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.
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:
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.