Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про объектив камеры. Об американском лейбле см. Zoom Lens (лейбл) .
Зум-объектив Nikkor 28–200 мм, увеличенный до 200 мм слева и свернутый до фокусного расстояния 28 мм справа

Зум - объектив представляет собой механическую сборку элементов объектива , для которого фокусное расстояние (и , таким образом , угол обзора ) может варьироваться, в отличие от фиксированным фокусным расстоянием (лит) линзы (см основную линзу ).

Настоящий зум-объектив, также называемый парфокальным объективом , поддерживает фокусировку при изменении фокусного расстояния. [1] Большинство бытовых зум-объективов не поддерживают идеальный фокус, но по-прежнему имеют парфокальный дизайн.

Удобство переменного фокусного расстояния достигается за счет сложности, а также некоторых компромиссов по качеству изображения, весу, размерам, диафрагме, характеристикам автофокусировки и стоимости. Например, все зум-объективы страдают, по крайней мере, небольшой, если не значительной, потерей разрешения изображения при максимальной диафрагме, особенно в крайних точках диапазона их фокусных расстояний. Этот эффект проявляется в углах изображения при отображении в большом формате или с высоким разрешением. Чем больший диапазон фокусных расстояний предлагает зум-объектив, тем более преувеличенными должны быть эти компромиссы. [2]

Характеристики [ править ]

Фотография, сделанная зум-объективом, фокусное расстояние которого менялось в процессе экспонирования.

Зум-объективы часто описываются соотношением их наибольшего фокусного расстояния к наименьшему. Например, зум-объектив с фокусным расстоянием от 100 мм до 400 мм может быть описан как зум 4: 1 или «4 ×». Термин суперзум или гиперзум используется для описания фотографических зум-объективов с очень большим коэффициентом фокусного расстояния, обычно более 5 × и в диапазоне до 19 × в объективах зеркальных фотоаппаратов и 22 × в любительских цифровых камерах . Это соотношение может достигать 300 × в объективах профессиональных телекамер. [3] По состоянию на 2009 год, фотографические зум-объективы выше примерно 3 ×, как правило, не могут обеспечивать качество изображения наравне с постоянными линзами . Постоянное быстрое увеличение диафрагмы (обычно f / 2,8 или f/2.0) обычно ограничиваются этим диапазоном масштабирования. Ухудшение качества менее заметно при записи движущихся изображений с низким разрешением, поэтому профессиональные видео- и телеобъективы могут иметь высокие коэффициенты масштабирования. Телевизионные объективы с высоким коэффициентом масштабирования сложны, состоят из десятков оптических элементов и часто весят более 25 кг (55 фунтов). [4] Цифровая фотография также может включать алгоритмы, которые компенсируют оптические дефекты, как в процессорах камеры, так и в программном обеспечении для постпроизводства.

Некоторые фотографические зум-объективы представляют собой длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием больше, чем у обычного объектива , некоторые - широкоугольные объективы (шире, чем обычно ), а другие охватывают диапазон от широкоугольного до длиннофокусного. Объективы в последней группе зум-объективов, иногда называемые «обычными» зумами [ необходима цитата ] , вытеснили объектив с фиксированным фокусным расстоянием как популярный вариант с одним объективом на многих современных камерах. Маркировка на этих линзах обычно гласит W и T.для «Широкоугольный» и «Телеобъектив». Телеобъектив обозначается потому, что большее фокусное расстояние, обеспечиваемое отрицательно расходящейся линзой, больше, чем длина всего узла объектива (отрицательная расходящаяся линза действует как «телеобъектив»). [5]

Необычный вид здания телескопа VLT в увеличенном масштабе [6]

Некоторые цифровые камеры позволяют обрезать и увеличивать захваченное изображение, чтобы имитировать эффект зум-объектива с большим фокусным расстоянием (более узкий угол обзора). Это широко известно как цифровой зум и дает изображение с более низким оптическим разрешением, чем оптическое увеличение. Точно такой же эффект можно получить, используя программное обеспечение для обработки цифровых изображений на компьютере, чтобы обрезать цифровое изображение и увеличить обрезанную область. Многие цифровые камеры имеют и то, и другое, комбинируя их сначала с помощью оптического, а затем цифрового зума.

Увеличить и SuperZoom линзы обычно используются с еще , видео , кино- камеры , проекторы , некоторые бинокли , микроскопы , телескопы , прицелы и другие оптические приборы . Кроме того, афокальная часть трансфокатора может использоваться как телескоп с переменным увеличением для создания регулируемого расширителя луча . Это можно использовать, например, для изменения размера лазерного луча, чтобы можно было изменять энергетическую освещенность луча.

История [ править ]

Voigtländer Zoomar, 36–82 мм f /2.8

Ранние формы зум-объективов использовались в оптических телескопах для обеспечения непрерывного изменения увеличения изображения, и об этом впервые было сообщено в трудах Королевского общества в 1834 году. Ранние патенты на телеобъективы также включали подвижные элементы объектива, которые можно было регулировать. для изменения общего фокусного расстояния объектива. Такие линзы теперь называются варифокальными линзами , поскольку при изменении фокусного расстояния положение фокальной плоскости также перемещается, что требует перефокусировки линзы после каждого изменения.

Первый объектив с истинным зумом , который сохранял почти резкий фокус при изменении эффективного фокусного расстояния узла объектива, был запатентован в 1902 году Клайлом С. Алленом ( патент США 696 788 ). Раннее использование зум-объектива в кино можно увидеть в первом кадре фильма «Оно» с Кларой Боу в главной роли, снятого в 1927 году. Первым промышленным продуктом был объектив Bell and Howell Cooke «Варо» 40–120 мм для 35-мм кино. камеры, представленные в 1932 году. Самым впечатляющим ранним телеобъективом с зумом был VAROTAL III от Rank Taylor Hobson из Великобритании, построенный в 1953 году. Kilfitt 36–82 мм / 2,8 Zoomarпредставленный в 1959 году, был первым серийно выпускаемым варифокальным объективом для фотосъемки 35 мм . [7] Первый современный пленочный зум-объектив Pan-Cinor был разработан примерно в 1950 году Роже Кювилье , французским инженером, работающим в SOM-Berthiot . У него была система оптического компенсационного масштабирования. В 1956 году Пьер Анженьепредставил систему механической компенсации, обеспечивающую точную фокусировку при масштабировании, в своем объективе 17-68 мм для 16 мм, выпущенном в 1958 году. В том же году кинематографист Роджер Феллус впервые использовал прототип 35-мм версии 4-кратного зума Angénieux, 35-140 мм. по постановке Жюли Ла Рус. В 1964 году Анженье получил техническую награду Академии кино за разработку зум-объективов 10: 1, включая 12–120 мм для пленочных камер 16 мм и 25–250 мм для пленочных камер 35 мм.

С тех пор достижения в оптическом дизайне, особенно использование компьютеров для трассировки оптических лучей , значительно упростили проектирование и изготовление зум-объективов, и теперь они широко используются в профессиональной и любительской фотографии.

Canon AE-1, 35-мм фотоаппарат с зум-объективом. Преимущество зум-объектива - гибкость, но недостатком - оптическое качество. По сравнению с объективом с постоянным фокусным расстоянием качество изображения выше.

Дизайн [ править ]

Простая система зум-объективов. Три линзы афокальной системы - это L 1 , L 2 , L 3 (слева). L 1 и L 2 могут перемещаться влево и вправо, изменяя общее фокусное расстояние системы (см. Изображение ниже).

Существует множество возможных конструкций зум-объективов, самые сложные из которых содержат до тридцати отдельных линз и несколько движущихся частей. Однако большинство из них придерживаются одного и того же основного дизайна. Обычно они состоят из ряда отдельных линз, которые могут быть либо фиксированными, либо скользящими в осевом направлении вдоль тела линзы. При изменении увеличения трансфокатора необходимо компенсировать любое движение фокальной плоскости, чтобы сфокусированное изображение оставалось резким. Эта компенсация может выполняться механическими средствами (перемещение всего объектива в сборе при изменении увеличения объектива) или оптическим способом (изменение положения фокальной плоскости как можно меньше во время увеличения объектива).

Простая схема зум-объектива делит сборку на две части: фокусирующий объектив, аналогичный стандартному фотографическому объективу с фиксированным фокусным расстоянием, которому предшествует система афокального масштабирования , набор фиксированных и подвижных элементов объектива, который не фокусирует света, но изменяет размер луча света, проходящего через него, и, следовательно, общее увеличение системы линз.

Движение линз в системе афокального увеличения

В этом простом зум-объективе с оптической компенсацией афокальная система состоит из двух положительных (собирающих) линз с одинаковым фокусным расстоянием (линзы L 1 и L 3 ) с отрицательной (расходящейся) линзой ( L 2 ) между ними с абсолютным фокусным расстоянием. меньше половины положительных линз. Линза L 3 зафиксирована, но линзы L 1 и L 2 могут перемещаться в осевом направлении с определенным нелинейным соотношением. Это движение обычно выполняется сложным расположением шестерен и кулачков в корпусе объектива, хотя некоторые современные зум-объективы используют сервоприводы с компьютерным управлением для выполнения этого позиционирования.

В то время как отрицательная линза L 2 движется от передней части линзы к задней, линза L 1 движется вперед, а затем назад по параболической дуге. При этом изменяется общее угловое увеличение системы, изменяя эффективное фокусное расстояние всего зум-объектива. В каждой из трех показанных точек трехлинзовая система является афокальной (ни рассеивающей, ни сужающей свет), и, следовательно, не меняет положение фокальной плоскости линзы. Между этими точками система не является точно афокальной, но изменение положения фокальной плоскости может быть достаточно небольшим (около ± 0,01 мм в хорошо спроектированном объективе), чтобы не вносить значительных изменений в резкость изображения.

Важным вопросом в конструкции зум-объектива является коррекция оптических аберраций (таких как хроматическая аберрация и, в частности, кривизна поля ) во всем рабочем диапазоне объектива; с зум-объективом это значительно сложнее, чем с фиксированным объективом, которому нужно только исправить аберрации для одного фокусного расстояния. Эта проблема была основной причиной медленного внедрения зум-объективов, поскольку ранние конструкции значительно уступали современным фиксированным объективам и могли использоваться только с узким диапазоном значений f . Современные методы проектирования оптики позволили создавать зум-объективы с хорошей коррекцией аберраций при широком диапазоне фокусных расстояний и диафрагм.

В то время как линзы, используемые в кинематографии и видео приложениях, должны поддерживать фокусировку при изменении фокусного расстояния, такого требования нет для неподвижной фотографии и для зум-объективов, используемых в качестве проекционных линз. Поскольку сложнее сконструировать объектив, который не меняет фокус с таким же качеством изображения, как тот, который это делает, в последних приложениях часто используются объективы, требующие перефокусировки после изменения фокусного расстояния (и, таким образом, строго говоря, это варифокальные линзы , а не зум-объективы. ). Поскольку большинство современных фотоаппаратов имеют автофокусировку , это не проблема.

Разработчики зум-объективов с большим коэффициентом увеличения часто используют одну или несколько аберраций для повышения резкости изображения. Например, большая степень деформации ствола и подушечкиДопускается в объективах, охватывающих диапазон фокусных расстояний от широкоугольного до телефото с фокусным отношением 10 × или более, чем было бы допустимо для объектива с фиксированным фокусным расстоянием или зум-объектива с меньшим соотношением. Хотя современные методы проектирования постоянно сокращают эту проблему, бочкообразное искажение более одного процента является обычным явлением для этих объективов с большим светосилом. Еще одна уплаченная цена заключается в том, что при экстремальной настройке телеобъектива эффективное фокусное расстояние значительно изменяется, когда объектив фокусируется на более близких объектах. Кажущееся фокусное расстояние может уменьшиться более чем вдвое, когда объектив сфокусирован от бесконечности до среднего крупного плана. В меньшей степени этот эффект также наблюдается в объективах с фиксированным фокусным расстоянием, которые перемещают внутренние элементы объектива, а не весь объектив, для изменения увеличения.

Варифокальный объектив [ править ]

Многие так называемые «зум-объективы», особенно в случае камер с фиксированным объективом, на самом деле являются варифокальными объективами , что дает разработчикам объективов большую гибкость в выборе компромиссов оптического дизайна (диапазон фокусных расстояний, максимальная диафрагма, размер, вес, стоимость) чем настоящий парфокальный зум, и это практично из-за автофокусировки, а также потому, что процессор камеры может перемещать объектив, чтобы компенсировать изменение положения фокальной плоскости при изменении увеличения («масштабирование»), что делает операцию по существу такой же, как и истинный парфокальный зум. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Масштабирование (кинопроизводство)
  • Камера с поворотно- наклонным зумом (PTZ)
  • Профессиональная видеокамера
  • Zoomar Объектив
По фокусному расстоянию
  • Широкоугольный объектив
  • Нормальный объектив
  • Телеобъектив

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ Кавана, Роджер (2003-05-29). «Парфрокальные линзы» . Архивировано из оригинала на 2007-10-07 . Проверено 18 ноября 2007 .
  2. ^ "Обзор объектива Tamron 18-270mm f / 3.5-6.3 Di II VC LD" . Архивировано 16 января 2013 года . Проверено 20 марта 2013 года .
  3. ^ LetsGoDigital. «Panavision представляет объектив с цифровым зумом 300x - LetsGoDigital» . www.letsgodigital.org . Архивировано 5 сентября 2017 года . Дата обращения 1 мая 2018 .
  4. ^ «Объективы для телекамер на Олимпийских играх могут стоить столько же, сколько Lamborghini» . Популярная наука . Проверено 1 февраля 2020 .
  5. ↑ Шихан, Джон (12 июня 2003 г.). Управление деловой и корпоративной авиацией: авиаперелеты по запросу: авиаперелеты по требованию . McGraw Hill Professional. ISBN 9780071412278. Проверено 1 мая 2018 г. - через Google Книги.
  6. ^ «Возможности финансирования в Чили (Anuncio de Oportunidades)» . Анонсы ESO . Архивировано 2 мая 2014 года . Дата обращения 2 мая 2014 .
  7. ^ Deschin, Иаков (15 марта 1959). «Зум-объектив для фотографий» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 сентября 2017 года .

Источники [ править ]

  • Кингслейк, Р. (1960), "Развитие зум-объектива". Журнал SMPTE 69 , 534
  • Кларк, А.Д. (1973), зум-объективы, монографии по прикладной оптике № 7 . Адам Хилдгер (Лондон).
  • Малакара, Даниэль и Малакара, Закариас (1994), Справочник по дизайну линз . Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-9225-4 
  • "Что находится внутри зум-объектива?" . Adaptall-2.com. 2005 г.