Почему камеры обычно не увеличивают изображение, перемещая весь объектив как единое целое?

Question

Зум-объективы имеют подвижную группу линз в пределах всего устройства. Мне кажется, что любой объектив можно легко превратить в зум-объектив, переместив объектив целом в направлении / от пленки / датчика.

Почему бы нам просто не сделать это?

Answer 1

Перемещение всех стеклянных элементов от области формирования изображения - это то, что делают удлинительные трубки , и вы заметите, что они не увеличивают фокусное расстояние объектива. Удлинительная трубка просто перемещает точки фокусировки, что позволяет объективу фокусироваться ближе, за счет потери фокусировки на бесконечность плюс некоторой потери света. Это сразу же окупает вашу идею: она не делает то, что вы хотите, и даже если бы она это сделала, это может привести к нежелательным последствиям, поэтому для этого достаточно причины.

Вы можете исправить это, добавив больше оптических элементов, после чего вы по существу заново изобрели телеконвертор . При этом вы все равно теряете свет, но, по крайней мере, достигли желаемого конца «масштабирования», увеличив длину оптической системы.

Answer 2

Основная проблема, которую вы предлагаете, заключается в том, что при перемещении объектива от пленки / датчика вы перемещаете точку фокусировки все ближе и ближе к передней части объектива. В конце концов передняя часть объектива и точка фокусировки встречаются, и вы не можете идти дальше.

Для одной тонкой линзы единственное расстояние, на котором коллимированный свет может быть сфокусирован на плоскости пленки / сенсора, - это когда пленка / сенсор является фокусным расстоянием линзы позади линзы. Это то, что мы называем фокус бесконечности . В составных объективах фокусное расстояние может быть дальше от пленки / датчика, чем физический фронт объектива (телеобъектив), или ближе к пленке / датчику, чем перед объективом (ретрофокусировка). Но независимо от того, где фактический конец объектива сравнивается с фокусным расстоянием объектива, если объектив перемещается дальше от пленки / датчика, чем его собственное фокусное расстояние, тогда способность фокусировать удаленные объекты теряется. Чем дальше он перемещается, тем менее удаленными будут объекты, на которые можно сфокусироваться.

Зум-объективы справляются с этим, включая дополнительные элементы объектива, которые изменяют общее фокусное расстояние объектива при его увеличении и уменьшении.

Answer 3

Объектив камеры действует как объектив проектора в том смысле, что он проецирует изображение внешнего мира на поверхность пленки или цифровой датчик изображения. Конструкция линзы заставляет лучи света изменять свой путь. Когда они проходят через линзу, их заставляют изгибаться внутрь. Другими словами, лучи света выходят из линзы и сходятся. След луча показывает, что они очерчивают форму конуса света. Измерение расстояния от вершины до объектива показывает фокусное расстояние. Это измерение выполняется, когда объектив формирует изображение объекта на бесконечности (насколько видит глаз). Величина внутреннего изгиба световых лучей зависит от формы линзы (ее фигуры) и плотности материала линзы (показателя преломления).

Измерение расстояния от вершины сходящихся лучей до линзы является переменной величиной. Это расстояние будет самым коротким, когда объектив отображает объект на бесконечности. Для объектива с фокусным расстоянием 50 мм это расстояние составляет 50 мм. Если на этом же объективе изображение объекта ближе бесконечности, это расстояние, которое теперь называется задним фокусом, увеличивается. При единице (увеличение в натуральную величину или увеличение 1: 1) задний фокус будет 100 мм. Другими словами, когда мы фокусируемся на объектах на расстояниях, меньших бесконечности, весь массив линз должен быть перемещен вперед, чтобы приспособиться к теперь удлиненному расстоянию задней фокусировки. Мы фокусируемся, наклоняя объектив вперед или назад так, чтобы вершина сходящихся световых лучей просто отрывалась от поверхности пленки или цифрового датчика изображения.

Серьезные фотографы, вероятно, носят с собой свои камеры и сумку с гаджетами, заполненную объективами с разным фокусным расстоянием. Этот арсенал линз является инструментом нашей торговли. С появлением современного зум-объектива с регулируемым фокусным расстоянием количество линз в сумке для гаджетов значительно уменьшилось.

Создание хорошего зум-объектива - трудная задача. Только в последние годы мы уменьшили дополнительные аберрации и искажения, которые вызывает зум-объектив. Я думаю, вы также должны знать, что при увеличении изображения происходят глубокие изменения яркости изображения. Современная оптика покорила большинство проблем. Цель состоит в том, чтобы сделать верный образ. Несколько лет назад это просто мечта; мы все с нетерпением ждем еще больших улучшений.

Зум работает, заставляя положение отдельных элементов объектива перемещаться относительно друг друга. Все время расстояние заднего фокуса должно оставаться постоянным, поэтому резкий фокус сохраняется во время увеличения. Что касается яркости изображения, некоторые дорогие зум-объективы сохраняют постоянную диафрагму по всему зуму, хотя большинство из них не работают при верхнем увеличении. Это нормально, потому что современный корпус камеры считывает экспозицию, хотя объектив сохраняет хорошую экспозицию.

Мы перемещаем объектив вперед и назад, чтобы сфокусироваться на разных расстояниях от объекта. Мы переставляем линзовые элементы внутри ствола, чтобы получить необходимое изменение фокусного расстояния.

Answer 4

Почему бы нам просто не сделать это?

В таком случае, почему бы просто не иметь один элемент линзы? Вы всегда можете найти объектив с заданным уровнем увеличения, верно?

Объективы имеют несколько элементов, в основном, для исправления различных видов аберраций, и они предназначены для проецирования изображения на фиксированное расстояние. Простое перемещение всего устройства дальше от датчика или ближе к нему, вероятно, не даст такой же производительности - вы можете потерять резкость, получить повышенную хроматическую аберрацию и т. Д. Кроме того, вы наверняка потеряете фокус при масштабировании, тогда как многие объективы сохраняют фокус или, по крайней мере, почти сохраняйте фокус при масштабировании.