Độ dài tiêu cự là gì

Chủ đề này bắt nguồn từ một thảo luận trong bài viết của mình về PlayBook còn làm được gì vào 2022. Mình có đề cập đến ống kính fixed focus trong bài viết và đôi lúc mình có gọi là ống kính có tiêu cự cố định

• Có 1 bạn đã thảo luận với mình và nói rằng fixed focus là khoảng nét cố định chứ không phải tiêu cự cố định (fixed focal length).
• Mình giải thích ống fixed focus mình đề cập không có bộ phận nào chuyển động để lấy nét hay thay đổi tiêu cự nên nó có tiêu cự cố định, điểm lấy nét cố định, vùng nét cố định, bấm phát chụp ngay vì vậy mình gọi nó là ống kính tiêu cự cố định cũng không sai
• Và cuộc tranh luận cũng kéo dài thêm một chút nữa mà không đi đến thống nhất với phần lớn nguyên nhân mình nghĩ do mình đã nhầm khái niệm “Tiêu cự” sang một khái niệm khác “Khoảng cách tạo ảnh“

Vậy là với cái bản tính hiếu kì thì mình đã đi tìm hiểu, có hỏi cả anh Tuấn Sư Tử Sài Thành trong topic này của anh mà anh chỉ thả tim chứ không trả lời để mình có thêm động lực tự thân vận động. Rất cám ơn bạn đã thảo luận với mình trong bài PlayBook và anh Tuấn đã cho mình có cơ hội biết thêm kiến thức và có chủ đề để viết bài này. Anh @tuanlionsg ơi em gọi anh vậy cho vui thôi nhá, mong anh không phật ý, em rất ngưỡng mộ những kiến thức về nhiếp ảnh mà anh đã chia sẻ bao năm qua với anh em, cám ơn anh!

Định nghĩa

Đây là những gì mình có tìm hiểu được, xin chia sẻ với anh em cách mình định nghĩa

• Tiêu cự: tiếng anh là Focal Length. Tiêu cự của một thấu kính là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm của thấu kính (nguồn ở đây). Với ý nghĩa vật lý, tiêu cự là thuật ngữ để chỉ khoảng cách giữa tiêu điểm và quang tâm.
• Để lấy nét một vật thể thì cần hứng được điểm hội tụ ảnh của vật đó trên màn chiếu sau khi ánh sáng đi qua ống kính, khoảng cách từ tâm ống kính đến điểm hội tụ ảnh này được gọi khoảng cách tạo ảnh (Image Distance). Trong máy ảnh, bộ phận lấy nét sẽ di chuyển vị trí để điểm hội tụ ảnh này trùng với mặt phẳng hứng (bề mặt phim/ cảm biến)
• Độ dài tiêu cự: cũng gọi là Focal Length, hoặc đầy đủ là Độ dài tiêu cự ống kính - Lens Focal Length, là một thuật ngữ nhiếp ảnh thể hiện đặc tính của ống kính. Độ dài tiêu cự của một ống kính là khoảng cách từ tâm ống kính tới bề mặt phim/cảm biến hình ảnh của máy ảnh (khoảng cách tạo ảnh) khi ống kính lấy nét ở vô cực. (nguồn ở đây hoặc bạn nào thích đọc thêm tiếng Việt thì ở đây anh tuanlionsg cũng có giải thích).

Vấn đề

Tiêu cự của ống kính sẽ luôn là cố định. Độ dài tiêu cự là khoảng cách màn hứng và ống kính khi lấy nét ở vô cực. Khoảng cách tạo ảnh cũng là khoảng cách giữa màn hứng và ống kính. Vậy mình đã nhầm lẫn ở đâu? Mình đã nhầm giữa khoảng cách tạo ảnh Image Distance với tiêu cự vì có thời điểm 2 điểm này trùng nhau

Vì sao mình lại có sự nhầm lẫn? Có 2 lý do cho sự nhầm lẫn này

• Vì mình luôn hình dung ra việc hứng ảnh trên màn chiếu sẽ là điểm hội tụ ảnh, và mình nhầm điểm hội tụ này là tiêu điểm ảnh, và theo định nghĩa về tiêu cự là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm nên mình cũng nhầm tiếp là ngoài tiêu cự ra thì ống kính còn có tiêu cự ảnh (hay mình gọi là tiêu cự điều chỉnh), và lúc này dẫn đến chuyện mình nghĩ tiêu cự sẽ thay đổi và có nhiều giá trị, còn độ dài tiêu cự là cố định để thể hiện đặc tính của ống kính
• Khi lấy nét ở vô cực, điểm hội tụ ảnh trùng với tiêu điểm và lúc này khoảng cách tạo ảnh trùng với tiêu cự. Còn khi lấy nét ở hữu hạn, khoảng cách tạo ảnh khác với độ dài tiêu cự, và vì sự nhầm lẫn như điểm trên thì mình nhầm rằng tiêu cự có thể thay đổi

Ngon Bổ Xẻ đi mổ xẻ bản chất

Mình sẽ mổ xẻ bằng một ví dụ cụ thể và gần gũi để anh em hiểu vì sao mình lại nhầm lẫn như vậy với một chiếc ống quốc dân, ống fixed 50mm và cách nó lấy nét

Mình sẽ làm 1 bài toán nho nhỏ về vật lý cơ bản (nguồn mình tham khảo ở đây)

Lấy nét ở vô cực

Đầu tiên, ống kính có độ dài tiêu cự 50mm sẽ có khoảng cách tạo ảnh 50mm khi lấy nét ở vô cực. Hãy tính toán bằng công thức bên dưới với f là tiêu cự ống kính, s1 là khoảng cách từ vật thể đến với ống kính và s2 là khoảng cách từ ống kính đến cảm biến (hay còn gọi là khoảng cách tạo ảnh) để kiểm chứng điều này

Thay f = 50mm và s1 = ∞ (s1 là khoảng cách vô cùng, khi ống kính lấy nét ở vô cực)

Lấy nét ở khoảng cách gần hơn

Nếu lấy nét một vật ở khoảng cách 1 mét = 1000mm thì thay s1 = 1000 vào công thức, ta sẽ có:

Vậy, khi lấy nét ở khoảng cách hữu hạn, tiêu cự vẫn là 50mm nhưng lúc này tiêu cự không còn trùng với điểm hội tụ ảnh và mặt phẳng hứng ảnh nữa mà sẽ tiến về phía trước 2.63mm

Và do mình bị nhầm giữa tiêu điểm cố định của ống kính với cái “tiêu điểm ảnh” (mà chuẩn nó phải là điểm hội tụ ảnh) dẫn đến sự nhầm lẫn về ”tiêu cự ảnh” và làm mình nghĩ “độ dài tiêu cự” là cố định còn “tiêu cự” có thể thay đổi.

Lưu ý: Trong ống kính còn có rất nhiều thành phần và nhiều loại thấu kính với nhiều chức năng khác nhau, vì thế hoạt động thực tế cũng sẽ khác với lý thuyết. Tuy nhiên về nguyên lý lấy nét thì cũng từ vật lý mà ra, vậy nên mình tính toán ở trên như coi cả hệ thống nhiều thấu kính trong ống kính là 1 thấu kính nhằm đơn giản hóa vấn đề và đi vào bản chất

Một video để anh em thấy khi lấy nét thì ống prime sẽ di chuyển một số thành phần với mục đích để thay đổi khoảng cách tạo ảnh dù là ống AF hay MF (từ phút 2:50 đến 4:50)

Kết luận

Với phân tích và dẫn chứng như trên, mình muốn đưa ra một số kết luận cá nhân về các thuật ngữ này như sau:

• Tiêu cự và độ dài tiêu cự là một
• Điểm hội tụ ảnh không phải là tiêu điểm
• Khoảng cách từ ống kính đến điểm hội tụ ảnh này là khoảng cách tạo ảnh, không phải là tiêu cự
• Khoảng cách tạo ảnh trùng với tiêu cự khi lấy nét ở vô cực
• Độ dài tiêu cự được sử dụng khi so sánh tiêu cự của các ống kính khác nhau
• Ống kính có độ dài tiêu cự cố định thì từ cố định ở đây để so sánh với ống kính có thể thay đổi được tiêu cự.
• Sự nhầm lẫn của mình là do mình nghĩ khoảng cách từ ống kính đến cảm biến được gọi là tiêu cự trong mọi trường hợp

Anh em nghĩ sao về những kết luận của mình? Cám ơn anh em đã theo dõi bài viết, mời anh em cùng thảo luận nhé
Một lần nữa cám ơn những chia sẻ hữu ích của anh em đã “thông não” và giúp mình hiểu ra cặn kẽ vấn đề và để mình hiểu ra những gì mình nhầm lẫn, rất cảm ơn những thảo luận hữu ích đó của anh em

Lưu ý:

• Bài viết đã được sửa đổi hoàn toàn vì mình đã đi tìm hiểu kỹ hơn từ góp ý của anh em, nên có các comment trước đó của anh em là dựa trên bài viết gốc của mình
• Bài viết dựa trên nghiên cứu cá nhân, định nghĩa cá nhân, phân tích cá nhân, cách gọi cá nhân. Không áp đặt lên bất cứ ai, không tái định nghĩa bất cứ điều gì. Chỉ muốn chia sẻ một góc nhìn cá nhân của mình về cách mình hiểu sai một thuật ngữ
• Bài này chỉ đề cập đến tiêu cự, không đề cập đến các thông số khác có liên quan đến độ dài tiêu cự như DoF, AOV hay crop factor của kích cỡ film/cảm biến...
• Từ vô cực mình dùng để chỉ vô cực hoặc tiệm cận vô cực hoặc gần như vô cực, hoặc rất rất xa tưởng chừng như vô cực... viết ngắn gọn là vô cực
• Mình có thể đúng, có thể sai, có thể thừa, có thể thiếu, tất nhiên như bao chủ đề khác, chủ đề nhiếp ảnh cũng rất rộng lớn và có nhiều kiến thức chuyên sâu, rất mong được nghe anh em chia sẻ thêm

P/s: Có thể anh em chưa biết về cái ống Fixed focus mình đề cập ở đầu bài mà mình đã sử dụng thì mình chia sẻ thêm với anh em nha:

• Ống fixed focus là ống kính có điểm lấy nét được đặt cố định lúc sản xuất do vậy có điểm lấy nét cố định, đương nhiên là tiêu cự cũng cố định. tuy nhiên cách gọi đúng cho nó là ống kính có điểm lấy nét cố định chứ không gọi là ống kính có tiêu cự cố định
• Ống kính này không có bộ phận nào di chuyển để thay đổi khoảng cách tạo ảnh nhằm lấy nét. Nguyên lý hoạt động sẽ dựa vào độ sâu trường ảnh lớn (Large Depth of Field) bằng cách sử dụng khẩu độ nhỏ để tăng độ sâu trường ảnh, giúp cho ra những bức ảnh có độ nét chấp nhận được, trong một khoảng cách tương đối chấp nhận được
• Anh em có thể thấy ống fixed focus này trên các máy như iPhone 2G (iPhone đời đầu) và iPhone 3G, BlackBerry Bold 9000, Bold 9900, khá nhiều Nokia, Samsung cục gạch hay nắp gập ngày xưa...
• Có thể có các loại ống fixed focus có cấu tạo hoặc nguyên lý hoạt động khác nữa nhưng mình không biết, mới chỉ dùng và biết loại này thôi.