In che modo i produttori ottengono livelli di zoom elevati (83x) sulle telecamere ibride?

Ovviamente il più grande zoom ibrido sul mercato (credo Nikon Coolpix P900) non varia da 24 mm a 2 metri di lunghezza fisica, ma che tipo di sistemi ottici usano i produttori per portare gli zoom ottici a livelli così alti (83x)?

Queste telecamere ibride con zoom elevato sono relativamente economiche rispetto ai normali super teleobiettivi DSLR, quindi non sembra che utilizzino gli stessi costosi elementi ottici. Riescono a confezionare 83x in circa 20 cm, mentre i migliori obiettivi DSLR da 600 mm sono circa due volte più lunghi per circa 12x, quindi mi chiedo come lo fanno, quanta luce viene persa nel processo, ecc.

Un altro thread sui manufatti P900 mi fa chiedermi se quello che sostengono di essere uno zoom "ottico" 83x include alcune elaborazioni elettroniche.

Penso che l'uso del termine 83X sia vero, è fuorviante. Coolpix fa un lavoro straordinario quando si tratta della sua gamma ottica che è 83X. Questo è in realtà chiamato intervallo di zoom. La matematica è: la potenza dell'obiettivo della fotocamera è regolabile da un grandangolo da 4,3 mm a un teleobiettivo da 357 mm che è di 357 ÷ 4,3 = 83. In altre parole, la portata dello zoom è 83X. Per realizzare l'obiettivo è costruito utilizzando 16 singoli obiettivi di vetro . Alcuni sono incollati insieme, altri sono spazi aerei. Vi sono 12 gruppi di lenti distanziati tra loro. Quando si esegue lo zoom, la distanza dello spazio aereo cambia e questo atto provoca il cambiamento della potenza dell'obiettivo. L'ampiezza dello zoom va dal grandangolo a 4,3 mm al teleobiettivo a 357 mm.

Quando i fotografi discutono dei loro obiettivi, il fatto che la gamma di zoom copre da 4,3 mm a 357 mm è poco compreso. Questo perché una macchina da presa molto più grande viene utilizzata come metro che definisce le prestazioni dell'obiettivo. Questa è la fotocamera a pellicola da 35 mm che è con noi da quasi 100 anni. A causa della sua popolarità, parliamo di obiettivi per fotocamere in termini che si applicano effettivamente solo a questi venerabili tipi di fotocamere. Tuttavia possiamo fare paragoni

È così: la Nikon Coolpix P900 è una fotocamera in miniatura, quindi produce immagini in miniatura che sono solo circa il 18% delle dimensioni della stimata fotocamera da 35 mm. Il 35mm è in realtà 5.6X più grande. Quindi moltiplichiamo 4,3 X 5,6 = 24 e 357 X 5,6 = 2000. Ora possiamo dire che Coolplix funziona come se l'intervallo di zoom sia compreso tra 24 mm e 2000 mm. Ora 50mm è considerato "normale". Un obiettivo più corto è definito "grandangolare". Un obiettivo più lungo è chiamato teleobiettivo. Poiché 50mm è "normale" a tutto zoom, che equivale a 2000mm, gli oggetti appariranno 2000 ÷ 50 = 40X più grandi. In altre parole, un uccello sull'albero a 1000 piedi di distanza apparirà come se fosse a soli 25 piedi di distanza.

Come arrivano a 83x?

Dimensioni del sensore (1 / 2,3 "), lunghezza fisica, perdita di apertura (f / 2,8-8).

Il telefono Samsung S9 + utilizza un sensore da 1 / 2,55 ", il Nikon P900 e P1000 utilizzano un sensore da 1 / 2,3".

Ovviamente il più grande zoom ibrido sul mercato (credo Nikon Coolpix P900) non varia da 24 mm a 2 metri di lunghezza fisica, ma che tipo di sistemi ottici usano i produttori per portare gli zoom ottici a livelli così alti (83x)?

Lunghezza focale dell'obiettivo:

P900 : 4,3-357 mm (angolo di campo equivalente all'obiettivo 24-2000 mm in formato 35 mm) Filtro da 67 mm

Numero obiettivo f /: f / 2,8-6,5, costruzione obiettivo: 16 elementi in 12 gruppi, zoom obiettivo: 83x

P1000 : 4,3-539 mm (angolo di campo equivalente all'obiettivo 24-3000 mm in formato 35 mm) Filtro da 77 mm

Numero obiettivo f /: f / 2.8-8, costruzione obiettivo: 17 elementi in 12 gruppi, zoom obiettivo: 125x

Lunghezza, con corpo, non fuso: 7,2 pollici (181,3 mm). Lo zoom completo lo raddoppia.

Queste telecamere ibride con zoom elevato sono relativamente economiche rispetto ai normali super teleobiettivi DSLR, quindi non sembra che utilizzino gli stessi costosi elementi ottici. Riescono a confezionare 83x in circa 20 cm, mentre i migliori obiettivi DSLR da 600 mm sono circa due volte più lunghi per circa 12x, quindi mi chiedo come lo fanno, quanta luce viene persa nel processo, ecc.

Nikon AF-S 200-500mm f / 5.6E ED VR, filtro 95mm. Circa. Dimensioni (diametro x altezza): 4.2 in x. 10,5 in . Questo obiettivo non raddoppia la sua lunghezza quando viene ingrandito, né è scuro o lungo uno zoom; inoltre costa U $ 1300, più di un P1000 U $ 1000, o oltre il doppio del prezzo di un P900 U $ 600.

Numero obiettivo f /: f / 5.6, Costruzione obiettivo: 19 elementi in 12 gruppi, Zoom obiettivo: 200/35 = 5,71 e 500/35 = 14,29 se si desidera confrontarlo in questo modo.

Sigma 300-800mm F5.6 HSM APO CONV EX DG D, filtro posteriore 46mm, ca. Dimensioni (diametro x altezza): 6.2 x 21.3 in . Costruzione dell'obiettivo: 18 elementi in 16 gruppi. Zoom obiettivo: 300/35 = 8,57 e 800/35 = 22,86 se si desidera confrontarlo in questo modo. Prezzo U $ 8000 (disponibile agosto 2018).

Confronta questi obiettivi di consumo con un obiettivo professionale, il Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900mm e con extender 2x incorporato 16.8-1800mm, 214x . Durante una partita di calcio una telecamera a 1000 piedi di distanza sembrerà essere a meno di 5 piedi di distanza. Dimensioni del filtro: oltre 250 mm (10 pollici), rivestimento HT-EBC e stabilizzato. Ha un'apertura af / 1,7 a 8,4-340 mm, riducendola a 4,5 a 900 mm, con il 2x scende a f3,4-f9.

Altezza x Larghezza x Lunghezza: 258x264x610mm. Questo non cambia lunghezza quando ingrandisce e ha varie opzioni di preimpostazione, messa a fuoco e zoom. Progettato per una dimensione del sensore di 9,6 x 5,4 mm (2/3 ") ha un fattore di ritaglio di circa 4x rispetto al full frame. Disponibile per soli $ 198,750 U, più spese di spedizione.

... quanta luce viene persa nel processo, ecc.

Perdi quasi metà della tua luce e una notevole qualità d'immagine, e un sacco di lunghezza e peso, scegliendo una fotocamera bridge rispetto a una DSLR; insieme a molte altre considerazioni.

Un altro thread sui manufatti P900 mi fa chiedermi se quello che sostengono di essere uno zoom "ottico" 83x include alcune elaborazioni elettroniche.

Quando dicono ottico è quello che significano, P900 e P1000 hanno uno zoom digitale 4x.

Cominciamo con l'idea di base di uno zoom abbastanza semplice. Ad esempio, possiamo iniziare con tre elementi. Gli elementi posteriori e ingranditori e il centro sono elementi riducenti. Gli elementi ingrandenti uniscono i raggi di luce. L'elemento riducente li diffonde.

Quindi, se spostiamo l'elemento centrale completamente all'indietro dall'elemento posteriore, la luce attraversa l'elemento anteriore, quindi i raggi luminosi iniziano a riunirsi. Continuano a riunirsi per diversi modi, fino a quando non raggiungono l'elemento riducente, che li distingue - ma poiché è proprio accanto all'elemento posteriore, non si diffondono molto prima di arrivare all'elemento posteriore e iniziano a venire di nuovo insieme. Quindi, l'elemento posteriore in pratica prende quasi tutto ciò che è passato attraverso l'elemento anteriore e lo mette a fuoco sul sensore, offrendo una visione abbastanza ampia.

D'altra parte, se spostiamo l'elemento centrale in alto vicino all'elemento frontale, la luce attraversa l'elemento frontale, si riunisce un pochino, quindi attraversa l'elemento riducente in modo che inizi immediatamente a diffondersi. Si allarga un po 'prima di tornare all'elemento posteriore. Quindi, solo un po 'del centro dell'immagine che attraversava l'elemento anteriore colpisce l'elemento posteriore e solo quella piccola parte dell'immagine viene messa a fuoco sul sensore, quindi otteniamo una visione molto più stretta. Con questo design, il rapporto di zoom è limitato dalla distanza tra gli elementi anteriore e posteriore: per arrivare allo zoom 83x, avremmo bisogno di un obiettivo fisicamente estremamente lungo.

Per ottenere un rapporto di zoom più elevato, sostanzialmente repliciamo l'idea di base più volte. Ad esempio, pensiamo a ciascuno di quei tre elementi che vengono sostituiti da un insieme di tre elementi, quindi non solo spostiamo il gruppo centrale dalla parte anteriore a quella posteriore, ma variamo anche il livello di ingrandimento o riduzione fornito da ciascuno di essi.

Supponiamo che l'originale abbia un rapporto di zoom 3: 1. Con ogni elemento sostituito da un gruppo di tre elementi che a sua volta forniva un rapporto 3: 1, il nostro rapporto complessivo sarebbe teoricamente simile a 3x3x3 = 27x. Aggiungi un quarto gruppo simile e siamo intorno alla gamma 80x (o giù di lì).

Per ottenere una qualità sufficiente anche per una fotocamera di fascia bassa, devi fare molto di più. Anche una lente abbastanza economica utilizzerà diversi tipi di vetro nei diversi elementi per aiutare a ridurre l'aberrazione cromatica, probabilmente alcuni elementi asferici per controllare l'aberrazione sferica e così via.

Tuttavia, l' idea di base di tutti gli zoom si riduce principalmente a quella situazione abbastanza semplice di avere (almeno) un elemento di ingrandimento e un elemento di riduzione e spostarli l'uno rispetto all'altro. Raggiungere rapporti di zoom elevati significa principalmente replicare quell'idea di base un numero di volte e fare abbastanza per tenere sotto controllo aberrazioni, distorsioni, ecc.

C'è un po 'più di una singola domanda nella tua query. Concentrandosi sul primo:

Ovviamente ... [il] Nikon Coolpix P900 ... non varia da 24 mm a 2 metri di lunghezza fisica, ma che tipo di sistemi ottici usano i produttori per portare gli zoom ottici a livelli così alti (83x)?

In primo luogo, non confondere le lunghezze focali equivalenti di 35 mm (24 mm – 2000 mm) con le lunghezze focali effettive dell'obiettivo del P900, che varia da 4,3 mm a 357 mm. Per ulteriori informazioni, consultare la domanda correlata, che cos'è il fattore di ritaglio e in che modo si collega alla lunghezza focale?

Tuttavia, hai ragione, ovviamente la lunghezza fisica dell'obiettivo del P900 non è così corta come 4,3 mm, né lunga quanto 357 mm. Quindi dobbiamo affrontare la domanda fondamentale, qual è la lunghezza focale ?

• Qual è la lunghezza focale e in che modo influisce sulle mie foto?
• Qual è la differenza tecnica tra messa a fuoco e zoom?

Se potessi sostituire la lunghezza focale grandangolare del P900 con un vetro a singola lente simmetrica (come una lente d'ingrandimento) con lo stesso ingrandimento dell'estremità larga del P900, i raggi di luce paralleli che entrano in quella lente a elemento singolo focalizzerebbero su un punto 4.3mm , quasi un sesto di pollice, oltre l'obiettivo. Questo è ciò che significa lunghezza focale .

Il vero obiettivo del P900 non è così corto. Tutti gli obiettivi del mondo reale hanno più elementi ottici. Questi elementi lavorano insieme per piegare e "non piegare" (divergere) i raggi luminosi più volte. Il punto di questi elementi multipli (e gruppi di elementi) sono:

• per consentire alla lente di mettere a fuoco, piuttosto che spostare l'intero gruppo lente verso l'interno o l'esterno per mettere a fuoco (questi elementi comprendono i gruppi di messa a fuoco);
• per consentire all'obiettivo di eseguire lo zoom, ovvero modificare la lunghezza focale;
• per controllare le aberrazioni come l'aberrazione cromatica (che è una conseguenza naturale della flessione della luce attraverso materiali con diverse proprietà di rifrazione).

Quindi i progettisti di obiettivi aggiungono molti elementi per rendere l'obiettivo più utile di una gamma ristretta di condizioni operative. Ciò aggiunge lunghezza al gruppo obiettivo, ma nel caso di obiettivi grandangolari, è otticamente "equivalente" (usando vagamente quella parola) a un semplice obiettivo a elemento singolo con una lunghezza focale inferiore alla lunghezza fisica dell'obiettivo reale.

Allo stesso modo, all'altra estremità della gamma di zoom del P900, con una lunghezza focale di 357 mm, l'obiettivo è fisicamente inferiore a 357 mm di lunghezza. Questo perché l'obiettivo ha un gruppo di teleobiettivi , un gruppo di elementi che consente a un obiettivo di essere fisicamente più corto di quello della lente sottile - detterebbe una lunghezza focale equivalente. Vedi anche, Qual è la differenza tra un teleobiettivo e un obiettivo zoom?

Ora, per quanto riguarda il modo in cui ottengono intervalli di zoom fino a 83x (o anche di più, come lo zoom 125x nel P1000 recentemente annunciato da Nikon ), beh ... scienza. Magia. Un pò di entrambi?

Queste telecamere ibride con zoom elevato sono relativamente economiche rispetto ai normali super teleobiettivi DSLR, quindi non sembra che utilizzino gli stessi costosi elementi ottici. Riescono a confezionare 83x in circa 20 cm, mentre i migliori obiettivi DSLR da 600 mm sono circa due volte più lunghi per circa 12x, quindi mi chiedo come lo fanno, quanta luce viene persa nel processo, ecc.

Per quanto riguarda il confronto tra la quantità di zoom e la lunghezza dell'obiettivo, ricordati di confrontare like vs like. In questo caso, entra in gioco la legge del cubo quadrato (Wikipedia) : quando un oggetto viene ridimensionato in base a un fattore S , la sua superficie viene ridimensionata di S ² e il suo volume viene ridimensionato di S ³.

Il P900 ha un fattore di crop di 5,6, il che significa che il fattore di scala lineare tra fotocamere come il P900 con un sensore da 1 / 2,3 "e fotocamere full frame da 35 mm è S = 5,6 (da P900 a 35 mm FF). Quindi, per creare" equivalenti " sistemi ottici (per quanto riguarda la geometria dell'ottica), l'obiettivo 83x di tipo P900 ingrandito, ma realizzato per un corpo FF da 35 mm, dovrebbe:

• hanno un diametro di circa 5,6 volte maggiore e

• pesa circa 5,6³ = 175 volte il peso dell'obiettivo P900! ¹

  Nota 1: l'obiettivo probabilmente non peserebbe così tanto; un semplice S ³ scalatura implica tutti i componenti, inclusi i motori focalizzazione, tubi lente, eliche di focalizzazione e controlli, ecc, scalare lo spessore della parete 5,6 volte. Non è necessario, ci sarebbe molto peso da radere. Ma dal punto di vista dell'ottica (senza cambiare la formula ottica), il peso del vetro si ridimensionerebbe di S ³.

E nota che anche solo la lunghezza dell'obiettivo di ~ 20 cm si scala da S a circa 112 cm - che è lunga oltre un metro.

Non voglio nemmeno sapere come si ridimensionerebbe il costo, ma 175x il costo di $ 1000 del nuovo P1000 in realtà non sarebbe del tutto fuori linea per una bestia così mostruosamente mostruosa se fosse per corpi full frame da 35 mm.

• Il Sigma 200-500mm ƒ / 2.8 APO EX DG Ultra-Telephoto costa $ 26.000. Per uno zoom 2,5x. Sul serio. (Sebbene le recensioni di Amazon siano decisamente non serie )
• L'obiettivo Canon EF 1200mm 5.6 / 5.6 L USM è un teleobiettivo fisso che costa $ 100k. B&H Photo Video ha venduto uno usato nel 2015 per $ 180.000 , quindi c'è quello.
• Canon CINE-SERVO 50-1000mm T5.0-8.9 EF è un obiettivo cinematografico zoom 20x per l'innesto EF Canon, per soli $ 70.000. Dispone inoltre di un extender 1.5x selezionabile incorporato (teleconvertitore). Forse non è giusto includere obiettivi cinematografici appositamente progettati in un contesto fotografico, ma è innesto EF, quindi è buono per la fotografia DSLR, giusto?

Dopodiché, ci sono stati diversi obiettivi unici nel loro genere a prezzi astronomici, ma non diventiamo ridicoli (!).

Quindi ci sono evidenti vantaggi in termini di costi non lineari da ridimensionare. Ma dal momento che P900 e P1000 non sono rivolti al mercato professionale o di alto livello, possono prendere ulteriori decisioni di risparmio sui costi, come:

• utilizzo di vetro ottico di qualità inferiore in alcuni degli elementi dell'obiettivo;
• ridurre il numero di rivestimenti ottici (come bassa dispersione e antiriflesso);
• eliminare l'impermeabilizzazione;
• fornire meno copertura in garanzia;
• e tutti gli altri soliti sospetti quando le aziende si impegnano nella segmentazione del mercato.