Коли ви читаєте про зум-лінзи, відносно поширений коментар, який з'являється в оглядах деяких об'єктивів (особливо лінз нижчої ціни), полягає в тому, що лінза не така гостра ("м'яка") на одному або обох кінцях діапазону збільшення фокусної відстані. .
Чому лінза мала різну ступінь різкості при різній фокусній відстані, і чому крайності будуть найгіршими?
Відповіді:
Попередження: це ще одна моя відповідь на "довжину книги" ... :-)
Почнемо з короткого огляду того, як працює зум-лінза. Розглянемо найпростішу можливу конструкцію лінз - єдиний елемент. Одна велика проблема з одноелементною лінзою полягає в тому, що фокусна відстань об'єктива визначає відстань, яке повинен бути елемент від площини / датчика плівки, щоб привести сцену у фокус, тому об'єктив на 300 мм (наприклад) повинен бути 300 мм від датчика, щоб зосередити увагу на нескінченності. І навпаки, ширококутний об'єктив повинен бути дійсно близьким до площини / датчика плівки, щоб зосередити увагу на нескінченності.
Хоча дизайнери лінз незабаром з’ясували досить прикольний трюк: вони могли створити довгу ефективну фокусну відстань, поставивши короткий фокусний проміжок елемента спереду та (трохи слабший) негативний елемент за ним. За допомогою негативного елемента світло потрапляє на площину плівки під точно таким же кутом (іми), як ніби воно було заломлене довгою лінзою. Перебільшуючи трохи (або багато), ми отримуємо заміну на зразок наступного:
Обидва об'єктиви мають однакову фокусну відстань, але (очевидно, достатньо) другий фізично трохи коротший - він не повинен стирчати передню частину камери майже так далеко.
Однак подвоєний верхній рядок у другому дизайні приводить нас до другої точки: хроматичної аберації. "Внутрішня" лінія являє собою синє світло, що проходить крізь лінзи, а "зовнішня" лінія - червоне світло. Через коротшу довжину хвилі блакитне світло завжди заломлюється (зігнуто) більше, коли воно проходить через лінзу, ніж червоне світло. Однак, залежно від скла, різниця між заломленням червоного та синього світла може бути досить великою або відносно малою.
Якщо ми підберемо правильне скло для переднього та заднього елемента, ми зможемо досягти приблизно того, що показано на малюнку - кількість додаткового вигину в передньому елементі точно компенсується кількістю додаткового вигину у другому елементі, тому червоне та синє світло потрапляють у фокус рівно разом.
Однак із зум-лінзою все не виходить так легко. Щоб отримати зум-лінзу, ми беремо другу конструкцію, але переміщаємо задній елемент відносно переднього елемента. У цьому випадку, якщо ми перемістимо передній елемент вперед, синє світло буде менше відходити від червоного при введенні другого елемента, а оскільки позаду другого елемента більше немає місця, воно буде зігнуте більше - як Таким чином, замість того, щоб точно зосередитися у фокусі, синє світло опиниться «поза» червоним світлом, яке відобразиться на малюнку як хроматична аберація.
І навпаки, якщо задній елемент перенести назад ближче до датчика, синє світло буде відходити далі від червоного світла, коли воно потрапить до другого елемента. Тоді, оскільки другий елемент знаходиться ближче до датчика, він не збіжиться з червоним, тож він все-таки "всередині" залишиться червоним, коли потрапить до датчика - знову ж, хроматична аберація (але в зворотному напрямку ).
Якби ми це залишили, масштабні лінзи були б дуже жахливими - кожна зміна фокусної відстані давала б величезну кількість СА. Для боротьби з цим елементи групуються. Замість просто переднього та другого елементів, при цьому один компенсує ЦС, введений іншим, у вас є дві групи елементів, кожен з яких компенсує свій власний СА, а переміщення груп відносно один одного не означає змінити СА взагалі.
Це все ще не так просто. Фізично неможливо, щоб група елементів повністю компенсувала СА. Елемент завжди відгинає синє світло на якийсь кут , більший за кут, під яким він вигинає червоне світло. У кращому випадку, якщо ви покладете елементи дійсно близько один до одного, ви можете отримати червоний і синій світло, який подорожує дуже близько і майже паралельно, але все ще трохи розділений. Якщо ви нахилите їх назад один до одного, вони сходяться лише на одній точній відстані; на будь-якій іншій відстані ви збираєтеся закінчити роботу з CA в той чи інший бік.
Як уже зазначалося, однак із зум-об'єктивом відстані, що займаються, повинні змінюватися. Зазвичай дизайнер об'єктивів - це спробувати звести до мінімуму найгірший випадок. Зробити це досить легко (принаймні теоретично): він дивиться на діапазон, по якому рухається задній елемент, і визначає кут, який створює збіжність точно в середині цього діапазону. Таким чином він розбиває речі, тож він перейде в одну сторону, коли задній елемент буде наближатися до датчика, а в інший бік, коли він рухатиметься далі. Звичайно, це насправді не лише задні елементи - він повинен дивитись на поєднання всіх рухів усіх груп елементів (і, звичайно, враховувати дисперсію, введену кожним).
Однак, коли він розбирається в діапазоні, він, як правило, мінімізує найгірший випадок, розділяючи різницю - оптимізуючи приблизно до середини діапазону, так що він стає трохи гіршим у кожному напрямку. Виняток - лінза, яку, як очікується, використовуватимуть в основному на тому чи іншому кінці. У цьому випадку може мати сенс оптимізувати приблизно очікуваний діапазон використання та жити з тим фактом, що найгірший випадок стане гіршим, ніж це насправді повинно бути.
Звичайно, це також розглядає лише один із кількох факторів, важливих для дизайну лінз - дизайнер також повинен враховувати (принаймні) кому, астигматизм, віньєтування, викривлення та сферичну аберацію - не кажучи вже про кілька незначних деталей, таких як розмір, вага, вартість та просто можливість виготовити справжній об'єктив, який працює так, як він його розробив.
На жаль, я також бачив лінзи, де центральна фокусна відстань найгірша, тому ваше припущення не завжди правильне.
В основному зум зроблений з рухомих оптичних елементів, і вони повинні рухатися відносно один одного, щоб змінити фокусну відстань об'єктива. Інженери-оптики відповідають за оптимізацію продуктивності протягом усього масштабування з фіксованим набором деталей у фіксованому порядку. Ви можете уявити, що це важкий процес.
Кінцівки є більш вразливими до проблем, оскільки оптичні елементи разом найкраще працюють у встановленому положенні та чим далі від цього положення, тим далі від оптимальної продуктивності.
Дизайн лінз із збільшенням (на відміну від основного (однофіксованого фокусного відстані)) об'єктива, як правило, досить складний. За допомогою основної лінзи набагато простіше виправити такі оптичні відхилення, як хроматична аберація, сферична аберація, спотворення тощо, і так з меншою кількістю елементів лінзи. Чим менше елементів лінз (окремих скляних лінз, що використовуються при побудові складних об'єктивів камери), тим краще буде якість вашого зображення, оскільки кожен шклянку впливатиме на фокусування світла.
Збільшувальні лінзи, як правило, мають більше об'єктивних елементів, ніж прості лінзи, іноді значно більше. Що стосується ширшої фокусної відстані, то деякі зум-лінзи довші, ніж фокусна відстань, і потребують групи "ретрофокальної" в задній частині. Кожен з цих додаткових лінзових елементів додає оптичні відхилення, деякі виправляють аберації інших елементів лінзи. У зум-об'єктиві оптична корекція повинна бути виконана таким чином, щоб вона забезпечувала найкращу загальну якість у всьому діапазоні збільшення, що зазвичай означає, що десь слід робити компроміс (не можна мати торт і їсти його теж.)
Зум-лінзи зазвичай мають "гостріші" точки і "м'якші" точки. Воно не завжди знаходиться в крайній точці фокусного діапазону ... іноді справа в середині. Іноді компроміс приходить ціною різкості зображення "краю" порівняно з "центральною" різкістю, яка може бути гіршою на одну фокусну відстань, ніж інша. У будь-якому випадку, розміщення фокусного діапазону вимагає компромісу через необхідну складність.
Лінзи вищої якості часто використовують більш вдосконалену оптику для корекції аберацій, як правило, за значних витрат. Лінза середнього діапазону може просто використовувати більше лінз для виправлення відхилень і ігнорувати, як змінюються аберації в межах фокусного діапазону. Професійні лінзи вищого класу будуть враховувати мінливість у відхиленнях, використовувати вдосконалені оптики, такі як скло високої щільності, низькодисперсне скло, асферичні елементи лінз, елементи флюоритових лінз, апохроматичні елементи лінз, додаткові коригуючі групи тощо, щоб підтримувати найвищу якість у всьому фокусі діапазон зум-об'єктива. Компроміси все-таки повинні бути зроблені щодо простих лінз, однак ступінь компромісу, як правило, значно менша.
Лінзи передбачають значні виправлення відхилень. Ці відхилення відомі як аберації. Існують різноманітні аберації, деякі з найбільш поширених - сферичні, астигматизм, хроматичні, коматозні, бочкові, пінцетні, викривлення поля та поза фокусом.
Якби цих аберацій не існувало, розробити лінзи було б дуже просто. Просто покладіть об'єктив або два прямолінійно, і ви будете мати ідеальне зображення кожного разу. Але ми знаємо, що ці аберації існують. Повністю виправити ці аберації неможливо ні для однієї, але для єдиної точки. Чим більше таких аберацій, тим "м'яким" буде виглядати образ.
Можна мінімізувати спотворення протягом великого періоду часу, в основному, роблячи дорожчі лінзи. Дорожчі лінзи походять від виготовлення лінз не сферичної форми, які важче виготовити.
Чим більше ви віддаляєтесь від солодкого плями об'єктива, тим він буде більш м'яким. Зміни фокусної відстані, діафрагми та фокусної відстані - все це впливає на солодке місце. Таким чином, зміна будь-якого з 3 погіршить якість. Якщо лінза досить високої якості, деградація ледь буде помітна.