Незалежно від того, чи є зум-лінза постійною діафрагмою чи змінна діафрагма, по-перше, це стосується конструкції, по-друге, це стосується таких механічних факторів, як відкриття або закриття діафрагми.
Зум-об'єктив працює за рахунок переміщення деяких елементів, щоб змінити фокусну відстань. Це працює через рівняння фокусної відстані товстої лінзи:
(1) Phi = phi_1 + phi_2 - (t / n) * phi_1 * phi_2
(2) EFL = 1 / Phi
Де Phi - загальна оптична потужність товстої лінзи, phi_1 і phi_2 - оптична потужність першої та другої поверхні, t - товщина між ними, а n - показник заломлення лінзи. EFL означає ефективну фокусну відстань і називається фокусною відстанню.
Будь-яка оптична система, що містить будь-яку кількість елементів, може бути точно змодельована як одна тонка лінза. Це рівняння також працює для тонких лінз, але термін t / n зникає, оскільки t = 0. Об'єктив розміром 50 мм f / 1,8 можна моделювати як єдину тонку лінзу фокусної відстані 50 мм, як і об'єктив 18-300 мм, встановлену на 50 мм.
Ви також можете використовувати цю формулу для моделювання 2 тонких лінз. Поки лінзи позитивні, ви можете бачити, що, відсунувши їх далі, термін t / n буде збільшуватися. У міру його зростання потужність зменшується, а фокусна відстань збільшується.
У цьому суть зум-об'єктива.
Як тільки ви введете зупинку діафрагми в оптичну систему, ви отримаєте те, що відоме як вхідні та вихідні зіниці . Вхідним зіницею є зображення стопового отвору, утвореного елементами перед ним, а вихідним зіницею є зображення упору діафрагми, утвореного елементами, що знаходяться за ним.
Зіниці мають положення та розмір так само, як елемент лінзи або власне зупинка діафрагми. F / # лінзи може бути апроксимована
(3) f / # = EFL / EPD
Якщо f / # - "фокусне співвідношення", EFL - ефективна фокусна відстань, а EPD - діаметр вхідної зіниці.
Давайте приклеїмо упор діафрагми посередині двох тонких лінз, розділених повітрям. Якщо ми збільшимо EFL системи лінз, перемістивши лінзу спереду вперед, EPD зміниться разом із нею. Якщо ми збільшимо коефіцієнт коефіцієнта корисної дії лінзи, перемістивши лінзу назад, ЕПД не зміниться з нею, оскільки ця лінза жодним чином не впливає на вхідну зіницю.
Так трапляється, що якщо не зробити надзвичайно великий діапазон масштабування, збільшення зупинки діафрагми, відповідальної за EPD, збільшується з тією ж швидкістю, як і фокусна відстань. Оскільки чисельник і знаменник (3) змінилися на однакову відносну величину, співвідношення залишається однаковим, і, таким чином, наша лінза, можливо, перемістилася з 70 мм до 200 мм і підтримувала діафрагму f / 4.
Якби ми перемістили об'єктив ззаду, лінза сповільнилася б приблизно до f / 10 або близько того, збільшивши масштаб від 70 до 200 мм.
Сучасний зум-об'єктив має 3 або 4 групи масштабування, тому це складніше, ніж це просте пояснення. Якщо всі вони знаходяться перед зупинкою діафрагми, це все одно так. Якщо більшість із них перебуває перед зупинкою діафрагми, виготовлення буде, як правило, запрограмувати діафрагму на відкриття / закриття, в той час як об'єктив збільшується та просто обманює проміжок, щоб він поводився як лінза постійної діафрагми.
Вам може бути цікаво, чому б просто не поставити всі групи перед зупинкою і зробити це з нею - є дві ключові мотивації:
1) Якщо ви змусите все масштабування перед зупинкою діафрагми, об'єктив обов'язково довший, ніж якби він міг масштабувати обидві сторони.
2) Простіше спроектувати добре відкориговану лінзу, якщо вам дозволяють змінювати положення елементів з обох сторін.