Quando si esegue lo zoom in avanti con un obiettivo su una reflex, perché l'obiettivo va dentro e fuori?


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Immagino che si tratti più dell'ottica che della fotografia, ma ho appena ottenuto una reflex con un obiettivo 18-55 di base. Ho notato che quando si passa da 18 a 55 o da 55 a 18 l'obiettivo torna fisicamente dentro e poi torna fisicamente indietro?

Cosa sta succedendo lì? Penserei che se sto ingrandendo l'obiettivo, il 100% delle volte dovrebbe spegnersi, ma l'obiettivo si spegne e poi rientra.


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@mattdm Entrambe le risposte esistenti sono corrette - dipende dall'obiettivo. Ecco perché entrambi sembrano plausibili. Uno zoom che ha una lunghezza focale più corta in qualsiasi punto rispetto alla distanza flangia-sensore deve essere retrofocale. Allo stesso modo, se il centro ottico è più vicino al centro della lunghezza focale apparente in qualsiasi punto, deve essere teleobiettivo. Alcuni obiettivi sono entrambi, a seconda dell'impostazione della lunghezza focale. La Nikon 18-200 deve essere retrò a 18 mm, ma è lunga solo 162 mm e completamente estesa. Aggiungi la distanza della flangia, quindi considera la posizione del centro ottico dell'obiettivo: è il teleobiettivo. QED

Potresti per favore togliere l'obiettivo dal corpo, guardare l'elemento più arretrato e dirci come si muove quando si ingrandisce da 18 a 55 mm?
Edgar Bonet,

Mi pare di capire la risposta di DragonLord, la spiegazione è che le lenti retrofocal aumentano in estensione come zoom out , e teleobiettivi aumentare in estensione come lo zoom in , e che questo tipo di croci di lenti tra i due. La risposta di Edgar Bonet afferma che questo "passaggio" di direzione dell'estensione dell'obiettivo avviene anche con design completamente retrofocal e che se l'obiettivo risulta essere anche un teleobiettivo quando si ingrandisce abbastanza, questo è casuale. Quale di questi è vero?
Mattdm,

@EdgarBonet - il movimento dell'elemento posteriore e anteriore) da solo non è sufficiente per determinare in entrambi i casi un determinato obiettivo; dovresti portare l'obiettivo a gruppi ed elicoidi per essere sicuro che il disegno non sia pubblicato.

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@Zach: puoi non accettare la risposta di DragonLord secondo la sua richiesta? Vedi sotto ....
mattdm

Risposte:


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Non esiste una relazione semplice tra la lunghezza fisica dell'obiettivo e la sua lunghezza focale. Ad esempio, un grandangolo di retrofocus è generalmente più lungo della sua lunghezza focale, mentre un teleobiettivo è più corto della sua lunghezza focale. All'interno di uno zoom, hai diversi gruppi di obiettivi che si muovono in modo indipendente. La lunghezza focale dello zoom dipende dalle posizioni relative dei gruppi e non è sempre semplicemente correlata alla lunghezza fisica dell'obiettivo. Detto questo, la spiegazione più semplice possibile per questo comportamento è che lo zoom potrebbe essere di un semplice design di retrofocus.

Zoom di retrofocus

Uno zoom di retrofocus è composto solo da due gruppi. Il gruppo frontale, di potenza rifrattiva negativa e distanza focale (negativa) f 1 , crea un'immagine intermedia virtuale dell'oggetto da qualche parte davanti all'obiettivo. Questo gruppo funziona in modo molto simile agli occhiali che le persone miopi indossano: porta l'oggetto “più vicino agli occhi”. La lunghezza focale di questo gruppo è vicina a -35 mm.

Il gruppo posteriore, di potenza di rifrazione positiva, rende sul sensore un'immagine reale invertita di questa immagine virtuale intermedia. L'immagine intermedia è l '"oggetto" per questo gruppo. L'immagine finale è come una copia invertita dell'immagine virtuale, ridimensionata con un fattore di ingrandimento m 2 vicino a -1, che è negativo perché l'immagine finale è invertita.

Supponendo che l'oggetto sia all'infinito, l'intero obiettivo ha una lunghezza focale f  =  f 1 × m 2 . Questo è un prodotto di due numeri negativi e il risultato è positivo.

obiettivo di retrofocus

Nel disegno semplificato sopra, il primo gruppo è l'obiettivo L1, il secondo gruppo è l'obiettivo L2, lo zoom è focalizzato su infinito, l'immagine intermedia è a sinistra, a una distanza x da L2, e il sensore è su P L'ingrandimento di L2 è m 2 = - x '/ x .

Con questo design, è facile ingrandire l'obiettivo spostando il secondo gruppo. Quando questo gruppo è più vicino al sensore, fornisce un piccolo ingrandimento (diciamo intorno a -0,5) e quindi una lunghezza focale più corta per l'intero obiettivo. Quando viene spostato in avanti, più vicino all'immagine intermedia, si ha un ingrandimento maggiore (diciamo intorno a -1,6) e quindi una lunghezza focale più lunga per l'intero obiettivo.

Tuttavia, quando si modifica l'ingrandimento di questo gruppo, cambia la distanza tra l'oggetto (in questo caso l'immagine intermedia) e l'immagine finale. Questa distanza è al minimo quando il gruppo si trova tra il suo oggetto e la sua immagine, cosa che accade quando l'ingrandimento è -1. Puoi verificarlo facilmente usando una lente d'ingrandimento per focalizzare l'immagine di una lampadina su un pezzo di carta: la distanza tra la lampadina e l'immagine focalizzata è minima quando l'immagine ha le stesse dimensioni dell'oggetto. Nel caso dell'obiettivo zoom, poiché l'immagine finale deve cadere in una posizione fissa (sul sensore), l'immagine intermedia deve essere spostata spostando il gruppo anteriore. Questo spiega il comportamento osservato del gruppo frontale: ingrandendo l'obiettivo da 18 mm a ~ 35 mm, l'ingrandimento m 2va da ~ -0,5 a -1 e il gruppo anteriore si avvicina al sensore. Mentre si esegue lo zoom da lì a 55 mm, m 2 passa da -1 a ~ -1,6 e il gruppo anteriore si allontana dal sensore.

Esempio 1

Questo è solo un modello teorico (sovra) semplificato per uno zoom in cui ogni gruppo è solo una lente sottile. Le lunghezze focali dei gruppi sono -35 mm (gruppo anteriore) e +35 mm (gruppo posteriore). Supponendo un oggetto all'infinito, ho calcolato le configurazioni dello zoom per tre lunghezze focali. La tabella seguente mostra le posizioni degli elementi dell'obiettivo (in mm dal sensore) in funzione della lunghezza focale su cui è impostato lo zoom:

┌───────────┬─────────┬─────────┐
│ f. length │ group 1 │ group 2 │
├───────────┼─────────┼─────────┤
│   18 mm   │  121.1  │    53   │
│   35 mm   │  105    │    70   │
│   55 mm   │  112.3  │    90   │
└───────────┴─────────┴─────────┘

Ed ecco un disegno, in scala:

zoom a 18, 35 e 55 mm

Il sensore è a destra. L'immagine intermedia (non disegnata) è di 35 mm a sinistra dell'elemento anteriore. La cosa interessante è che i movimenti dei gruppi (sia anteriori che posteriori) corrispondono a quello che ho visto sulla maggior parte degli zoom di medio raggio. Uno zoom reale può avere più gruppi (IS è stato menzionato), ma solo due sono realmente necessari per l'azione di zoom.

Esempio 2

Per un esempio più realistico, vedi questo brevetto per alcuni zoom Nikon 1 . Non è il miglior esempio perché questi obiettivi sono destinati a una fotocamera mirrorless. Tuttavia, una delle forme di realizzazione è uno zoom di gamma media di 10-30 mm (equivalente a 27-81), abbastanza vicino nel raggio di 18-55 per 1,6 ×.

Mi piace questo esempio per via delle figure. Si prega di dare un'occhiata alla figura a pagina 1, e più specificamente alle frecce in basso, sotto le etichette "G1" e "G2". Queste frecce mostrano il modo in cui i gruppi si muovono quando l'obiettivo viene ingrandito dall'ampio (W) al tele (T). Puoi vedere che il gruppo anteriore si sposta indietro e poi in avanti, mentre il secondo gruppo si sposta monotono in avanti. Questo è quello che ho visto su molti zoom di gamma ampia e media, anche se non su tutti (non sul Nikkor 18-70 per esempio). Potresti notare che il secondo gruppo ha alcuni sottogruppi, incluso un gruppo per la messa a fuoco (Gf) e un gruppo per la stabilizzazione dell'immagine (Gs). Questi sottogruppi sono tuttavia irrilevanti se si considera solo l'azione di zoom.

Comunque, la cosa interessante qui è che, sebbene alcuni degli esempi forniti abbiano tre gruppi di lenti, la maggior parte (inclusa la "forma di realizzazione preferita") ne ha solo due. Citando il brevetto (paragrafo 077 a pagina 67):

Un sistema ottico secondo la presente forma di realizzazione include, in ordine da un lato oggetto, un primo gruppo di lenti con potere di rifrazione negativo e un secondo gruppo di lenti con potere di rifrazione positivo.

Questa è esattamente la descrizione di un obiettivo di retrofocus.

Esempio 3

Ecco un altro brevetto di Nikon che può essere più rilevante poiché descrive principalmente il tipo 18-55 di zoom APS-C.

Gli esempi 1 e 2 di questo brevetto sono per un design di retrofocus così semplice, con un gruppo anteriore di lunghezza focale -31,51 mm e un gruppo posteriore di lunghezza focale +37,95 mm. Dalle tabelle dei dati vediamo che, ingrandendo l'obiettivo da 18 a 55 mm, il gruppo anteriore si sposta prima indietro (verso il sensore) e poi in avanti (lontano dal sensore) mentre il gruppo posteriore si sposta monotonamente in avanti.

Questo brevetto mostra anche che il semplice design a due gruppi che sto descrivendo qui non è l'unica opzione possibile. Considera l'esempio 5 di questo brevetto. Questo obiettivo ha quattro gruppi che si muovono tutti in modi diversi man mano che si ingrandisce l'obiettivo. Quando si esegue lo zoom da 18 a 55 mm, il gruppo anteriore si sposta indietro, quindi in avanti, e il gruppo posteriore si sposta monotonamente in avanti. Quindi, visto dall'esterno, sembra il semplice design a due gruppi dell'esempio 1, sebbene internamente sia piuttosto più complesso.

D'altra parte, questo particolare design non è in realtà così lontano dal semplice design di retrofocus. Se diciamo che i gruppi 2, 3 e 4 costituiscono una sorta di "supergruppo", allora l'obiettivo può essere descritto come un gruppo (G1) di potenza di rifrazione negativa seguito dal supergruppo (G234) di potenza di rifrazione positiva. Ancora una specie di retrofocus. Questa descrizione non è del tutto irragionevole poiché i gruppi 2, 3 e 4 si muovono più o meno allo stesso modo: si muovono tutti monotonamente in avanti quando l'obiettivo viene ingrandito dall'ampiezza al teleobiettivo e il loro movimento medio è maggiore dei movimenti relativi tra loro. Dalla tabella dei dati dell'obiettivo ho calcolato la lunghezza focale di questo supergruppo e ho scoperto che non cambia molto: solo da 38,6 mm all'estremità larga dello zoom a 34,8 mm all'estremità tele.

Anche se ho studiato solo alcuni brevetti, la mia conclusione è che una sorta di progetto di retrofocus (ma non necessariamente con solo due gruppi) è probabilmente su uno zoom se sono soddisfatte le seguenti tre condizioni:

  • l'obiettivo è più lungo della sua lunghezza focale con tutte le impostazioni
  • quando viene ingrandito da grandangolo a tele, l'elemento anteriore si sposta prima indietro (più vicino al sensore), quindi in avanti
  • quando ingrandito da largo a tele, l'elemento posteriore si sposta sempre in avanti.

È probabile che la prima condizione sia sempre soddisfatta dagli zoom SLR con una lunghezza focale massima non superiore a 55 mm.

PS: questa risposta è stata pesantemente modificata per unire meglio diverse modifiche. Nel processo ho incorporato un punto importante sollevato da Stan Rogers, vale a dire che il design semplice non è l'unico design possibile.


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Puoi spiegare in un linguaggio molto semplice perché questo fa in modo che un tipico obiettivo 18-55 inizi a metà lunghezza, quindi diminuisca e poi aumenti?
mattdm,

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E, mentre odio chiederti, dimostro un aspetto negativo, dal momento che la risposta accettata e l'articolo di Wikipedia includono entrambi l'idea che la funzione del gruppo frontale passa da negativo a positivo, potresti approfondire un po 'di più? Sarebbe particolarmente bello mostrare come funziona con un tipico 18-55mm. E come si comporterebbe un obiettivo con il design tele / retro come estensione dell'obiettivo?
mattdm,

1
@mattdm: un ingrandimento di -1 significa che l'immagine ha le stesse dimensioni dell'oggetto, ma è invertita. In macrofotografia si direbbe invece "1: 1", dimenticando il segno. E non è "-1 qualcosa", poiché gli ingrandimenti non hanno unità. Con "zoom in (resp. Out)" intendo ruotare la ghiera dello zoom verso focali più lunghe (o più brevi).
Edgar Bonet,

1
@DragonLord: se si definisce un teleobiettivo in quel modo, è necessario misurare la lunghezza dell'obiettivo dall'elemento anteriore al piano dell'immagine. In questo esempio la lunghezza definita in questo modo è 112,3 mm.
Edgar Bonet,

1
Si noti che la Canon 18-55 ha cinque gruppi indipendenti: canon.com/camera-museum/camera/lens/ef/data/ef-s/...
bwDraco

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Vedi la nota di modifica sotto questa risposta.


L'obiettivo è retrofocale all'estremità ampia e teleobiettivo all'estremità lunga. Un obiettivo di retrofocus è indicato come "teleobiettivo invertito" perché è costruito in modo simile a un teleobiettivo con gli elementi invertiti. L'effetto diminuisce quando si aumenta lo zoom, fino a raggiungere circa 35 mm, in corrispondenza del quale l'obiettivo inizia a estendersi e alla fine diventa una configurazione teleobiettivo, in cui la dimensione dell'obiettivo, elemento anteriore a elemento posteriore, è inferiore alla lunghezza focale. L'obiettivo non è né retrofocale né teleobiettivo tra queste posizioni. Ciò comporta che l'obiettivo è più lungo agli estremi della gamma di zoom rispetto alle posizioni intermedie.

Per ulteriori informazioni su questo disegno, vedere gli articoli di Wikipedia sul retrofocus Angénieux , che discute l'origine del disegno per l'estremità larga e il teleobiettivo per ciò che accade alla fine. Secondo l'articolo del teleobiettivo:

Gli obiettivi zoom che sono teleobiettivo a un estremo della portata dello zoom e retrofocus all'altro sono ora comuni.

Questo è essenzialmente ciò che sta accadendo con il tuo obiettivo 18-55mm. Per quanto ne so, gli obiettivi Canon 18-55mm Canon, Nikon, Pentax e Sony (attacco A, non attacco E) condividono tutti questo aspetto del design.


Modifica: questa risposta non è corretta perché si basa su una definizione errata di "teleobiettivo". Si prega di ignorare questa risposta; È probabile che la risposta di Edgar Bonet sia corretta. Vedi https://meta.stackexchange.com/a/22633/160017 .


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Questi obiettivi sono spesso anche teleobiettivi all'altra estremità (invece di essere semplicemente lunghi) e non saranno né retrofocus né teleobiettivo ad un certo punto della trasformazione (ovvero, il centro ottico dell'obiettivo sarà alla lunghezza focale effettiva ). Quindi, alla lunghezza focale più corta, il gruppo anteriore è divergente e il posteriore convergente, nella parte più lunga il frontale è convergente e il posteriore divergente, e nel mezzo il tutto si comporta come un unico, complesso obiettivo convergente. Sono molte le parti che cambiano.

1
@EdgarBonet, questo può essere vero per gli obiettivi principali, ma l'obiettivo in questione è un obiettivo zoom. Come tale, la configurazione dell'obiettivo può cambiare da retrofocus a teleobiettivo mentre si ingrandisce da ampio a lungo.
bwDraco,

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@EdgarBonet In realtà sono più di quattro gruppi indipendenti nella vita reale (specialmente se è coinvolta la stabilizzazione dell'immagine) e no, non è "eccessivamente complesso". Il passaggio dal teleobiettivo alla configurazione retrofocale può essere spiegato dal movimento relativo di un singolo gruppo nella progettazione più semplice possibile: lo spostamento di un gruppo convergente tra gruppi divergenti anteriore e posteriore, rendendo il "gruppo di gruppi" anteriore e posteriore relativamente più o meno convergente / divergente. È davvero un concetto piuttosto elegante.

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Il "design più semplice possibile" non è otticamente il miglior design. Piuttosto che spostare un "supergruppo" centrale in relazione a due elementi / gruppi divergenti fissi, sono gli elementi divergenti che si muovono in relazione al supergruppo convergente. Quando l'elemento divergente anteriore è più lontano dal centro, si è alla lunghezza focale più corta. Al contrario, quando l'elemento divergente posteriore è il più lontano, sei il più lungo. Quando l'obiettivo è nella sua forma più compatta, agisce come un semplice obiettivo multi-gruppo (né retro né teleobiettivo). Lo stesso supergruppo centrale può essere varifocale.

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Non desidero cancellare la risposta, ma sono disposto a perdere l'accettazione. Questa risposta dimostra tuttavia un malinteso nel design delle lenti, quindi potrebbe essere utile per alcune persone. Anche se tecnicamente è sbagliato, non è ovviamente sbagliato, quindi lo terrò come suggerisce la risposta MSO collegata.
bwDraco,

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Con la maggior parte dei modelli di obiettivi zoom mentre ingrandisci, il barilotto dell'obiettivo e l'elemento frontale si estenderanno, questo è vero.

Ma ci sono alcuni obiettivi come la Canon EF 24-70 in cui l'obiettivo è completamente esteso a 24 mm e completamente retratto a 70 mm. Quindi, a giudicare dagli elementi frontali, sembra funzionare all'indietro!

E ci sono obiettivi IZ (zoom interno) in cui l'elemento frontale non si muove affatto.

Ogni obiettivo avrà molti gruppi di elementi, alcuni dei quali si sposteranno "fuori" e altri si sposteranno "dentro". Immagino che la semplice risposta sia che non puoi semplicemente giudicare da ciò che vedi fare la canna e l'elemento frontale, c'è molto di più dentro. Alcuni modelli di lenti sono molto complicati. Sarò molto interessato se qualcuno può pubblicare una semplice foto per spiegare come funziona questo particolare design dell'obiettivo.

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