Come si legge sugli obiettivi zoom, un commento relativamente comune che emerge dalle recensioni di alcuni obiettivi (in particolare obiettivi a basso costo) è che l'obiettivo non è così nitido ("morbido") a una o entrambe le estremità della gamma di zoom della lunghezza focale .
Perché un obiettivo dovrebbe avere diversi livelli di nitidezza a diverse lunghezze focali e perché gli estremi dovrebbero essere i peggiori?
Risposte:
Attenzione: questa è un'altra delle mie risposte "lunghezza libro" ... :-)
Iniziamo con una rapida rassegna del funzionamento di un obiettivo zoom. Considera il design dell'obiettivo più semplice possibile: un singolo elemento. Un grosso problema con un obiettivo a elemento singolo è che la lunghezza focale dell'obiettivo determina la distanza dell'elemento dal piano / sensore del film per mettere a fuoco una scena, quindi un obiettivo da 300 mm (ad esempio) dovrebbe essere 300 mm di distanza dal sensore per mettere a fuoco sull'infinito. Al contrario, l'obiettivo grandangolare dovrebbe essere molto vicino al piano / sensore del film per mettere a fuoco sull'infinito.
I progettisti di obiettivi hanno ben presto scoperto un trucco piuttosto interessante: potevano creare una lunghezza focale molto efficace mettendo un elemento di lunghezza focale nella parte anteriore e un elemento negativo (leggermente più debole) dietro di esso. Con l'elemento negativo, la luce ha colpito il piano del film esattamente con gli stessi angoli come se fosse stata rifratta da una lente lunga. Esagerando un po '(o molto), otteniamo una sostituzione come la seguente:
Entrambi gli obiettivi hanno la stessa lunghezza focale effettiva, ma (ovviamente abbastanza) il secondo è fisicamente un po 'più corto - non deve sporgere dalla parte anteriore della fotocamera fino a questo punto.
La linea superiore raddoppiata nel secondo progetto, tuttavia, ci porta al nostro secondo punto: l'aberrazione cromatica. La linea "interna" rappresenta la luce blu che attraversa le lenti e la linea rossa "esterna". A causa della sua lunghezza d'onda più corta, la luce blu viene sempre rifratta (piegata) più mentre attraversa una lente rispetto alla luce rossa. A seconda del vetro, tuttavia, la differenza tra la rifrazione della luce rossa e blu può essere piuttosto grande o relativamente piccola.
Se scegliamo il vetro giusto per la parte anteriore rispetto all'elemento posteriore, possiamo ottenere all'incirca ciò che è mostrato nell'immagine: la quantità di flessione aggiuntiva nell'elemento anteriore è esattamente compensata dalla quantità di flessione aggiuntiva nel secondo elemento, quindi il la luce rossa e blu vengono messe a fuoco esattamente insieme.
Con un obiettivo zoom, tuttavia, le cose non funzionano così facilmente. Per ottenere un obiettivo zoom, prendiamo il secondo design, ma spostiamo l'elemento posteriore rispetto all'elemento anteriore. In questo caso, se spostiamo in avanti l'elemento frontale, la luce blu si sarà differenziata meno dal rosso quando entrano nel secondo elemento, e poiché non c'è più spazio dietro il secondo elemento, sarà piegato di più - come un risultato, invece di mettere a fuoco esattamente insieme, la luce blu finirà "fuori" dalla luce rossa, che apparirà nell'immagine come aberrazione cromatica.
Al contrario, se l'elemento posteriore viene spostato di nuovo più vicino al sensore, la luce blu si sarà allontanata ulteriormente dalla luce rossa quando arriva al secondo elemento. Quindi, poiché il secondo elemento è più vicino al sensore non converge con il rosso, così finirà ancora "dentro" il rosso quando arriva al sensore - di nuovo, aberrazione cromatica (ma nella direzione opposta ).
Se lo lasciassimo a quel punto, gli obiettivi zoom sarebbero tutti piuttosto orribili: ogni cambiamento nella lunghezza focale darebbe enormi quantità di CA. Per combatterlo, gli elementi sono raggruppati. Invece del solo elemento frontale e del secondo elemento, con uno che compensa la CA introdotto dall'altro, avresti due gruppi di elementi, ognuno dei quali compensa la propria CA, e spostare i gruppi l'uno rispetto all'altro non cambiare la CA a tutti.
Tuttavia non è ancora così semplice. È fisicamente impossibile per un gruppo di elementi compensare completamente la CA. Un elemento piega sempre la luce blu di un angolo maggiore dell'angolo a cui piega la luce rossa. Nella migliore delle ipotesi, se si mettono gli elementi molto vicini tra loro, è possibile ottenere la luce rossa e blu che viaggiano molto vicini tra loro e quasi parallele, ma comunque leggermente separate. Se li pieghi l'uno verso l'altro, convergeranno solo a una distanza esatta; a qualsiasi altra distanza, finirai con CA in una direzione o nell'altra.
Come già notato, tuttavia, con un obiettivo zoom, le distanze coinvolte devono cambiare. Ciò che il progettista dell'obiettivo normalmente farà è cercare di ridurre al minimo il CA peggiore. Farlo è abbastanza facile (almeno in teoria): osserva l'intervallo attraverso il quale si muove l'elemento posteriore e capisce l'angolo che produrrà convergenza esattamente al centro di quell'intervallo. In questo modo sta dividendo le cose, quindi otterrà CA in una direzione quando l'elemento posteriore si avvicina al sensore e nell'altra direzione quando si allontana. Ovviamente, non è proprio solo l'elemento posteriore, ma deve guardare la combinazione di tutti i movimenti di tutti i gruppi di elementi (e tenere conto della dispersione introdotta da ciascuno, ovviamente).
Una volta che ha individuato l'intervallo, tuttavia, di solito riduce al minimo il caso peggiore suddividendo la differenza - ottimizzando per circa il centro dell'intervallo, quindi peggiora leggermente in ogni direzione. L'eccezione è una lente che dovrebbe essere utilizzata principalmente da una parte o dall'altra. In questo caso, può essere logico ottimizzare circa l'intervallo di utilizzo previsto e convivere con il fatto che il caso peggiore sarà peggiore di quello che dovrebbe essere.
Naturalmente, questo sta anche esaminando solo uno dei numerosi fattori importanti per la progettazione di un obiettivo: il designer deve anche tenere conto (almeno) del coma, dell'astigmatismo, della vignettatura, della distorsione e dell'aberrazione sferica, per non parlare di un alcuni dettagli minori come dimensioni, peso, costo e la semplice capacità di produrre un obiettivo reale che funziona nel modo in cui è stato progettato.
Purtroppo ho visto anche obiettivi in cui le focali centrali sono le peggiori, quindi il tuo presupposto non è sempre corretto.
Fondamentalmente uno zoom è fatto di elementi ottici in movimento e devono spostarsi l'uno rispetto all'altro per cambiare la lunghezza focale dell'obiettivo. Gli ingegneri ottici sono responsabili dell'ottimizzazione delle prestazioni in tutto lo zoom con un set fisso di parti in un ordine fisso. Puoi immaginare che sia un processo difficile.
Le estremità sono più vulnerabili ai problemi perché gli elementi ottici insieme funzionano spesso meglio in una posizione prestabilita e più sono lontani da quella posizione, più lontano dalle prestazioni ottimali.
Il design dell'obiettivo zoom, a differenza del design dell'obiettivo primo (lunghezza focale fissa singola), tende ad essere piuttosto complesso. Con una lente primaria, è molto più facile correggere le aberrazioni ottiche come aberrazione cromatica, aberrazione sferica, distorsione, ecc. E così via con un minor numero di elementi dell'obiettivo. Meno elementi dell'obiettivo (singoli obiettivi di vetro utilizzati nella costruzione di un obiettivo fotografico complesso), migliore sarà la qualità dell'immagine in generale, poiché ogni pezzo di vetro influirà sulla messa a fuoco della luce.
Gli obiettivi zoom hanno generalmente più elementi dell'obiettivo rispetto agli obiettivi primari, a volte considerevolmente di più. Quando si tratta di lunghezze focali più ampie, alcuni obiettivi zoom sono più lunghi della loro lunghezza focale e richiedono un gruppo "retrofocale" sul retro. Tutti questi elementi extra dell'obiettivo si aggiungono ciascuno alle aberrazioni ottiche, alcune correggendo le aberrazioni di altri elementi dell'obiettivo. In un obiettivo zoom, la correzione ottica deve essere eseguita in modo tale da produrre la migliore qualità complessiva in tutto il campo dello zoom, il che di solito significa che un compromesso deve essere fatto da qualche parte (non puoi avere la tua torta e mangiarla anche.)
Gli obiettivi zoom di solito hanno punti "più nitidi" e punti "più morbidi". Non è sempre agli estremi della gamma focale ... a volte è proprio nel mezzo. A volte il compromesso viene a scapito della nitidezza "ai bordi" dell'immagine rispetto alla nitidezza "al centro", che può essere peggiore a una lunghezza focale rispetto a un'altra. Ad ogni modo, soddisfare una gamma focale variabile richiede un compromesso a causa della necessaria complessità.
Gli obiettivi di qualità più elevata utilizzeranno spesso ottiche più avanzate per correggere le aberrazioni, generalmente a costi considerevoli. Una lente di fascia media può semplicemente usare più lenti per correggere le aberrazioni e ignorare come le aberrazioni cambiano in tutta la gamma focale. Una lente professionale di alto livello terrà conto della variabilità delle aberrazioni, utilizzerà ottiche avanzate come vetro ad alta densità, vetro a bassa dispersione, elementi asferici, elementi lenti in fluorite, elementi lenti apocromatici, gruppi correttivi extra, ecc. Per mantenere la massima qualità in tutto il focale gamma di un obiettivo zoom. I compromessi devono ancora essere fatti rispetto alle lenti primarie, tuttavia il grado di compromesso tende ad essere molto inferiore.
Le lenti comportano correzioni significative per anomalie. Queste anomalie sono note come aberrazioni. Esistono diverse aberrazioni, alcune delle più comuni sono sferiche, astigmatismo, cromatico, coma, barile, puntaspilli, curvatura del campo e sfuocato.
Se queste aberrazioni non esistessero, il design dell'obiettivo sarebbe molto semplice. Metti semplicemente una o due lenti in linea retta e avrai sempre un'immagine perfetta. Ma sappiamo che esistono queste aberrazioni. È impossibile correggere completamente queste aberrazioni, tranne che per un singolo punto. Più di queste aberrazioni ci sono, più "morbida" apparirà un'immagine.
Si può ridurre al minimo la distorsione per un lungo periodo di tempo, principalmente realizzando obiettivi più costosi. Le lenti più costose derivano dalla realizzazione di lenti di forma non sferica, che sono più difficili da produrre.
Più ti allontani dal punto debole dell'obiettivo, più morbido sarà. I cambiamenti di lunghezza focale, apertura e distanza focale sono tutti fattori che influenzano il punto debole. Pertanto, la modifica di uno qualsiasi dei 3 riduce la qualità. Se l'obiettivo ha una qualità abbastanza elevata, il degrado sarà appena percettibile.