Khi đọc về ống kính zoom, một nhận xét tương đối phổ biến được đưa ra trong các đánh giá về một số ống kính (đặc biệt là ống kính giá thấp) là ống kính không sắc nét ("mềm") ở một hoặc cả hai đầu của dải zoom tiêu cự .
Tại sao một ống kính có mức độ sắc nét khác nhau ở các tiêu cự khác nhau, và tại sao các cực trị sẽ là tồi tệ nhất?
Câu trả lời:
Cảnh báo: đây là một câu trả lời "độ dài sách" khác của tôi ... :-)
Hãy bắt đầu bằng cách xem xét nhanh cách thức ống kính zoom hoạt động. Hãy xem xét thiết kế ống kính đơn giản nhất có thể - một yếu tố duy nhất. Một vấn đề lớn với ống kính một phần tử là độ dài tiêu cự của ống kính xác định khoảng cách mà phần tử phải đi từ mặt phẳng / cảm biến phim để đưa cảnh vào tiêu cự, do đó, ống kính 300 mm sẽ phải Cách cảm biến 300mm để tập trung vào vô cực. Ngược lại, ống kính góc rộng sẽ cần phải thực sự gần với mặt phẳng / cảm biến phim để lấy nét ở vô cực.
Các nhà thiết kế ống kính đã sớm tìm ra một mẹo khá hay: họ có thể tạo ra độ dài tiêu cự hiệu quả dài bằng cách đặt một yếu tố độ dài tiêu cự ngắn ở phía trước và một yếu tố tiêu cực (yếu hơn một chút) phía sau nó. Với phần tử âm, ánh sáng chiếu vào mặt phẳng phim ở cùng một góc chính xác như thể nó bị khúc xạ bởi một thấu kính dài. Phóng đại một chút (hoặc rất nhiều), chúng ta có một sự thay thế như sau:
Cả hai ống kính đều có cùng tiêu cự hiệu quả, nhưng (rõ ràng là đủ) ống kính thứ hai ngắn hơn một chút về mặt vật lý - nó không phải ló ra phía trước máy ảnh gần như xa.
Tuy nhiên, dòng trên gấp đôi trong thiết kế thứ hai, đưa chúng ta đến điểm thứ hai: quang sai màu. Đường "bên trong" biểu thị ánh sáng xanh đi qua thấu kính và ánh sáng đỏ "bên ngoài". Do bước sóng ngắn hơn, ánh sáng xanh luôn bị khúc xạ (uốn cong) nhiều hơn khi đi qua thấu kính so với ánh sáng đỏ. Tuy nhiên, tùy thuộc vào kính, sự khác biệt giữa khúc xạ của ánh sáng đỏ và xanh có thể khá lớn hoặc tương đối nhỏ.
Nếu chúng ta chọn kính phù hợp cho mặt trước so với phần tử phía sau, chúng ta có thể đạt được khoảng những gì được hiển thị trong hình - lượng uốn thêm ở phần tử phía trước được bù chính xác bằng lượng uốn thêm trong phần tử thứ hai, vì vậy ánh sáng đỏ và xanh đi vào chính xác cùng nhau.
Tuy nhiên, với ống kính zoom, mọi thứ không diễn ra dễ dàng như vậy. Để có được ống kính zoom, chúng tôi lấy thiết kế thứ hai, nhưng di chuyển phần tử phía sau so với phần tử phía trước. Trong trường hợp này, nếu chúng ta di chuyển phần tử phía trước về phía trước, ánh sáng xanh sẽ chuyển hướng ít hơn so với màu đỏ khi chúng đi vào phần tử thứ hai và vì không còn chỗ nào phía sau phần tử thứ hai, nó sẽ bị bẻ cong nhiều hơn - như một kết quả là, thay vì tập trung chính xác cùng nhau, ánh sáng xanh sẽ kết thúc "bên ngoài" ánh sáng đỏ, sẽ xuất hiện trong ảnh dưới dạng quang sai màu.
Ngược lại, nếu phần tử phía sau được di chuyển lại gần cảm biến hơn, ánh sáng màu xanh lam sẽ bị tách ra xa hơn so với ánh sáng đỏ khi đến phần tử thứ hai. Sau đó, do phần tử thứ hai ở gần cảm biến hơn nên nó sẽ không hội tụ với màu đỏ, vì vậy nó sẽ kết thúc "bên trong" màu đỏ khi đến cảm biến - một lần nữa, quang sai màu (nhưng theo hướng ngược lại ).
Nếu chúng ta để nó ở đó, các ống kính zoom sẽ khá khủng khiếp - mỗi thay đổi về độ dài tiêu cự sẽ cung cấp một lượng lớn CA. Để chống lại điều đó, các yếu tố được nhóm lại. Thay vì chỉ phần tử phía trước và phần tử thứ hai, với một phần tử bù cho CA được giới thiệu bởi phần tử kia, bạn sẽ có hai nhóm phần tử, mỗi phần tử bù cho CA riêng và di chuyển các nhóm tương đối với nhau không thay đổi CA cả.
Nó vẫn không đơn giản. Về mặt thể chất, một nhóm các yếu tố không thể bù đắp hoàn toàn cho CA. Một phần tử luôn bẻ cong ánh sáng xanh theo một số góc lớn hơn góc mà nó bẻ cong ánh sáng đỏ. Tốt nhất, nếu bạn đặt các yếu tố thực sự gần nhau, bạn có thể nhận được ánh sáng đỏ và xanh đi rất gần nhau và gần như song song, nhưng vẫn hơi tách biệt. Nếu bạn uốn cong chúng về phía nhau, chúng sẽ chỉ hội tụ ở một khoảng cách chính xác; ở bất kỳ khoảng cách nào khác, bạn sẽ kết thúc với CA theo hướng này hay hướng khác.
Như đã lưu ý, tuy nhiên, với ống kính zoom, khoảng cách liên quan phải thay đổi. Những gì nhà thiết kế ống kính thường làm là cố gắng giảm thiểu trường hợp xấu nhất CA. Làm điều đó khá dễ dàng (ít nhất là về lý thuyết): anh ta nhìn vào phạm vi mà phần tử phía sau di chuyển và tìm ra góc sẽ tạo ra sự hội tụ ở chính xác giữa phạm vi đó. Bằng cách này, anh ta sẽ phân tách mọi thứ, do đó, nó sẽ khiến CA đi theo một hướng khi phần tử phía sau di chuyển đến gần cảm biến hơn và theo hướng khác khi nó di chuyển ra xa hơn. Tất nhiên, đó thực sự không chỉ là yếu tố phía sau - anh ta phải xem xét sự kết hợp của tất cả các chuyển động của tất cả các nhóm yếu tố (và tất nhiên là tính đến sự phân tán được giới thiệu bởi mỗi nhóm).
Tuy nhiên, khi anh ta tìm ra phạm vi, anh ta thường giảm thiểu trường hợp xấu nhất bằng cách phân chia sự khác biệt - tối ưu hóa cho khoảng giữa của phạm vi, do đó, nó sẽ tệ hơn một chút theo mỗi hướng. Ngoại lệ là một ống kính dự kiến sẽ được sử dụng chủ yếu ở đầu này hoặc đầu kia. Trong trường hợp này, có thể có ý nghĩa để tối ưu hóa cho khoảng sử dụng dự kiến và sống với thực tế là trường hợp xấu nhất sẽ trở nên tồi tệ hơn so với thực tế.
Tất nhiên, điều này cũng chỉ xem xét một trong một số yếu tố quan trọng đối với thiết kế ống kính - nhà thiết kế cũng phải tính đến (ít nhất là) hôn mê, loạn thị, mờ mắt, méo hình và quang sai hình cầu - không đề cập đến một vài chi tiết nhỏ như kích thước, trọng lượng, chi phí và chỉ đơn giản là có thể chế tạo một ống kính thực sự hoạt động theo cách mà anh ấy đã thiết kế.
Thật không may, tôi cũng đã thấy các ống kính trong đó tiêu cự trung tâm là tồi tệ nhất, vì vậy giả định của bạn không phải lúc nào cũng đúng.
Về cơ bản, zoom được tạo thành từ các thành phần quang học chuyển động và chúng phải di chuyển tương đối với nhau để thay đổi tiêu cự của ống kính. Các kỹ sư quang học chịu trách nhiệm tối ưu hóa hiệu suất trong suốt quá trình thu phóng với một bộ phận cố định theo thứ tự cố định. Bạn có thể tưởng tượng đây là một quá trình khó khăn.
Cực đoan dễ bị ảnh hưởng bởi các vấn đề bởi vì các thành phần quang học thường hoạt động tốt nhất ở một vị trí được đặt và càng xa vị trí đó, càng xa hiệu suất tối ưu.
Thiết kế ống kính zoom, không giống như thiết kế ống kính một tiêu cự (tiêu cự cố định đơn), có xu hướng khá phức tạp. Với ống kính một tiêu cự, việc điều chỉnh quang sai như quang sai màu, quang sai hình cầu, méo hình, v.v ... sẽ dễ dàng hơn nhiều, và do đó với ít thành phần thấu kính hơn. Càng ít thành phần thấu kính (từng thấu kính riêng lẻ được sử dụng trong việc xây dựng một ống kính máy ảnh phức tạp), chất lượng hình ảnh của bạn nói chung sẽ càng tốt, vì mỗi mảnh kính sẽ ảnh hưởng đến việc lấy nét ánh sáng.
Ống kính zoom thường có nhiều thành phần ống kính hơn ống kính một tiêu cự, đôi khi đáng kể hơn. Khi nói đến độ dài tiêu cự rộng hơn, một số ống kính zoom dài hơn tiêu cự của chúng và yêu cầu nhóm "trang bị thêm" ở phía sau. Tất cả các thành phần thấu kính phụ này đều thêm vào quang sai quang học, một số điều chỉnh quang sai của các thành phần thấu kính khác. Trong ống kính zoom, hiệu chỉnh quang học phải được thực hiện theo cách nó tạo ra chất lượng tổng thể tốt nhất trong toàn phạm vi zoom, điều này thường có nghĩa là phải thỏa hiệp ở đâu đó (không thể có bánh của bạn và cũng ăn nó.)
Ống kính zoom thường có điểm "sắc nét hơn" và điểm "mềm hơn". Nó không phải lúc nào cũng ở cực trị của dải tiêu cự ... đôi khi nó nằm ở giữa. Đôi khi sự thỏa hiệp phải trả giá bằng độ sắc nét của hình ảnh "cạnh" so với độ sắc nét "trung tâm", có thể tệ hơn ở một tiêu cự so với tiêu cự khác. Dù bằng cách nào, việc cung cấp một phạm vi tiêu cự thay đổi đòi hỏi sự thỏa hiệp do sự phức tạp cần thiết.
Các ống kính chất lượng cao hơn thường sẽ sử dụng quang học tiên tiến hơn để điều chỉnh quang sai, thường với chi phí đáng kể. Một ống kính tầm trung có thể chỉ cần sử dụng nhiều ống kính hơn để điều chỉnh quang sai và bỏ qua cách quang sai thay đổi trong phạm vi tiêu cự. Một ống kính chuyên nghiệp hàng đầu sẽ tính đến sự thay đổi quang sai, sử dụng quang học tiên tiến như kính mật độ cao, kính phân tán thấp, thấu kính phi cầu, thấu kính fluorite, thấu kính apochromatic, các nhóm hiệu chỉnh bổ sung, v.v. để duy trì chất lượng cao nhất trong toàn bộ tiêu cự phạm vi của một ống kính zoom. Thỏa hiệp vẫn phải được thực hiện liên quan đến ống kính một tiêu cự, tuy nhiên mức độ thỏa hiệp có xu hướng ít hơn nhiều.
Ống kính liên quan đến sửa chữa đáng kể cho bất thường. Những bất thường này được gọi là quang sai. Có một loạt các quang sai, một số phổ biến hơn là hình cầu, loạn thị, màu sắc, hôn mê, thùng, pinc Muff, độ cong trường, và ngoài tiêu điểm.
Nếu những quang sai này không tồn tại, thiết kế ống kính sẽ rất dễ dàng. Chỉ cần đặt một hoặc hai ống kính theo một đường thẳng và bạn sẽ có một hình ảnh hoàn hảo mọi lúc. Nhưng, chúng ta biết rằng những quang sai này tồn tại. Không thể sửa hoàn toàn các quang sai này, cho bất kỳ trừ một điểm duy nhất. Càng có nhiều quang sai này, hình ảnh sẽ càng "mềm" hơn.
Người ta có thể giảm thiểu biến dạng trong một khoảng thời gian lớn, chủ yếu bằng cách chế tạo các ống kính đắt tiền hơn. Các ống kính đắt tiền hơn đến từ việc chế tạo các ống kính có dạng hình cầu, khó sản xuất hơn.
Bạn càng rời xa ống kính ngọt ngào, nó sẽ càng mềm mại. Những thay đổi về độ dài tiêu cự, khẩu độ và khoảng cách tiêu cự đều là những yếu tố ảnh hưởng ở điểm ngọt. Do đó, thay đổi bất kỳ một trong 3 sẽ làm giảm chất lượng. Nếu ống kính có chất lượng đủ cao, sự xuống cấp sẽ hầu như không đáng chú ý.