Khi bạn phóng to bằng một ống kính trên máy ảnh DSLR, tại sao ống kính lại đi vào?


37

Tôi đoán đây là một câu hỏi về quang học hơn là chụp ảnh nhưng tôi chỉ có một chiếc máy ảnh DSLR với ống kính 18-55 cơ bản. Tôi nhận thấy rằng khi đi từ 18 đến 55 hoặc 55 đến 18, ống kính sẽ quay trở lại và sau đó đi ra ngoài?

chuyện gì đang xảy ra ở đó vậy? Tôi sẽ nghĩ rằng nếu tôi phóng to ống kính thì nên ra 100% thời gian nhưng ống kính thực sự bị tắt và sau đó quay lại.


2
@mattdm Cả hai câu trả lời hiện tại đều đúng - nó phụ thuộc vào ống kính. Đó là lý do tại sao cả hai có vẻ hợp lý. Thu phóng có độ dài tiêu cự ngắn hơn tại bất kỳ điểm nào so với khoảng cách từ mặt bích đến cảm biến phải được trang bị thêm. Với cùng một mã thông báo, nếu trung tâm quang học gần trung tâm hơn độ dài tiêu cự rõ ràng tại bất kỳ điểm nào, thì nó phải là tele. Một số ống kính là cả hai, tùy thuộc vào cài đặt độ dài tiêu cự. Nikon 18-200 phải là retro ở mức 18mm, nhưng chỉ dài 162mm. Thêm khoảng cách mặt bích, sau đó tính đến vị trí của trung tâm quang học của ống kính: đó là tele. QED

Bạn có thể vui lòng lấy ống kính ra khỏi thân máy, nhìn vào phần tử phía sau và cho chúng tôi biết nó di chuyển như thế nào khi bạn phóng to từ 18 đến 55 mm?
Edgar Bonet

Theo tôi được biết câu trả lời DragonLord, những lời giải thích là ống kính retrofocal tăng trong phần mở rộng khi họ phóng to ra , và ống kính tele tăng trong phần mở rộng khi họ phóng to trong , và loại này của thánh giá ống kính giữa hai người. Câu trả lời của Edgar Bonet nói rằng việc "chuyển đổi" hướng mở rộng ống kính này xảy ra ngay cả với các thiết kế hoàn toàn bổ sung , và nếu ống kính xảy ra cũng là tele khi phóng to đủ xa, điều đó là ngẫu nhiên. Điều nào là đúng?
mattdm

@EdgarBonet - chuyển động của phần tử phía sau và phía trước) không đủ để đưa ra quyết định cho một trong hai ống kính cụ thể; bạn cần phải đưa ống kính xuống các nhóm và helicoids để chắc chắn nếu thiết kế không được công bố.

2
@Zach: bạn có thể không chấp nhận câu trả lời của DragonLord theo yêu cầu của anh ấy không? Xem bên dưới ....
mattdm

Câu trả lời:


36

Không có mối quan hệ đơn giản giữa chiều dài vật lý của ống kính và tiêu cự của nó. Ví dụ, góc rộng lấy nét lại thường dài hơn tiêu cự của nó, trong khi ống kính tele ngắn hơn tiêu cự của nó. Trong chế độ phóng to, bạn có một số nhóm ống kính di chuyển độc lập. Độ dài tiêu cự của zoom phụ thuộc vào vị trí tương đối của các nhóm và không phải lúc nào cũng liên quan đơn giản đến độ dài vật lý của ống kính. Điều đó đang được nói, lời giải thích đơn giản nhất có thể cho hành vi này là thu phóng của bạn có thể là một thiết kế lấy nét đơn giản.

Thu phóng lại tập trung

Một zoom lấy nét lại được tạo thành chỉ có hai nhóm. Nhóm phía trước, có công suất khúc xạ âm và tiêu cự (âm) f 1 , tạo ra một hình ảnh trung gian ảo của vật thể ở đâu đó trước ống kính. Nhóm này hoạt động giống như những người đeo kính cận thị đeo mắt: nó mang vật thể đến gần mắt. Độ dài tiêu cự của nhóm này gần -35 mm.

Nhóm phía sau, có công suất khúc xạ dương, làm cho cảm biến trở thành hình ảnh thực ngược của hình ảnh ảo trung gian này. Hình ảnh trung gian là đối tượng của người Viking cho nhóm này. Hình ảnh cuối cùng giống như một bản sao đảo ngược của hình ảnh ảo, được chia tỷ lệ theo hệ số phóng đại m 2 gần bằng -1, âm tính vì hình ảnh cuối cùng bị đảo ngược.

Giả sử đối tượng ở vô cực, toàn bộ ống kính có tiêu cự f  =  f 1 × m 2 . Đây là sản phẩm của hai số âm và kết quả là dương.

ống kính lấy nét lại

Trong bản vẽ được đơn giản hóa ở trên, nhóm đầu tiên là ống kính L1, nhóm thứ hai là ống kính L2, zoom được lấy nét ở vô cực, hình ảnh trung gian ở bên trái, ở khoảng cách x từ L2 và cảm biến ở P Độ phóng đại của L2 là m 2 = - x '/ x .

Với thiết kế này, thật dễ dàng để phóng to ống kính bằng cách di chuyển nhóm thứ hai. Khi nhóm này ở gần cảm biến hơn, nó sẽ cung cấp độ phóng đại nhỏ (khoảng -0,5) và do đó, tiêu cự ngắn hơn cho toàn bộ ống kính. Khi nó được di chuyển về phía trước, gần hơn với hình ảnh trung gian, bạn có độ phóng đại cao hơn (khoảng -1,6) và do đó, tiêu cự dài hơn cho toàn bộ ống kính.

Tuy nhiên, khi bạn thay đổi độ phóng đại của nhóm này, khoảng cách giữa đối tượng (trong trường hợp này là hình ảnh trung gian) và hình ảnh cuối cùng sẽ thay đổi. Khoảng cách này ở mức tối thiểu khi nhóm chỉ ở giữa đối tượng và hình ảnh của nó, xảy ra khi độ phóng đại là -1. Bạn có thể kiểm tra điều này một cách dễ dàng bằng cách sử dụng kính lúp để lấy nét hình ảnh của bóng đèn trên một tờ giấy: khoảng cách giữa bóng đèn và hình ảnh được lấy nét là tối thiểu khi hình ảnh có cùng kích thước với vật thể. Trong trường hợp ống kính zoom, do hình ảnh cuối cùng phải rơi ở một vị trí cố định (trên cảm biến), hình ảnh trung gian phải được di chuyển bằng cách di chuyển nhóm phía trước. Điều này giải thích hành vi quan sát được của nhóm phía trước: khi bạn phóng to ống kính từ 18 mm đến ~ 35 mm, độ phóng đại m 2đi từ ~ -0,5 đến -1 và nhóm phía trước di chuyển đến gần cảm biến hơn. Khi bạn phóng to từ đó lên 55 mm, m 2 đi từ -1 đến ~ -1.6 và nhóm phía trước di chuyển ra khỏi cảm biến.

ví dụ 1

Đây chỉ là một mô hình đơn giản hóa (trên) lý thuyết cho thu phóng trong đó mỗi nhóm chỉ là một ống kính mỏng. Độ dài tiêu cự của các nhóm là -35 mm (nhóm phía trước) và +35 mm (nhóm phía sau). Giả sử một đối tượng ở vô cực, tôi đã tính toán các cấu hình của zoom cho ba độ dài tiêu cự. Bảng bên dưới hiển thị vị trí của các thành phần thấu kính (tính bằng mm từ cảm biến) là một chức năng của độ dài tiêu cự mà thu phóng được đặt thành:

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

Và đây là một bản vẽ, để chia tỷ lệ:

thu phóng ở 18, 35 và 55 mm

Cảm biến ở bên phải. Hình ảnh trung gian (không được vẽ) là 35 mm ở bên trái của phần tử phía trước. Điều thú vị là chuyển động của các nhóm (cả phía trước và phía sau) khớp với những gì tôi đã thấy trên hầu hết các zoom tầm trung nhỏ. Thu phóng thực sự có thể có nhiều nhóm hơn (IS đã được đề cập), nhưng chỉ có hai nhóm thực sự cần thiết cho hành động thu phóng.

Ví dụ 2

Để có một ví dụ thực tế hơn, hãy xem bằng sáng chế này cho một số zoom của Nikon 1 . Đây không phải là ví dụ tốt nhất vì những ống kính này được dành cho máy ảnh không gương lật. Tuy nhiên, một trong những phương án là zoom tầm trung 10-30 mm (tương đương 27-81), khá gần với phạm vi 18-55 cho 1.6 ×.

Tôi thích ví dụ này mặc dù vì những con số. Xin hãy xem hình trên trang 1, và cụ thể hơn là các mũi tên ở phía dưới, bên dưới nhãn hiệu G1 G1 và và G2 G2. Các mũi tên này cho thấy cách các nhóm di chuyển khi ống kính được phóng to từ rộng (W) sang tele (T). Bạn có thể thấy rằng nhóm phía trước di chuyển trở lại và sau đó về phía trước, trong khi nhóm thứ hai di chuyển đơn điệu về phía trước. Đó là những gì tôi đã thấy trên nhiều zoom rộng và trung bình, mặc dù không phải trên tất cả chúng (không phải trên Nikkor 18-70 chẳng hạn). Bạn có thể nhận thấy rằng nhóm thứ hai có một số nhóm con trong số đó, bao gồm một nhóm để lấy nét (Gf) và một nhóm để ổn định hình ảnh (Gs). Tuy nhiên, các nhóm con này không liên quan khi chỉ xem xét hành động phóng to.

Dù sao, điều thú vị ở đây là, mặc dù một số ví dụ được cung cấp có ba nhóm thấu kính, hầu hết (bao gồm cả hiện thân ưa thích của ED) chỉ có hai. Trích dẫn bằng sáng chế (đoạn 077 trên trang 67):

Một hệ quang học theo phương án hiện tại bao gồm, theo thứ tự từ phía đối tượng, nhóm thấu kính thứ nhất có công suất khúc xạ âm và nhóm thấu kính thứ hai có công suất khúc xạ dương.

Đây chính xác là mô tả của một ống kính lấy nét lại.

Ví dụ 3

Đây là một bằng sáng chế khác của Nikon có thể phù hợp hơn vì nó chủ yếu mô tả các loại zoom APS-C 18-55.

Các ví dụ 1 và 2 của bằng sáng chế này dành cho thiết kế lấy nét đơn giản như vậy, với nhóm phía trước có tiêu cự -31,51 mm và nhóm phía sau có tiêu cự + 37,95 mm. Từ các bảng dữ liệu, chúng ta thấy rằng, khi bạn phóng to ống kính từ 18 đến 55 mm, nhóm phía trước di chuyển trở lại trước (về phía cảm biến) và sau đó chuyển tiếp (ra khỏi cảm biến) trong khi nhóm phía sau di chuyển đơn điệu về phía trước.

Bằng sáng chế này cũng cho thấy thiết kế hai nhóm đơn giản mà tôi mô tả ở đây không phải là lựa chọn duy nhất có thể. Hãy xem xét ví dụ 5 của bằng sáng chế này. Ống kính này có bốn nhóm di chuyển tất cả theo những cách khác nhau khi ống kính được phóng to. Khi phóng to từ 18 đến 55 mm, nhóm phía trước di chuyển trở lại, sau đó tiến về phía trước và nhóm phía sau di chuyển đơn điệu về phía trước. Do đó, nhìn từ bên ngoài, có vẻ như thiết kế hai nhóm đơn giản của ví dụ 1, mặc dù bên trong nó khá phức tạp.

Mặt khác, thiết kế đặc biệt này thực sự không quá xa so với thiết kế lấy nét đơn giản. Nếu chúng ta nói rằng các nhóm 2, 3 và 4 tạo thành một nhóm siêu nhóm Hồi, thì ống kính có thể được mô tả là một nhóm (G1) có công suất khúc xạ âm theo sau là siêu nhóm (G234) có công suất khúc xạ dương. Vẫn là một loại trang bị lại. Mô tả này không hoàn toàn không hợp lý vì các nhóm 2, 3 và 4 di chuyển ít nhiều theo cùng một kiểu: tất cả chúng đều di chuyển đơn điệu về phía trước khi ống kính được phóng to từ rộng sang tele và chuyển động trung bình của chúng lớn hơn chuyển động tương đối giữa chúng. Từ bảng dữ liệu ống kính, tôi đã tính độ dài tiêu cự của siêu nhóm này và thấy rằng nó không thay đổi nhiều: chỉ từ 38,6 mm ở đầu rộng của zoom đến 34,8 mm ở đầu tele.

Mặc dù tôi mới chỉ điều tra một vài bằng sáng chế, nhưng kết luận của tôi là một số loại thiết kế lấy nét lại (nhưng không nhất thiết chỉ có hai nhóm) có khả năng phóng to nếu đáp ứng ba điều kiện sau:

  • ống kính dài hơn tiêu cự của nó ở tất cả các cài đặt
  • khi phóng to từ rộng sang tele, phần tử phía trước sẽ di chuyển trở lại trước (gần với cảm biến hơn), rồi chuyển tiếp
  • khi phóng to từ rộng sang tele, phần tử phía sau luôn di chuyển về phía trước.

Điều kiện đầu tiên có thể luôn luôn được đáp ứng bởi các zoom của máy ảnh DSLR có độ dài tiêu cự tối đa không quá 55 mm.

PS: Câu trả lời này đã được chỉnh sửa rất nhiều để hợp nhất một số chỉnh sửa. Trong quá trình tôi kết hợp một điểm quan trọng được đưa ra bởi Stan Rogers, đó là thiết kế đơn giản không phải là thiết kế duy nhất có thể.


2
Bạn có thể giải thích bằng ngôn ngữ rất đơn giản tại sao điều này làm cho một ống kính 18-55 điển hình bắt đầu ở độ dài giữa, sau đó giảm và sau đó tăng?
mattdm

1
Và, trong khi tôi ghét hỏi bạn tôi chứng minh điều tiêu cực, vì câu trả lời được chấp nhận và bài viết trên wikipedia đều bao gồm ý tưởng rằng chức năng của nhóm phía trước chuyển từ tiêu cực sang tích cực, bạn có thể nói rõ hơn một chút không? Thật tuyệt khi cho thấy cách thức hoạt động của nó với 18-55mm điển hình. Và, làm thế nào sẽ là một ống kính với / mở rộng ống kính wrt thiết kế retro cư xử tele?
mattdm

1
@mattdm: độ phóng đại -1 có nghĩa là hình ảnh có cùng kích thước với đối tượng, nhưng bị đảo ngược. Thay vào đó, trong chụp ảnh macro, người ta sẽ nói rằng 1: 1, mà quên dấu hiệu. Và nó không phải là -1 -1 một cái gì đó, vì độ phóng đại không có đơn vị. Bằng cách phóng to thu nhỏ (tương ứng), tôi có nghĩa là xoay vòng thu phóng theo chiều dài tiêu cự dài hơn (ngắn hơn).
Edgar Bonet

1
@DragonLord: Nếu bạn xác định một ống kính tele theo cách đó, thì bạn phải đo chiều dài của ống kính từ thành phần trước đến mặt phẳng hình ảnh. Trong ví dụ này, chiều dài được xác định theo cách này là 112,3 mm.
Edgar Bonet

1
Lưu ý rằng Canon 18-55 có năm nhóm độc lập: canon.com/camera-museum/camera/lens/ef/data/ef-s/ Kẻ
bwDraco

9

Xem ghi chú chỉnh sửa bên dưới câu trả lời này.


Ống kính được trang bị thêm ở đầu rộng và tele ở đầu dài. Một ống kính lấy nét lại được gọi là "ống kính tele ngược" vì nó được chế tạo tương tự như ống kính tele với các thành phần được đảo ngược. Hiệu ứng giảm khi bạn phóng to, cho đến khi bạn đạt khoảng 35mm, tại đó ống kính bắt đầu mở rộng và cuối cùng trở thành cấu hình tele, trong đó kích thước của ống kính, thành phần trước đến thành phần phía sau, nhỏ hơn tiêu cự. Các ống kính không phải là trang bị thêm cũng như tele giữa các vị trí này. Điều này dẫn đến việc ống kính dài hơn ở các điểm cực đại của phạm vi zoom so với các vị trí trung gian.

Để biết thêm thông tin về thiết kế này, hãy xem các bài viết trên Wikipedia về Angénieux retrof Focus , thảo luận về nguồn gốc của thiết kế cho đầu rộng và ống kính tele cho những gì xảy ra ở đầu dài. Theo bài báo ống kính tele:

Các ống kính zoom là tele ở một cực của phạm vi zoom và lấy nét lại ở các ống kính khác hiện đang phổ biến.

Đây thực chất là những gì đang xảy ra với ống kính 18-55mm của bạn. Theo như tôi biết, các ống kính 18-55mm của Canon, Nikon, Pentax và Sony (A-mount, không phải E-mount) đều có chung khía cạnh thiết kế này.


Chỉnh sửa: Câu trả lời này không chính xác vì nó dựa trên định nghĩa không chính xác về "ống kính tele". Xin vui lòng bỏ qua câu trả lời này; Câu trả lời của Edgar Bonet có khả năng là chính xác. Xem https://meta.stackexchange.com/a/22633/160017 .


2
Các ống kính này cũng thường là tele ở đầu bên kia (trái ngược với chỉ đơn thuần là dài) và sẽ không lấy nét lại cũng như tele tại một số điểm trong thông số (nghĩa là trung tâm quang học của ống kính sẽ ở tiêu cự thực tế ). Vì vậy, ở độ dài tiêu cự ngắn nhất, nhóm phía trước là phân kỳ và hội tụ phía sau, dài nhất là phía trước hội tụ và phân kỳ phía sau, và ở giữa, toàn bộ vật thể hoạt động như một thấu kính hội tụ đơn, phức tạp. Đó là rất nhiều phần thay đổi xung quanh.

1
@EdgarBonet, điều này có thể đúng với ống kính một tiêu cự, nhưng ống kính được đề cập là ống kính zoom. Do đó, cấu hình ống kính có thể thay đổi từ lấy nét lại thành tele khi bạn phóng to từ rộng sang dài.
bwDraco

2
@EdgarBonet Đó thực sự là hơn bốn nhóm độc lập trong cuộc sống thực (đặc biệt là có liên quan đến ổn định hình ảnh) và không, nó không "quá phức tạp". Sự chuyển đổi từ tele sang cấu hình phụ có thể được giải thích bằng chuyển động tương đối của một nhóm trong thiết kế đơn giản nhất có thể - sự dịch chuyển của một nhóm hội tụ giữa các nhóm phân kỳ phía trước và phía sau, làm cho "nhóm các nhóm" phía trước và phía sau tương đối nhiều hơn hoặc ít hội tụ / phân kỳ. Đó thực sự là một khái niệm khá thanh lịch.

3
"Thiết kế đơn giản nhất có thể" không phải là thiết kế tốt nhất. Thay vì di chuyển một "siêu nhóm" trung tâm liên quan đến hai yếu tố / nhóm phân kỳ cố định, đó là các yếu tố phân kỳ di chuyển liên quan đến siêu nhóm hội tụ. Khi phần tử phân kỳ phía trước cách xa trung tâm nhất, bạn đang ở tiêu cự ngắn nhất. Ngược lại, khi yếu tố phân kỳ phía sau ở xa nhất, bạn sẽ ở lâu nhất. Khi ống kính nhỏ gọn nhất, nó hoạt động như một ống kính đa nhóm đơn giản (không retro cũng không tele). Các siêu nhóm trung tâm chính nó có thể là varifocal.

2
Tôi không muốn xóa câu trả lời, nhưng tôi sẵn sàng để mất sự chấp nhận. Câu trả lời này dù sao cũng thể hiện một quan niệm sai lầm trong thiết kế ống kính, vì vậy nó có thể hữu ích với một số người. Mặc dù nó sai về mặt kỹ thuật, nhưng rõ ràng nó không sai, vì vậy tôi sẽ giữ nó như câu trả lời MSO được liên kết khuyên.
bwDraco

5

Với hầu hết các thiết kế ống kính zoom khi bạn phóng to, ống kính và phần tử phía trước sẽ mở rộng, đó là sự thật.

Nhưng có một số ống kính như Canon EF 24-70 trong đó ống kính được mở rộng hoàn toàn ở 24mm và rút lại hoàn toàn ở 70mm. Vì vậy, đánh giá bởi các yếu tố phía trước, nó dường như đang làm việc ngược!

Và có các ống kính IZ (zoom nội bộ) trong đó phần tử phía trước hoàn toàn không di chuyển.

Bất kỳ ống kính nào cũng sẽ có nhiều nhóm yếu tố, một số trong đó sẽ di chuyển "ra" và một số khác di chuyển "vào". Tôi đoán câu trả lời đơn giản là bạn không thể đánh giá bằng những gì bạn thấy cái thùng và phần tử phía trước đang làm, có rất nhiều thứ đang diễn ra bên trong. Một số thiết kế ống kính rất phức tạp. Tôi sẽ rất thích thú nếu ai đó có thể đăng một bức ảnh đơn giản để giải thích cách thiết kế ống kính cụ thể này hoạt động.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.