokus, särskilt höjdpunkterna) se riktigt, riktigt dåligt ut.

Det handlar om den kontroversiella tanken att alla delar av bildens front kommer att samla strålar för varje pixel.

Diffusa ytor skickar strålar i alla riktningar, i stort sett oändliga strålar i den lilla bågen som träffar linsen . Dessa oändlighetsstrålar måste riktas från en punktkälla till en enda pixel. Det här är svårt att göra, varför skarpa linser är svåra att hitta. Det här är en annan historia.

Jag sköt tre bilder vidöppna och täckte sedan de oanvända delarna med en klippt pappersrektangel och tog tre till och såg att mittdelen var 15% mörkare när jag täckte den oanvända delen . den översta bilden är den otäckta och nedanför är den täckta och som du ser täcker det inte i ramen, gör det bara bilden 15% mörkare:

Det kan förklaras i den enklaste modellen för geometrisk optik. På objektet förekommer diffus reflektion som kan avbildas som flera ljusstrålar med olika ljusstyrka i alla riktningar. En större linsdiameter (istället för en mindre rekt. Form) kan resultera i en ljusare bild.

F: "Varför har linser runda former även om bildsensorn inte är det? Varför kan de inte vara fyrkantiga eller något som matchar formen på bildsensorn?".

A: Linser och andra runda föremål är runda eftersom det är lättare att rotera dem (ja, jag är medveten om "Square Wheel Video" av Mythbusters). En rund lins är lättare att slipa exakt jämfört med en fyrkantig lins (som en anamorf). Den har en mindre dimension att oroa sig för (skapa eller justera) eller i fallet med en perfekt fyrkantig lins har den en större bildcirkel.

En billig lins kan massproduceras av Injection Molding med tillräcklig noggrannhet för att vara en billig lins, så linser kan lätt ha vilken form som helst från lång till rund.

Dyrt glas är just det, dyrt. Vissa kameror som används för att fånga ljus utanför det synliga spektrumet har linser gjorda av exotiska material, inte glas, och är svåra att arbeta med. Mindre arbete utan förlust av kvalitet sparar pengar.

De flesta sensorer (idag) är rektangulära (16: 9) eftersom mänsklig syn "fungerar" sida vid sida (skannar horisonten) och inte upp och ner (den använde att vara uppåt hade lite att se och under dig var det aldrig långt borta så våra hjärnor utvecklades på det sättet) - storlek 16: 9 valdes som standard eftersom det ger ett föredraget 'widescreen-format' (jag vet att det finns fantastiska filmer som är bredare än 16: 9 och vanligtvis användes anamorfa linser).

Tillsammans med de enkla och kostnadsmässiga övervägandena för runda linser har vi fyrkantssensorn. Sensorer har plana kanter och är inte runda eftersom det är lättare att klippa dem rakt (och sensorerna är inte polerade som linser).

Sensorerna är fyrkantiga eftersom de får ut det mesta av den runda skivan som de är gjorda av . Våfflor är runda eftersom de skivas från en göt. Göt är rörformiga eftersom det är så de växer.

Så för att allt ska kosta minst är linserna runda och sensorerna fyrkantiga (som de enskilda enorma sensorerna som används i rymden, en sensor per wafer med döda pixlar kartlagda, precis som LCD-skärmens tidiga dagar).

MEN det är inte svårt att klippa rektangulära sensorer (16: 9) förutsatt att du vill klippa upp din härliga superhögupplösta, stora pixel, sensor i små bitar (eftersom folk inte vill betala mer än 100 000 USD för en sensor såvida de inte är regeringen).

Så de hugger de flesta sensorer till en 16: 9-form med ett mindre antal skuren till 4: 3 (eftersom dessa kameror har dyra linser) och 16: 9-format människor lever med en liten bit vinjettering (ibland mycket) och slösar bort en del av det relativt billiga glaset för att få estetiskt tilltalande formade bilder (endast en fyrkant eller nörd vill ha en sensor som fungerar utanför synligt spektrum, eller producerar en kvadratisk bild eller matris av datapunkter).

16: 9-formatet är helt enkelt en utvidgning av bildförhållandet 3: 2 på 35 mm film från vilken modern fotografering utvecklats, andra format kom och gick eller blev aldrig populär, även om de var "bättre" (men möjligen kostade oöverkomliga i några av de största formaten).

Basicall y: Lineage, Cost, Quality. Ibland spelade sunt förnuft också en roll.

Se även: https://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Sensor_format_and_lens_size