Предупреждение: это еще один из моих ответов "длина книги" ...: -)
Давайте начнем с краткого обзора того, как работает зум-объектив. Рассмотрим простейшую конструкцию объектива - один элемент. Одна большая проблема с одноэлементным объективом состоит в том, что фокусное расстояние объектива определяет расстояние, которое элемент должен быть от плоскости / датчика пленки, чтобы сфокусировать сцену, поэтому необходимо, чтобы объектив 300 мм (например) 300 мм от датчика, чтобы сосредоточиться на бесконечности. И наоборот, широкоугольный объектив должен быть действительно близко к плоскости пленки / сенсору, чтобы фокусироваться на бесконечности.
Дизайнеры объективов вскоре придумали довольно крутой трюк: они могли создать длинное фокусное расстояние эффективное , поместив короткий элемент фокусного расстояния спереди и (немного более слабый) отрицательный элемент позади него. При наличии отрицательного элемента свет попадает на плоскость пленки точно под тем же углом (ами), как если бы он преломлялся длинной линзой. Немного преувеличивая (или много), мы получаем подстановку, подобную следующей:
Оба объектива имеют одинаковое эффективное фокусное расстояние, , но (очевидно, достаточно), второй физически немного короче - он не должен высовывать переднюю часть камеры почти так же далеко .
Удвоенная верхняя линия во втором дизайне, однако, подводит нас к нашей второй точке: хроматической аберрации. «Внутренняя» линия представляет синий свет, проходящий через линзы, а «внешняя» линия - красный свет. Из-за более короткой длины волны синий свет всегда преломляется (сгибается) больше, когда проходит через линзу, чем красный свет. Однако в зависимости от стекла разница между преломлением красного и синего света может быть довольно большой или относительно небольшой.
Если мы выберем подходящее стекло для переднего элемента против заднего элемента, мы сможем примерно достичь того, что показано на рисунке - величина дополнительного изгиба в переднем элементе точно компенсируется величиной дополнительного изгиба во втором элементе так что красный и синий свет попадают в фокус точно вместе.
Однако с зум-объективом все получается не так просто. Чтобы получить зум-объектив, мы берем второй дизайн, но перемещаем задний элемент относительно переднего элемента. В этом случае, если мы передвинем передний элемент вперед, синий свет будет отклоняться на меньше от красного, когда они войдут во второй элемент, и, поскольку позади второго элемента больше нет места, он будет больше изгиба - в результате, вместо того, чтобы сфокусироваться точно вместе, синий свет окажется "снаружи" красного света, который будет отображаться на изображении как хроматическая аберрация.
И наоборот, если задний элемент перемещается назад ближе к датчику, синий свет будет отклоняться дальше от красного света, когда он попадает на второй элемент. Затем, поскольку второй элемент находится ближе к датчику, он не будет сходиться с красным, поэтому он все равно будет «внутри» красного, когда попадет на датчик - опять же, хроматическая аберрация (но в противоположном направлении ).
Если бы мы оставили все как есть, все зум-объективы были бы довольно ужасными - каждое изменение фокусного расстояния давало бы огромных количеств СА. Для борьбы с этим элементы сгруппированы. Вместо только переднего элемента и второго элемента, с одним, компенсирующим CA, введенным другим, у вас будет две группы элементов, каждая из которых компенсирует свой собственный CA, и перемещение групп относительно друг друга не изменить CA на всех.
Хотя все еще не так просто. Для группы элементов физически невозможно полностью компенсировать CA. Элемент всегда изгибает синий свет на некоторый угол , который больше угла, под которым он изгибает красный свет. В лучшем случае, если вы поместите элементы очень близко друг к другу, вы можете получить красный и синий свет, движущиеся очень близко друг к другу и почти параллельно, но все же немного разделенные. Если вы наклоните их друг к другу, они будут сходиться только на одном точном расстоянии; на любом другом расстоянии вы получите CA в одном или другом направлении.
Однако, как уже отмечалось, при использовании зум-объектива соответствующие расстояния должны меняться. То, что дизайнер обычно собирается сделать, это попытаться минимизировать СА наихудшего случая. Сделать это довольно легко (по крайней мере, теоретически): он смотрит на диапазон, через который перемещается задний элемент, и вычисляет угол, который приведет к сходимости точно в середине этого диапазона. Таким образом, он разделяет вещи, поэтому он будет получать СА в одном направлении, когда задний элемент перемещается ближе к датчику, и в другом направлении, когда он движется дальше. Конечно, на самом деле это не только задний элемент - он должен смотреть на комбинацию всех движений всех групп элементов (и, конечно, учитывать дисперсию, вносимую каждой из них).
Однако, как только он определил диапазон, он обычно сводит к минимуму наихудший случай, разделяя разницу - оптимизируя примерно середину диапазона, так что в каждом направлении становится немного хуже. Исключением является объектив, который предполагается использовать в основном на одном конце или другом. В этом случае может иметь смысл оптимизировать приблизительно для ожидаемого диапазона использования и учитывать тот факт, что в худшем случае будет хуже, чем на самом деле.
Конечно, это также рассматривает только один из нескольких факторов, важных для конструкции объектива - дизайнер также должен принимать во внимание (по крайней мере) кому, астигматизм, виньетирование, искажение, и сферическая аберрация - не говоря уже о некоторых незначительных деталях, таких как размер, вес, стоимость, и просто возможность изготовить настоящий объектив, который работает так, как он сконструирован.