Имеет ли значение размер сенсора размер и вес эквивалентного объектива? Зачем?

Question

Другими словами, имеет ли значение размер круга проецируемого изображения для размера и веса двух объективов с одинаковой апертурой / DOF (разное число f) и полем зрения (разное мм)? При прочих равных условиях, будет ли 40-мм полноразмерный объектив F4 по размерам и весу идентичен 20-мм объективу F2 Micro 4/3? Или больше? Или меньше? Почему?

Мой вопрос похож на « Размер сенсора диктует размер линзы при прочих равных условиях? », но там обсуждались только линзы с одинаковым числом f, где меньший не может сделать то же самое изображения как более широко открытые.

Имеет ли значение f-число в этом ответе? Например, 40-мм F5.6 - это такой же размер, как 20-мм F2.8, но 40-мм F2.8 меньше, чем 40-мм F1.4? Я спрашиваю, потому что модератор здесь по имени jrista заявил следующее в ответе на вопрос Означает ли размер переднего стекла что-нибудь? :

после прохождения f / 2.8 каждая дополнительная остановка значительно увеличивает физический размер объектива. Кроме того, после прохождения f / 2.8 для каждого дополнительного упора требуется значительно большее количество света, а более крупные элементы передней линзы являются ключевым фактором для сбора этого дополнительного света.

Но я не понимаю, почему F2.8 такой «волшебный» поворотный момент.

Как побочный вопрос, дизайн обеих линз должен быть совершенно разным? Или это просто вопрос замены одного или двух стеклянных элементов у основания объектива для регулировки размера проецируемого изображения? Я спрашиваю об этом, потому что можно превратить 40-миллиметровый объектив F4 в почти 20-миллиметровый объектив F2 с усилителем скорости, но у этого есть много недостатков, так как это дополнительное стекло. Но если производитель может внести такие минимальные изменения в объективы, избегая этих недостатков, почему я никогда не видел, чтобы они выпускали две версии одного и того же объектива одновременно, одну для APS-C и другую для полнокадрового, как они делают для разные крепления?

Являются ли различные конструкции оптимальными для каждого фокусного расстояния? Почему?

Answer 1

Но я не понимаю, почему F2.8 такой «волшебный» поворотный момент.

Нет такого магического поворотного момента в теории. Но на практике многие системы камер с различными конструкциями крепления объектива и даже очень разными регистрационными расстояниями (или фокусными расстояниями фланцев) имеют тенденцию иметь примерно одинаковый диаметр горловины . Диаметр горла - это ширина отверстия в середине кольца, к которому прикрепляется сменный объектив.

Причина, по которой диаметр горловины является фактором, заключается в том, что даже если объективам нужны только входные зрачки (отверстие, видимое через переднюю часть объектива) меньше, чем разрешено объективом с диаметром, достаточно большим, чтобы закрыть отверстие спереди объектива по-прежнему будет немного больше в диаметре, чем диаметр горла. Необходимость диаметра оправы объектива, по крайней мере, на задней части объектива, должна быть больше диаметра горловины.

Для типичных диаметров горла большинства обычных зеркальных / зеркальных фотокамер и даже некоторых беззеркальных систем этот минимальный диаметр оправы объектива приблизительно соответствует диаметру, необходимому для изготовления обычного зум-объектива (объектива с фокусным расстоянием приблизительно от 0,65 до 1,5 крат по диагонали формата пленки или цифрового датчика) с максимальной апертурой где-то около f / 3,5 или f / 4 на широком конце и около f / 5,6 на длинном конце.

При использовании объективов с более широким углом угол обзора также важен, если не больше, как максимальная диафрагма при определении минимального размера переднего элемента объектива. Но до тех пор, пока человек не попадет на сверхширокоугольный или телеобъектив , многие типичные линзы по-прежнему нуждаются в передних элементах примерно такого же размера, что и объектив объектива, достаточно большой, чтобы покрыть горло. открытие камер, для которых они сделаны. Для получения объектива с постоянной диафрагмой f / 2,8 и одинаковым диапазоном фокусных расстояний передние элементы должны быть больше, чем «минимальный» размер оправы объектива, определяемый диаметром горловины, большинства зеркальных / зеркальных / беззеркальных камер. системы.

Это одна из причин, по которой объективы комплекта имеют тенденцию быть 18-55 f / 3,5-5,6 для Nikon, Canon, Sony, Pentax и т. Д. Для 18-миллиметровой камеры APS-C тубус объектива, необходимый для установки держателя, достаточно велик, после того, как в него втиснуто все остальное, что необходимо для переднего элемента, который дает входной зрачок 18 мм f / 3,5, а также 55 мм f / 5,6 входной зрачок. То же самое относится и к телеобъективам 70-300 мм f / 4-4,6. Фронтальные элементы, необходимые для таких линз, могут просто помещаться в объектив с бочкой, немного большей диаметра горловины / фланцевых колец наиболее распространенных сменных систем.

Как побочный вопрос, дизайн обеих линз должен быть совершенно разным? Или это просто вопрос замены одного или двух стеклянных элементов у основания объектива для регулировки размера проецируемого изображения?

Ну, они не должны быть полностью разными. Но объектив с тем же фокусным расстоянием, которое проецирует большую окружность изображения, чем другой объектив с таким же фокусным расстоянием, должен также иметь более широкий угол обзора спереди объектива. Датчики FF имеют диагональ около 43 мм в длину. Датчики APS-C имеют диагональ около 28 мм в длину. Средние 28 мм круга изображения, проецируемого объективом FF, будут иметь то же поле зрения, что и полный 28-миллиметровый круг изображения, проецируемого объективом APS-C с таким же фокусным расстоянием. Части круга изображения, проецируемого объективом FF за пределы середины 28 мм, будут частями сцены, не снятыми передней частью объектива APS-C. Это требует большего переднего элемента для более широких угловых линз. Нет большой разницы для телеобъективов, где углы обзора намного уже, а размер переднего элемента определяется размером входного зрачка, необходимым для определенного числа f на этом фокусном расстоянии.

Вот почему вы видите много объективов с ограниченным углом обзора APS-C и очень мало телеобъективов только с объективом APS-C. Те, которые вы видите, обычно 55-200 мм или 55-250 мм. Эти объективы только APS-C способны обеспечить такой же угол обзора для датчика APS-C на расстоянии 200-250 мм, который требует объектива 300-400 мм для камеры FF. Размер и экономия веса основаны на меньшем фокусном расстоянии, необходимом для получения того же поля зрения.

Но если производитель может внести такие минимальные изменения в объективы, избегая этих недостатков, почему я никогда не видел, чтобы они выпускали две версии одного и того же объектива одновременно, одну для APS-C и другую для полнокадрового, например они делают для разных креплений?

По большей части выпущенные производителями линзы не слишком открывают новые горизонты в отношении углов обзора и максимальной диафрагмы. Вместо этого они являются дальнейшими усовершенствованиями более ранних конструкций линз. Для тех, кто не знаком с прошлыми предложениями объективов и различными фокусными расстояниями, необходимыми для обеспечения одинакового поля зрения в системах камер с датчиками разных размеров, соответствующие предложения объективов для каждого формата могут быть неочевидными.

Возьмите типичный зум 24/70 мм f / 2,8, предлагаемый большинством (если не всеми) крупными производителями камер для своих FF-камер. «Эквивалент» APS-C с точки зрения угла зрения будет 17-50 мм f / 2,8. Многие производители предлагают как объективы 24-70 мм f / 2.8 FF, так и объективы 17-50 мм f / 2.8 APS-C, которые имеют очень похожий дизайн. Другой типичный широкоугольный объектив FF - 16-35 мм. «Эквивалент» APS-C составляет 10-22 мм. Многие производители предлагают оба варианта линз. По мере того как углы становятся шире, одинаковое число f становится более жестким и более дорогим в обслуживании, поэтому объективы только с 10-22 мм APS-C имеют меньшую максимальную диафрагму, чем самые быстрые 16-35 мм объективы. На другом конце диапазона фокусных расстояний объектив 55-200 мм APS-C дает примерно ту же величину поля зрения, что и объектив 75/80-300 на камере FF.

Answer 2

Имеет ли значение размер круга проецируемого изображения для размера и веса двух объективов с одинаковой диафрагмой / DOF (разное число f) и полем зрения (разное мм)?

Таким образом, одна линза - это, скажем, поле зрения 20 мм, f / 2, 20 градусов, а другая - это поле зрения 40 мм, f / 4 20 градусов? Две линзы имеют одинаковое поле зрения и одинаковый размер входного зрачка (примерно, апертура). Объектив 40 мм должен быть длиннее, если рисунки такие же, но масштабированные.

С точки зрения оптического дизайна, эти два не эквивалентны. Объектив 20 градусов f / 4 гораздо проще сконструировать, чем объектив 20 градусов f / 2, и увеличение аберраций с f / 4 до f / 2 (для некоторых аберраций это увеличение составляет 4 ^ 8, или 65 000 раз) намного больше, чем уменьшение геометрических аберраций (ровно в 2 раза) путем масштабирования фокусного расстояния.

Если линзы не могут касаться датчика и должны быть короче некоторой длины, тогда конструкции в некотором смысле ограничены . Если, например, зазор изображения должен быть больше 38 мм, как для EF-крепления, то 20-миллиметровая конструкция намного сложнее, чем 40-миллиметровая, потому что это и более быстрая диафрагма, а также намного больше телефото.

При прочих равных условиях полноразмерный объектив F4 40 мм будет по размерам и весу идентичен объективу F2 Micro 4/3 20 мм? Или больше? Или меньше? Почему?

На этот вопрос нет единого общего ответа. Позвольте мне добавить некоторые классификаторы.

1. Объектив M4 / 3 имеет разрешение изображения> 16 мм.
2. Объектив FF предназначен для крепления Sony E или Leica M с разрешением изображения> 18 мм.
3. Два объектива должны иметь одинаковое пиктограмму разрешения (например, 20MP, хотя MP - неподходящая единица для объектива).

В этих условиях объектив M4 / 3 должен быть лучше скорректирован, чем объектив FF, и, следовательно, должен быть немного длиннее, но, вероятно, легче. Если вы измените диафрагму на, f / 2.8 и f / 5.6, объектив FF, вероятно, будет выполним как триплет или 4-элементная вещь. Для объектива M4 / 3 может потребоваться 5 элементов.

Если вы толкаете вещи так, что оба находятся далеко от дифракционного ограниченного режима, например f / 1 для M4 / 3 и f / 2 для FF, объектив FF может стать больше из-за ограничения зазора. Или, более конкретно, отношение ограничения зазора к фокусному расстоянию.

Как побочный вопрос, дизайн обеих линз должен быть совершенно разным?

Они, естественно, хотят быть разными, но они могут быть просто масштабированными версиями друг друга с неоптимальной производительностью для одного или обоих проектов.

Или это просто вопрос замены одного или двух стеклянных элементов у основания объектива для регулировки размера проецируемого изображения?

Вы можете сделать это, Angenieux предлагает это для некоторых кинообъективов, например, этот . Я предоставляю вам возможность узнать цену этого объектива.

В общем, пространство для дизайна «задний конверт» или «спидбутер» более ограничено, чем полная свобода, позволяющая объективам APS-C и FF быть тем дизайном, которым они хотят быть. Чтобы это работало, усилитель и объектив должны быть независимо откорректированы, и вы должны надеяться, что знак их аберрации противоположен, а величина примерно одинакова. Или усилитель должен быть ограничен дифракцией. Это довольно сложно сделать при сохранении компактного общего дизайна.

Изменить для ответа на новый вопрос

В первой части я понял, что линзы для меньших датчиков будут короче, потому что меньший фокусный диапазон, но, возможно, тяжелее, потому что для коррекции аберраций требуется больше стекла.

Это правильно; если масштаб фокуса уменьшить на 1/2, он будет вдвое меньше, а добавление линзы или двух для очистки производительности не удвоит его.

Но тогда во второй части вы сказали, что объектив M4 / 3 должен быть немного длиннее и, вероятно, легче? Это дольше, потому что он должен использовать ретрофокальный дизайн, который не нужен 40 мм?

Снова исправьте - рассмотрите объектив с двойным гауссом, который исторически использовался для большинства 50-мм зеркальных объективов, а также довольно много из объективов 40 мм f / 2 и 40 мм f / 2.8. Фокусное расстояние составляет 50 мм, а задний элемент объектива находится (примерно) в 38 мм от изображения ¹ - основная плоскость находится где-то внутри объектива.

В телеобъективе основная плоскость обычно находится перед и снаружи объектива. В обратном телеобъективе он обычно находится снаружи и позади объектива. В «мягком» дизайне с ретрофокусировкой он все еще может находиться внутри объектива, но близко к задней части.

Если вы начнете с дизайна, подобного двойному гауссу, первым шагом к улучшению его коррекции будет разделение (превращение в 2) или соединение (цемент в дублет) задней группы. Затем передний, затем снова задний, повторяйте до бесконечности. Это растягивает линзу, и вы столкнетесь с ограничением зазора изображения, и вам придется изменить форму на ретрофокусную. Форма ретрофокуса, естественно, длиннее очень компактного двойного гаусса.

Я сказал, что линза M4 / 3, вероятно, будет легче, потому что производители обычно используют много более легких материалов в механике линз. Они несут ответственность за большую часть веса в объективе, как этот пример.

---

¹ EF крепление имеет фланцевое расстояние 44 мм, но оно измеряется для большей плоской поверхности, а не для кончика штыка. Объективы, такие как 85 мм f / 1.2, устанавливают элементы как можно ближе к верхушке байонета, и, таким образом, можно сказать, что требуемое расстояние составляет 38 мм.