Насколько широким должен быть передний элемент объектива с учетом фокусного расстояния и диафрагмы?

Question

Очевидно, что объектив с фокусным расстоянием F и диафрагмой 1 / f должен иметь ширину не менее F / f мм. Может быть, немного больше, чтобы приспособить угол зрения.

Однако у линз, как правило, более широкие передние элементы, чем у F / f. Например, моя Sony 24-240 3.5-6.3 имеет фильтр с резьбой 72 мм, а передний элемент не намного меньше этого. Но 240 / 6,3 = 39, так что, теоретически, передний элемент не должен иметь гораздо шире 39 мм, если учитывать только F / f.

Есть ли другая физическая причина для этого?

Answer 1

Объективы с очень узкими углами зрения требуют использования передних элементов, которые примерно равны размеру входного зрачка. Типичный телеобъектив имеет передний элемент менее чем на 10% больше, чем у входного зрачка при максимальной диафрагме объектива. Это связано с тем, что световые лучи, собранные линзой, почти перпендикулярны плоскости изображения, и входной зрачок не будет намного больше диаметра переднего элемента.

Но при более широких углах обзора и близком расстоянии объекта входной зрачок может быть намного больше, чем передний элемент:

Простой одноэлементный объектив:

Многоэлементный составной объектив:

Если бы передний элемент широкоугольного объектива был достаточно большим для того, чтобы входной зрачок был полностью виден от предметов, центрированных по оптической оси объектива, объектив мог бы сильно виньетировать свет, исходящий от частей оси вне кадра , Таким образом, широкоугольные линзы имеют тенденцию иметь гораздо большие передние элементы, чем размер входного зрачка, так что большая часть входного зрачка видна с более периферийных частей поля зрения.

Если части поля зрения объектива закрыты от полного обзора входного зрачка, это может привести к темным углам и странной форме не в фокусе. Рассмотрим объективы с широкой апертурой и даже нормальным полем зрения:

Говорят, что у такого объектива "кошачий глаз" боке :

Даже если нет механического виньетирования, вызванного тубусом объектива, с более широких углов входной зрачок выглядит скорее продолговатой формы, чем круга.

Сравните эти примеры, предназначенные для полнокадровых камер:

• Canon EF 300mm f / 4 имеет резьбу фильтра 77 мм. 300 мм / 4 75 мм
• Canon EF 100mm f / 2 имеет 58 мм резьбу фильтра. 100мм / 2 - это 50мм
• Canon EF 85mm f / 1.8 имеет 58 мм резьбу фильтра. 85 / 1,8 - 47 мм
• Canon EF 50mm f / 1.4 имеет резьбу фильтра 58 мм. 50 мм / 1,4 - 36 мм
• Canon EF 35mm f / 2 имеет резьбу фильтра 67 мм. 35/2 составляет 17 мм
• Canon EF 24mm f / 1.4 имеет резьбу фильтра 77 мм. 24 мм / 1,4 - 17 мм

Ваш объектив 24-240 мм f / 3,5-6,3, имеющий передний элемент шириной около 72 мм, вероятно, больше относится к уменьшению виньетирования при 24 мм и f / 3,5, чем к необходимому входному зрачку для 240 мм и f / 6.3.