Когда вы увеличиваете с помощью объектива на зеркалке, почему объектив входит, а затем выходит?

Question

Я думаю, это больше вопрос оптики, чем фотографии, но я только что получил зеркальную фотокамеру с базовым объективом 18-55. Я заметил, что при переходе с 18 на 55 или с 55 на 18 объектив физически возвращается, а затем физически возвращается?

Что там происходит? Я бы подумал, что если я увеличиваю объектив, он должен выходить из строя 100% времени, но объектив на самом деле гаснет, а затем возвращается.

Answer 1

Нет простой зависимости между физической длиной объектива и его фокусное расстояние. Например, широкоугольный ретрофокус обычно длиннее фокусного расстояния, а телеобъектив короче его фокусное расстояние. Внутри зума, у вас есть несколько групп линз, которые перемещаются независимо. Фокусное расстояние зума зависит от относительно позиции групп, и не всегда просто связаны с физическая длина линзы. Это, как говорится, самое простое возможно объяснение этого поведения в том, что ваш зум может быть простым ретрофокусный дизайн.

Retrofocus zoom

A Retrofocus зум сделан только из двух групп. Передняя группа, с отрицательной рефракцией мощность и (отрицательное) фокусное расстояние f ₁ , делает виртуальный промежуточное изображение объекта где-то перед объективом. это группа работает так же, как очки носят близорукие люди: она приносит объект «ближе к глазу». Фокусное расстояние этой группы близко до -35 мм.

Задняя группа с положительной силой преломления делает на датчике перевернутое реальное изображение этого промежуточного виртуального изображения. Промежуточный изображение является «объектом» для этой группы. Окончательное изображение похоже на инвертированная копия виртуального изображения, масштабированная по коэффициенту увеличения m ₂ близко к -1, что отрицательно, потому что конечное изображение перевернут.

Предполагая, что объект находится на бесконечности, у всего объектива есть фокусное расстояние е = е * ** +1027 тысячу двадцать-шесть * 1 * 1 028 * * × 1029 * м ₂ . Это продукт двух отрицательных цифры, и результат положительный.

На приведенном упрощенном чертеже первой группой является объектив L1, вторая группа - объектив L2, зум ориентирован на бесконечность, промежуточное изображение находится слева, на расстоянии x от L2, а Датчик находится на P. Увеличение L2 составляет м ₂ = - x ’/ x .

При таком дизайне можно легко увеличить объектив, перемещая второе группа. Когда эта группа ближе к датчику, она обеспечивает небольшой увеличение (скажем, около -0,5) и, следовательно, более короткое фокусное расстояние для весь объектив. Когда он перемещается вперед, ближе к промежуточному изображению, у вас есть большее увеличение (скажем, около -1,6) и, следовательно, более длинный фокус длина всего объектива.

Однако при изменении увеличения этой группы расстояние между объектом (в данном случае промежуточным изображением) и конечным изображение меняется. Это расстояние минимально, когда группа находится в между его объектом и его изображением, которое происходит при увеличении это -1. Вы можете легко проверить это, используя увеличительное стекло для фокусировки изображение лампочки на листе бумаги: расстояние между лампа и сфокусированное изображение минимальны, если изображение имеет одинаковую размер как объект. В случае зум-объектива, так как окончательное изображение должен упасть в фиксированном положении (на сенсоре), промежуточное изображение должен быть перемещен путем перемещения передней группы. Это объясняет наблюдаемое поведение передней группы: при увеличении объектива от 18 мм до ~ 35 мм, увеличение м ₂ идет от ~ -0,5 до -1 и вперед группа движется ближе к датчику. При увеличении масштаба до 55 мм, m ₂ идет от -1 до ~ -1.6, и передняя группа удаляется от датчика.

Пример 1

Это просто теоретическая (сверх) упрощенная модель для увеличения, где каждый группа это просто тонкий объектив. Фокусные расстояния групп -35 мм. (передняя группа) и +35 мм (задняя группа). Предполагая, что объект на бесконечности, я рассчитаны конфигурации зума для трех фокусных расстояний. В таблице ниже показано расположение элементов объектива (в мм от датчик) в зависимости от фокусного расстояния зум установлен на:

┌───────────┬─────────┬─────────┐
│ f. length │ group 1 │ group 2 │
├───────────┼─────────┼─────────┤
│   18 mm   │  121.1  │    53   │
│   35 mm   │  105    │    70   │
│   55 mm   │  112.3  │    90   │
└───────────┴─────────┴─────────┘

А вот рисунок, в масштабе:

Датчик находится справа. Промежуточное изображение (не нарисовано) составляет 35 мм. слева от переднего элемента. Интересно то, что движения групп (как спереди, так и сзади) соответствуют тому, что я видел на самые маленькие средние увеличения. Реальный зум может иметь больше групп (IS имеет упомянуто), но только два действительно необходимы для действия масштабирования.

Пример 2

Для более реалистичного примера, посмотрите это патент на некоторые объективы Nikon 1 . Это не лучший пример, потому что эти линзы предназначены для беззеркальная камера. Однако один из вариантов осуществления составляет 10-30 мм. среднечастотный зум (27-81 экв.), довольно близкий по дальности к 18-55 для 1,6 ×.

Мне нравится этот пример из-за цифр. Пожалуйста, посмотрите на рисунок на странице 1, а более конкретно на стрелки внизу, ниже меток «G1» и «G2». Эти стрелки показывают способ перемещения групп при увеличении объектива от широкой (W) к теле (Т). Вы можете видеть, что передняя группа движется назад, а затем вперед, в то время как вторая группа монотонно движется вперед. Вот что я видел на много широких и средних частот, но не на всех (не на Никкор 18-70 например). Вы можете заметить, что вторая группа имеет некоторые подгруппы среди них, в том числе одна группа для фокусировки (Gf) и одна группа для стабилизации изображения (Gs). Эти подгруппы, однако, не имеют значения когда рассматривается только действие масштабирования.

В любом случае, интересная вещь заключается в том, что, хотя некоторые из представленных примеры имеют три группы линз, большинство (включая воплощение ») только два. Цитирование патента (пункт 077 на стр. 67):

Оптическая система согласно настоящему варианту осуществления включает в себя порядок со стороны объекта, первая группа линз, имеющая отрицательный сила преломления и вторая группа линз, имеющая положительную преломляющую способность сила.

Это в точности описание ретрофокусного объектива.

Пример 3

Вот еще один патент от Nikon что может быть более актуальным, так как он в основном описывает 18-55 вид APS-C увеличивает.

Примеры 1 и 2 этого патента предназначены для такой простой конструкции с ретрофокусированием, с передней группой фокусного расстояния -31,51 мм и задней группой фокусного длина +37,95 мм. Из таблиц данных мы видим, что при увеличении линзы от 18 до 55 мм, передняя группа движется первой назад (по направлению к датчик), а затем вперед (от датчика), а задняя группа монотонно движется вперед.

Этот патент показывает также, что простой двухгрупповой дизайн, который я описываю здесь не единственный возможный вариант. Рассмотрим пример 5 этого патент. Этот объектив имеет четыре группы, которые перемещаются по-разному, как объектив увеличен. При масштабировании от 18 до 55 мм передняя группа перемещается назад, затем вперед, и задняя группа монотонно движется вперед. Таким образом, как видно снаружи, он выглядит как простой дизайн двух групп пример 1, хотя внутренне он довольно сложный.

С другой стороны, этот конкретный дизайн на самом деле не так далеко из простого дизайна с ретрофокусом. Если мы говорим, что группы 2, 3 и 4 представляют собой своего рода «супергруппу», тогда объектив можно описать как группа (G1) с отрицательной преломляющей способностью, за которой следует супергруппа (G234) с положительной преломляющей способностью. Все еще вид ретрофокуса. это описание не является абсолютно необоснованным, поскольку группы 2, 3 и 4 перемещаются более или менее одинаково: все они монотонно двигаются вперед объектив увеличен с широкоугольного на теле, и их среднее движение больше, чем относительные движения между ними. Со стола объектива Данные я рассчитал фокусное расстояние этой супер-группы и обнаружил, что это не сильно меняется: только от 38,6 мм в широком конце зума до 34,8 мм на теле конце.

Хотя я исследовал только несколько патентов, я пришел к выводу, что какой-то ретрофокусдизайн (но не обязательно только с двумя групп) может быть увеличено, если выполнены следующие три условия:

• Объектив длиннее фокусного расстояния при всех настройках
• при увеличении от широкого до телеэлемента передний элемент перемещается первым назад (ближе к датчику), а затем вперед
• при увеличении с широкоугольного на теле, задний элемент всегда перемещается вперед.

Первое условие, вероятно, всегда будет выполняться зумированием зеркалки, имеющим максимальное фокусное расстояние не более 55 мм.

PS: Этот ответ был сильно отредактирован для лучшего слияния несколько правок. В процессе я включил важный вопрос, поднятый Стэн Роджерс, а именно, что простой дизайн не единственно возможный дизайн.

Answer 2

См. Примечание редактирования ниже этого ответа.

<ч />

Объектив ретрофокальный на широком конце и телефото на длинном конце. Ретрофокусная линза называется «перевернутым телеобъективом», потому что она сконструирована аналогично телеобъективу с перевернутыми элементами. Эффект уменьшается при увеличении, пока вы не достигнете примерно 35 мм, при котором объектив начинает расширяться и в конечном итоге становится телеобъективной конфигурацией, где размер объектива, от переднего элемента к заднему элементу, меньше фокусного расстояния. Объектив не имеет ни ретрофокального, ни телеобъектива между этими положениями. Это приводит к увеличению длины объектива в крайних пределах диапазона увеличения, чем в промежуточных положениях.

Для получения дополнительной информации об этом дизайне см. Статьи Википедии о Angénieux retrofocus , в которых обсуждается происхождение дизайна для широкого конца, и телеобъектив о том, что происходит на длинный конец Согласно статье телеобъектива:

В настоящее время широко распространены зум-объективы, которые являются телефотографией в одном крайнем диапазоне диапазона зумирования и ретрофокусировкой в ​​другом.

Это, по сути, то, что происходит с вашим 18-55-мм объективом. Насколько мне известно, объективы Canon, Nikon, Pentax и Sony (A-mount, а не E-mount) 18-55 мм все это разделяют аспект дизайна.

<ч />

Редактировать: Этот ответ неверен, поскольку основан на неправильном определении «телеобъектива». Пожалуйста, не обращайте внимания на этот ответ; Ответ Эдгара Бонета, вероятно, будет правильным. См https://meta.stackexchange.com/a/22633/160017.

Answer 3

В большинстве моделей объективов с увеличением при увеличении тубус объектива и передний элемент увеличиваются, что действительно так.

Но есть некоторые объективы, такие как Canon EF 24-70, в которых объектив полностью выдвинут на 24 мм и полностью втянут на 70 мм. Так что, судя по передним элементам, кажется, что он работает задом наперед!

А есть объективы IZ (внутренний зум), в которых передний элемент вообще не двигается.

Любая линза будет иметь много групп элементов, некоторые из которых будут перемещаться «наружу», а другие - «внутрь». Полагаю, простой ответ заключается в том, что нельзя судить только по тому, что видят ствол и передний элемент, внутри происходит гораздо больше. Некоторые конструкции линз очень сложны. Мне будет очень интересно, если кто-то может опубликовать простую картинку, чтобы объяснить, как работает этот конкретный дизайн объектива.