ทำไมเลนส์ซูมบางรุ่นถึง“ อ่อน” ที่จุดสิ้นสุดของช่วงความยาวโฟกัสใดช่วงหนึ่ง

เมื่อมีคนอ่านเกี่ยวกับเลนส์ซูมความคิดเห็นทั่วไปที่เกิดขึ้นในความคิดเห็นของเลนส์บางตัว (โดยเฉพาะเลนส์ราคาถูก) คือเลนส์นั้นไม่คม ("นุ่ม") ที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของช่วงซูม .

ทำไมเลนส์ถึงมีระดับความคมชัดที่แตกต่างกันที่ความยาวโฟกัสต่างกันและทำไมสุดขั้วถึงแย่ที่สุด?

คำเตือน: นี่เป็นอีกหนึ่งคำตอบ "ความยาวหนังสือ" ของฉัน ... :-)

เริ่มต้นด้วยการทบทวนอย่างรวดเร็วว่าเลนส์ซูมทำงานอย่างไร พิจารณาการออกแบบเลนส์ที่ง่ายที่สุดที่เป็นไปได้ - องค์ประกอบเดียว ปัญหาใหญ่อย่างหนึ่งของเลนส์องค์ประกอบเดียวคือความยาวโฟกัสของเลนส์กำหนดระยะห่างที่องค์ประกอบต้องมาจากระนาบฟิล์ม / เซ็นเซอร์เพื่อให้ฉากเข้าสู่โฟกัสดังนั้นเลนส์ 300 มม. (เช่น) จะต้องเป็น ห่างจากเซ็นเซอร์ 300 มม. เพื่อโฟกัสไปที่อินฟินิตี้ ตรงกันข้ามเลนส์มุมกว้างจะต้องจริงๆใกล้กับเครื่องบินฟิล์ม / เซ็นเซอร์มุ่งเน้นไปที่อินฟินิตี้

ในไม่ช้านักออกแบบเลนส์ก็ค้นพบเคล็ดลับที่น่าสนใจทีเดียวพวกเขาสามารถสร้างความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพได้นานโดยวางองค์ประกอบความยาวโฟกัสสั้นไว้ด้านหน้า ด้วยองค์ประกอบเชิงลบแสงจะกระทบกับระนาบฟิล์มในมุมเดียวกันเหมือนกับว่าเลนส์ถูกหักเหแสง การพูดเกินจริงเล็กน้อย (หรือมาก) เราได้รับการทดแทนดังนี้:

เลนส์ทั้งสองมีความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพเท่ากันแต่ (อย่างชัดเจนพอ) เลนส์ตัวที่สองนั้นสั้นกว่าเล็กน้อยโดยไม่ต้องยื่นออกมาด้านหน้ากล้อง

บรรทัดบนที่สองเท่าในการออกแบบที่สองอย่างไรก็ตามนำเราไปยังจุดที่สองของเรา: ความผิดปกติของสี บรรทัด "inner" แสดงถึงแสงสีน้ำเงินที่ลอดผ่านเลนส์และแสงสีแดง "outer" line เนื่องจากความยาวคลื่นสั้นลงแสงสีน้ำเงินจึงหักเห (โค้ง) มากกว่าเสมอเมื่อผ่านเลนส์มากกว่าแสงสีแดง อย่างไรก็ตามความแตกต่างระหว่างการหักเหของแสงสีแดงและสีน้ำเงินอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระจก

หากเราเลือกกระจกที่เหมาะสมสำหรับด้านหน้ากับองค์ประกอบด้านหลังเราสามารถบรรลุสิ่งที่แสดงในภาพโดยประมาณ - จำนวนการดัดเสริมในองค์ประกอบด้านหน้านั้นได้รับการชดเชยอย่างแน่นอนโดยจำนวนการดัดเสริมในองค์ประกอบที่สองดังนั้น แสงสีแดงและสีน้ำเงินเข้ามาโฟกัสร่วมกันอย่างแน่นอน

อย่างไรก็ตามด้วยเลนส์ซูมสิ่งต่าง ๆ ก็ไม่ได้ผลอย่างง่ายดาย เพื่อให้ได้เลนส์ซูมเราใช้การออกแบบที่สอง แต่เลื่อนองค์ประกอบด้านหลังสัมพันธ์กับองค์ประกอบด้านหน้า ในกรณีนี้ถ้าเราเลื่อนองค์ประกอบด้านหน้าไปข้างหน้าแสงสีน้ำเงินจะแยกจากสีแดงน้อยลงเมื่อพวกมันเข้าสู่องค์ประกอบที่สองและเนื่องจากไม่มีที่ว่างด้านหลังองค์ประกอบที่สองมันจะงอมากขึ้น - ผลแทนที่จะเข้ามารวมกันอย่างแน่นอนแสงสีฟ้าจะจบลงที่ "นอก" แสงสีแดงซึ่งจะปรากฏในภาพเป็นความผิดปกติของสี

ในทางกลับกันหากองค์ประกอบด้านหลังถูกย้ายกลับเข้าไปใกล้เซ็นเซอร์แสงสีน้ำเงินจะแยกห่างจากแสงสีแดงไกลกว่าเมื่อเข้าสู่องค์ประกอบที่สอง จากนั้นเนื่องจากองค์ประกอบที่สองอยู่ใกล้กับเซ็นเซอร์มากขึ้นมันจะไม่มาบรรจบกับสีแดงดังนั้นมันจะจบลงที่ "ข้างใน" สีแดงเมื่อไปถึงเซ็นเซอร์ - อีกครั้งความคลาดเคลื่อนสี (แต่ในทิศทางตรงกันข้าม )

ถ้าเราทิ้งมันไว้ที่ที่ซูมเลนส์ทั้งหมดจะน่ากลัวสวย - การเปลี่ยนแปลงในความยาวโฟกัสทุกคนจะให้ขนาดใหญ่ปริมาณของแคลิฟอร์เนีย ในการต่อสู้นั้นองค์ประกอบจะถูกจัดกลุ่ม แทนที่จะเป็นองค์ประกอบด้านหน้าและองค์ประกอบที่สองโดยที่อีกกลุ่มหนึ่งชดเชย CA ที่แนะนำโดยอีกกลุ่มคุณจะมีสองกลุ่มองค์ประกอบซึ่งแต่ละกลุ่มจะชดเชย CA ของตัวเองและการย้ายกลุ่มที่สัมพันธ์กันไม่ได้ เปลี่ยน CA เลย

มันยังไม่ง่ายอย่างนั้น มันเป็นไปไม่ได้ทางร่างกายสำหรับกลุ่มองค์ประกอบที่จะชดเชย CA อย่างสมบูรณ์ องค์ประกอบโค้งงอแสงสีน้ำเงินเสมอในบางมุมที่มากกว่ามุมที่โค้งงอแสงสีแดง ที่ดีที่สุดถ้าคุณวางองค์ประกอบเข้าด้วยกันจริงๆคุณสามารถทำให้แสงสีแดงและสีฟ้าเดินทางเข้ามาใกล้กันและเกือบจะขนานกัน แต่ก็ยังแยกกันเล็กน้อย หากคุณงอพวกมันกลับเข้าหากันพวกมันจะเข้าหากันในระยะทางที่แน่นอน คุณจะต้องจบลงด้วย CA ในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่ง

อย่างไรก็ตามตามที่ระบุไว้แล้วด้วยเลนส์ซูมระยะทางที่เกี่ยวข้องต้องเปลี่ยน สิ่งที่ผู้ออกแบบเลนส์ทำกันตามปกติคือพยายามลดกรณีที่แย่ที่สุดใน CA การทำนั้นค่อนข้างง่าย (อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี): เขามองไปที่ระยะที่องค์ประกอบด้านหลังเคลื่อนที่และคำนวณหามุมที่จะทำให้เกิดการบรรจบกันที่จุดกึ่งกลางของช่วงนั้น ด้วยวิธีนี้เขาแบ่งสิ่งต่าง ๆ ดังนั้นมันจะได้ CA ในทิศทางเดียวเมื่อองค์ประกอบด้านหลังเคลื่อนที่เข้าใกล้เซ็นเซอร์มากขึ้นและในอีกทิศทางหนึ่งเมื่อมันเคลื่อนที่ไปไกลกว่า แน่นอนว่ามันไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบด้านหลังจริงๆ - เขาต้องดูการผสมผสานของการเคลื่อนไหวทั้งหมดของกลุ่มองค์ประกอบทั้งหมด (และบัญชีสำหรับการกระจายตัวที่แนะนำโดยแต่ละหลักสูตร)

เมื่อเขาเข้าใจช่วงอย่างไรก็ตามเขามักจะลดกรณีที่แย่ที่สุดโดยแยกความแตกต่าง - ปรับให้เหมาะสมสำหรับช่วงกลางของช่วงโดยประมาณดังนั้นมันจึงแย่ลงเล็กน้อยในแต่ละทิศทาง ข้อยกเว้นคือเลนส์ที่คาดว่าจะใช้เป็นหลักที่ปลายด้านหนึ่งหรืออีกด้านหนึ่ง ในกรณีนี้คุณสามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับช่วงการใช้งานโดยประมาณและใช้ชีวิตด้วยความจริงที่ว่ากรณีที่เลวร้ายที่สุดจะเลวร้ายยิ่งกว่าที่ควรจะเป็น

แน่นอนว่านี่เป็นเพียงหนึ่งในหลายปัจจัยที่สำคัญในการออกแบบเลนส์ - นักออกแบบยังต้องคำนึงถึง (อย่างน้อย) อาการโคม่าสายตาเอียงสายตาเอียงขอบภาพบิดเบี้ยวผิดเพี้ยนและความผิดปกติของทรงกลม - ไม่ต้องพูดถึง รายละเอียดเล็ก ๆ น้อย ๆ ไม่กี่อย่างเช่นขนาดน้ำหนักราคาและความสามารถในการผลิตเลนส์จริงที่ทำงานตามที่เขาออกแบบไว้

น่าเสียดายที่ฉันเคยเห็นเลนส์ที่ความยาวโฟกัสกลางแย่ที่สุดดังนั้นการสันนิษฐานของคุณจึงไม่ถูกต้องเสมอไป

โดยพื้นฐานแล้วการซูมนั้นทำขึ้นจากการเคลื่อนย้ายองค์ประกอบออพติคอลและพวกมันจะต้องเคลื่อนที่สัมพันธ์กันเพื่อเปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลนส์ วิศวกรเชิงแสงมีหน้าที่รับผิดชอบในการปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสมตลอดการซูมด้วยชุดชิ้นส่วนคงที่ในลำดับคงที่ คุณสามารถจินตนาการว่านี่เป็นกระบวนการที่ยากลำบาก

รนแรงมีความเสี่ยงต่อปัญหาเนื่องจากองค์ประกอบทางแสงเข้าด้วยกันมักจะทำงานได้ดีที่สุดในตำแหน่งที่ตั้งไว้และห่างจากตำแหน่งนั้นไกลออกไปจากประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

การออกแบบเลนส์ซูมซึ่งแตกต่างจากการออกแบบเลนส์ Prime (ทางยาวโฟกัสคงที่เดียว) จึงมีความซับซ้อน ด้วยเลนส์ที่ดีที่สุดมันจะง่ายต่อการแก้ไขสำหรับความคลาดของแสงเช่นความผิดเพี้ยนของสี, ความผิดเพี้ยนของทรงกลม, ความผิดเพี้ยน ฯลฯ และอื่น ๆ ด้วยองค์ประกอบของเลนส์ที่น้อยลง องค์ประกอบเลนส์น้อยลง (เลนส์กระจกแต่ละชิ้นที่ใช้ในการสร้างเลนส์กล้องคอมเพล็กซ์) คุณภาพของภาพของคุณจะดีขึ้นเนื่องจากกระจกแต่ละชิ้นจะมีผลต่อการโฟกัสของแสง

โดยทั่วไปแล้วเลนส์ซูมจะมีองค์ประกอบเลนส์มากกว่าเลนส์เดี่ยวบางครั้งก็มากขึ้น เมื่อพูดถึงทางยาวโฟกัสที่กว้างกว่าเลนส์ซูมบางตัวจะยาวกว่าความยาวโฟกัสและต้องการกลุ่ม "retrofocal" ที่ด้านหลัง องค์ประกอบเลนส์พิเศษเหล่านี้แต่ละอันเพิ่มความผิดเพี้ยนทางแสงบางอย่างแก้ไขความคลาดเคลื่อนขององค์ประกอบเลนส์อื่น ๆ ในเลนส์ซูมการแก้ไขด้วยแสงจะต้องทำในลักษณะที่ให้คุณภาพโดยรวมที่ดีที่สุดตลอดช่วงการซูมซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะต้องมีการประนีประนอมที่ใดที่หนึ่ง

เลนส์ซูมมักจะมีจุด "คมชัด" และจุด "เบาลง" มันไม่ได้อยู่ที่ปลายสุดของช่วงโฟกัสเสมอไป ... บางครั้งมันก็อยู่ตรงกลาง บางครั้งการประนีประนอมมักเกิดจากความคมชัดของภาพ "ขอบ" และ "กึ่งกลาง" ของภาพซึ่งอาจแย่ลงที่ความยาวโฟกัสหนึ่งกว่าอีกภาพหนึ่ง ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดการรองรับช่วงโฟกัสที่หลากหลายนั้นต้องการการประนีประนอมเนื่องจากความซับซ้อนที่จำเป็น

เลนส์คุณภาพสูงมักจะใช้เลนส์ขั้นสูงมากขึ้นเพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนซึ่งมักมีค่าใช้จ่ายสูง เลนส์ระดับกลางอาจใช้เลนส์มากขึ้นเพื่อแก้ไขความผิดปกติและไม่สนใจว่าการเปลี่ยนแปลงความคลาดเคลื่อนตลอดช่วงโฟกัสนั้นเป็นอย่างไร เลนส์ระดับมืออาชีพชั้นเลิศจะอธิบายถึงความแปรปรวนของความคลาดต่างๆใช้เลนส์ขั้นสูงเช่นแก้วความหนาแน่นสูงกระจกกระจายตัวต่ำองค์ประกอบเลนส์ทรงกลมส่วนประกอบเลนส์ฟลูออไรต์องค์ประกอบเลนส์ฟลูออไรท์กลุ่มเลนส์อะโพโครมาติกกลุ่มแก้ไขพิเศษ ฯลฯ เพื่อรักษาคุณภาพสูงสุด ช่วงของเลนส์ซูม การประนีประนอมจะต้องทำเมื่อเทียบกับเลนส์ชั้นดีอย่างไรก็ตามระดับของการประนีประนอมมีแนวโน้มน้อยกว่ามาก

เลนส์เกี่ยวข้องกับการแก้ไขที่สำคัญสำหรับความผิดปกติ ความผิดปกติเหล่านี้เรียกว่าความผิดปกติ มีความหลากหลายของความผิดปกติบางอย่างที่พบบ่อยคือทรงกลม, สายตาเอียง, สี, อาการโคม่า, บาร์เรล, pincushion, ความโค้งฟิลด์และออกจากโฟกัส

หากความผิดปกติเหล่านี้ไม่มีอยู่การออกแบบเลนส์ก็ง่ายมาก เพียงแค่ใส่เลนส์หนึ่งหรือสองเส้นในแนวตรงและคุณจะได้ภาพที่สมบูรณ์แบบทุกครั้ง แต่เรารู้ว่าความผิดปกติเหล่านี้มีอยู่จริง เป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ไขความผิดปกติเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ไม่ว่าจะจุดใดจุดหนึ่ง ยิ่งความผิดปรกติเหล่านี้มีมากเท่าไหร่ภาพก็จะดูนุ่มนวลขึ้นเท่านั้น

หนึ่งสามารถลดการบิดเบือนในช่วงเวลาที่มีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่โดยการทำเลนส์ราคาแพงมากขึ้น เลนส์ที่มีราคาแพงกว่านั้นมาจากการผลิตเลนส์ทรงกลมที่ไม่ใช่ทรงกลมซึ่งยากต่อการผลิต

ยิ่งคุณอยู่ห่างจากจุดอ่อนของเลนส์มากเท่าไหร่ก็ยิ่งมีความนุ่มมากเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงความยาวโฟกัสรูรับแสงและระยะโฟกัสทั้งหมดล้วนเป็นผู้มีอิทธิพลในจุดหวาน ดังนั้นการเปลี่ยนหนึ่งใน 3 อย่างใดอย่างหนึ่งจะทำให้คุณภาพลดลง หากเลนส์มีคุณภาพสูงพอความเสื่อมโทรมแทบจะไม่สามารถสังเกตได้