ทำไมเลนส์ซูเปอร์ซูมขนาดเล็ก แต่เลนส์เทเลโฟโต้ยักษ์มีขนาดใหญ่?

สัปดาห์นี้ฉันได้อ่านข่าวสองเรื่องเกี่ยวกับเลนส์กล้องสองตัวที่สามารถขยายสิ่งที่อยู่ไกลออกไปได้มาก

อย่างแรกคือNikon Coolpix P900ซึ่งเป็นกล้องแบบเล็งแล้วถ่ายที่ราคา $ 600 มีเลนส์ซูเปอร์ซูมออพติคอล 83x ("มุมมองเดียวกันกับเลนส์ 2,000 มม. ในกล้องฟูลเฟรม") และให้ คุณเห็นหลุมอุกกาบาตแห่งดวงจันทร์

อย่างที่สองคือเลนส์ Canon EV 1200 มม. f / 5.6 L USMซึ่งมีน้ำหนัก 36 ปอนด์ราคา 180,000 เหรียญสหรัฐและสามารถถ่ายภาพบุคคลให้ห่างออกไปครึ่งไมล์

ช่างภาพที่ไม่ใช่ช่างภาพอาจถามว่า "ทำไมบางคนถึงใช้ชีวิตอย่างประหยัดด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดมหึมาของเลนส์เมื่อคุณสามารถถ่ายรูปด้วยกล้องมือถือราคา 1 / 300th ในระยะไกล"

โดยทั่วไปฉันไม่ใช่ช่างภาพและฉันอยากถามคำถามนั้น เด็กตัวใหญ่ให้อะไรที่เด็กน้อยไม่ได้ให้ ฉันเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของเลนส์สามารถสร้างความแตกต่างในด้านขนาดและราคาได้ แต่ดูเหมือนว่าจะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

เกิดอะไรขึ้นกับเลนส์ของเลนส์ที่ทำให้เลนส์ขนาดเล็กสามารถเล็กได้และเลนส์ใหญ่ต้องใหญ่ ...

ฉันพยายามที่จะทำให้สัญชาตญาณพื้นฐานสำหรับสิ่งที่ทำให้เลนส์แตกต่างกันและฉันรู้ว่าฉันไม่เข้าใจมากพอเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเลนส์เพื่อให้ได้รู้วิธีเปรียบเทียบแอปเปิ้ลกับแตงโม

เลนส์ 1200 มม. ที่คุณอ้างถึงนั้นเป็นความผิดปกติเนื่องจากเป็นเลนส์ที่สั่งตามสั่งไม่ใช่เลนส์ทั่วไป - ดูทำไมเลนส์เทเลโฟโต้ขนาดใหญ่บางชิ้นจึงมีราคาแพงเมื่อเทียบกับกล้องโทรทรรศน์ และทำไมเลนส์บางตัวถึงมีราคาแพง? . แต่กฎทั่วไปถือเป็นจริง: เลนส์สำหรับกล้อง DSLR และกล้องมิเรอร์เลสส่วนใหญ่นั้นมีขนาดมหึมาเมื่อเทียบกับในกล้องซูเปอร์ซูม มีสามเหตุผลทั่วไปสำหรับสิ่งนี้:

1. เซ็นเซอร์ในกล้อง superzoom เหล่านี้มีขนาดเล็กโดยปกติแล้วจะอยู่ในระดับ 1 / 2.3 ซึ่งหมายถึง "ขนาดภาพย่อ" ในทางกลับกันเซนเซอร์ของกล้อง DSLR ระดับไฮเอนด์มักจะมีขนาดเท่ากับฟิล์ม 35 มม. แบบดั้งเดิม และ DSLRs ต่ำและกล้องมิเรอร์เลสโดยทั่วไปยังคงอยู่ใน ballpark นั้นและใหญ่กว่าซูเปอร์รูมหลายเท่านั่นหมายความว่าเลนส์จะต้องฉายวงกลมที่เล็กกว่ามากและอาจมีขนาดเล็กลง
2. ไม่เสมอไป แต่บ่อยครั้งที่เลนส์ขนาดใหญ่และหนักเหล่านั้นมีช่องรับแสงสูงสุดเร็วกว่า ที่ต้องมีองค์ประกอบด้านหน้าขนาดใหญ่ (อย่างน้อย!) - ซึ่งหมายความว่าแก้วมากขึ้นค่าใช้จ่ายมากขึ้นน้ำหนักมากขึ้น มันเป็นไปได้ที่จะออกแบบกล้อง superzoom ด้วยเลนส์ที่เร็วกว่า (รูรับแสงกว้างสุด) แต่การทำเช่นนั้นจะทำให้เลนส์มีขนาดใหญ่ขึ้น (และอาจจะยากที่จะสร้างด้วยช่วงซูมขนาดมหึมา) นั่นจะขัดกับเป้าหมายการออกแบบดังนั้นโดยทั่วไปคุณจะไม่เห็นมัน ในคำอื่น ๆ ก็จัดเรียงของซ้ำซาก A: กล้อง SUPERZOOM มีเลนส์ขนาดเล็กที่มีช่วงซูมสูงเพราะพวกเขาทำ
3. อีกครั้งไม่เสมอไป แต่บ่อยครั้ง: คาดหวังจากเลนส์ SLR มากขึ้นดังนั้นจึงถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองความคาดหวังที่สูงขึ้น การออกแบบเลนส์ทั้งหมดได้รับการประนีประนอมในเรื่องขนาดน้ำหนักราคาหรือคุณภาพของภาพในรูปแบบที่แตกต่างกันมากมาย - ดูที่คุณภาพของภาพใดที่ทำให้เลนส์ดีหรือไม่ดี? . superzoom ส่วนใหญ่ออกแบบให้ความสำคัญกับสิ่งนั้นและให้ผู้คนอยู่กับผลลัพธ์ (สมมติว่าผู้ซื้อที่พิถีพิถันน้อยลงในตลาดนั้น) หรือใช้การแก้ไขซอฟต์แวร์ที่ครอบคลุมโดยอัตโนมัติ

ช่วงซูมที่น่าทึ่งนั้นค่อนข้างดีและความยาวโฟกัสสูงสุดที่เทียบเท่านั้นน่าทึ่ง แต่คุณต้องจ่ายราคา เซ็นเซอร์ขนาดเล็กโดยเนื้อแท้รวบรวมโดยรวมแสงน้อยเพียงเพราะมีน้อยของมัน นั่นหมายถึงเสียงดังมากขึ้นและไม่มีวิธีใดที่จะโกงฟิสิกส์ในเกมนี้ ในความเป็นจริงคุณสามารถครอบตัดศูนย์กลางจากภาพ DSLR ด้วยหนึ่งในเลนส์ขนาดใหญ่เหล่านั้นและอาจได้ผลลัพธ์ที่เทียบเท่าโดยประมาณแม้ว่าความละเอียดจะลดลงในนาม (เว้นแต่คุณจะมีกล้อง DSLR ระดับสูงมาก) นั่นเป็นเพราะจากจุดปฏิบัติของมุมมอง, ซูมแทบจะแยกไม่ออกจากการปลูกพืช

ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้เป็นภาพจากKyla Duhamel ที่ถ่ายจากสวนหลังบ้านของเธอและโพสต์ไปที่ Flickr ภายใต้ใบอนุญาต CC-BY โดยใช้การซูมระดับผู้บริโภคสำหรับกล้อง DSLR ระดับผู้บริโภค เฟรม แต่ฉันคิดว่ารายละเอียดที่เกิดขึ้นจริงนั้นใกล้เคียงกับในวิดีโอที่คุณเชื่อมโยง

ที่มีหลายเลนส์ของเรายังเรียกว่า "SUPERZOOM" (คำศัพท์เป็น awesomely สับสนบางครั้ง!) ที่ Canon 18-200mm f / 3.5-5.6 เลนส์นี้มีน้ำหนักประมาณ 1.3 ปอนด์และมีความยาว 4 นิ้ว - ระดับมืออาชีพของแคนนอน 70-200 มม. f / 2.8 (สังเกตช่วงซูมที่ลดลงแม้ว่าปลายทั้งสองที่ 200 มม.!) หนักกว่าสองเท่าที่ 2.9 ปอนด์และเกือบสองเท่า เป็นเวลานานและอาจจะสามารถทำได้ค่อนข้างดีในรายละเอียด - แต่ดวงจันทร์ไม่ได้จริงๆความแตกต่างหลักระหว่างรูปแบบเหล่านี้ แต่มันเพิ่มความคมชัดและลดความผิดเพี้ยนและสิ่งประดิษฐ์อื่น ๆ รูรับแสงสูงสุดที่เร็วขึ้นโครงสร้างที่แข็งแรงกว่าและอื่น ๆ

คุณยังทำมีขนาดมากขึ้น, น้ำหนัก, และค่าใช้จ่าย แต่ ในการแลกเปลี่ยนคุณโดยทั่วไปจะได้คุณภาพของภาพที่ดีกว่าสถานการณ์ที่ "ดึงออกมาตลอด" (และไม่เลวร้ายไปกว่านั้นในกรณีนั้น)

เลนส์ Canon มีความยาวโฟกัส 1200 มม. และรูรับแสงสูงสุด f / 5.6 ในขณะที่เลนส์ Nikon มีความยาวโฟกัส 357 มม. และรูรับแสงกว้างสุด f / 6.5 ดังนั้นเลนส์แคนนอนจึงยาวขึ้นและมีรูรับแสงที่เร็วขึ้นซึ่งต้องใช้ชิ้นส่วนด้านหน้าขนาดใหญ่ 214 มม. เมื่อเทียบกับ 55 มม. นี่คือความแตกต่างที่สำคัญและทำให้ Canon มีขนาดใหญ่ขึ้นหนักขึ้นและมีราคาแพงกว่า

นิคอนสามารถเห็นเพิ่มเติมได้จากการมีเซ็นเซอร์ขนาดเล็กลงมันเทียบเท่ากับการถ่ายภาพจริงๆและการครอบตัดส่วนเล็ก ๆ ในระยะทางของภาพปกติและทำให้มันระเบิด การทำเช่นนี้ทำให้ได้รายละเอียดที่น้อยลง ดังนั้นเลนส์ของ Nikon จึงมีวงกลมภาพเล็กกว่ามากและจับแสงน้อยลงในความเป็นจริงน้อยลง 15 เท่าซึ่งหมายถึงภาพที่มีจุดรบกวนมากขึ้น

ดังนั้นในขณะที่เลนส์ Canon มีราคาแพงกว่าก็จะให้ภาพที่สว่างขึ้นและคมชัดยิ่งขึ้น

เลนส์และเซ็นเซอร์มีความสัมพันธ์กับขนาด โฟโต้ยักษ์ทำงานได้กับเซ็นเซอร์ที่มีความยาว 6 เท่าและกว้าง 6 เท่าสำหรับเซ็นเซอร์ของกล้องซูเปอร์ซูมขนาดเล็ก

ผลลัพธ์คือเลนส์ที่ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 เท่าและความหนา 6 เท่า ระยะทางระหว่างองค์ประกอบของ teh จะถูกขยายด้วยปัจจัย 6 และผลลัพธ์: 6 * 6 * 6 = 216 ครั้งที่หนักกว่า! และเลนส์ที่มีความยาว 8 ซม. นั้นจะยาว 48 ซม. (3 ต่อ 18 นิ้ว)

จากนั้นเจ้าของเลนส์ขนาดใหญ่ก็ต้องการให้มันทำงานได้ดีกว่ามินิซูม - ดังนั้นมันจึงแม่นยำมากขึ้นและอาจมีส่วนประกอบที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า

และขึ้นราคาและขนาด ...

ทำไมคุณถึงซื้อเลนส์ที่ดี? เพราะมันถ่ายภาพได้ดี ทุกอย่างเท่ากันคุณภาพของภาพและรูรับแสงของความยาวโฟกัสคงที่ไม่สามารถรับได้ด้วยเลนส์ซูมในราคาเดียวกัน

หลักการซูมมีเหตุผลหลักคือเลนส์ภายในที่มีข้อผิดพลาดมากกว่าและมีการสะท้อนมากกว่าและต้องปิดบังข้อผิดพลาดเหล่านี้ด้วยค่ารูรับแสงที่เล็กกว่า

ทำไมจึงต้องมีรูรับแสงกว้าง มันให้อิสระในการเล่นกับความชัดลึกของฉากหลังฉากหลังพร่ามัว และมันช่วยให้คุณถ่ายภาพได้ดีขึ้นเมื่อแสงน้อย ¹รูรับแสงกว้างก็เป็นตัวบ่งบอกถึงคุณภาพของเลนส์ด้วย (หากเราคิดว่าผู้ผลิตมีมาตรฐานคุณภาพภาพขั้นต่ำที่เหมือนกันสำหรับเลนส์ทุกตัวที่รูรับแสงกว้างสุด) เลนส์รูรับแสงขนาดใหญ่ควรให้คุณภาพของภาพที่ดีกว่าที่รูรับแสงของเลนส์รูรับแสงที่ถูกกว่าและเล็กกว่าพร้อมทางยาวโฟกัสเท่ากัน

เพื่อเป็นตัวอย่างสำหรับความสำคัญของคุณภาพและความชัดลึก: ฉันเคยถ่ายรูปด้วย Nikon 135mm / f2 (แม้ว่าฉันจะไม่จำการตั้งค่า f-stop จริง):

การเปรียบเทียบกับ Coolpix นั้นค่อนข้างไม่ยุติธรรมเพราะภาพถูกสร้างบนฟิล์ม 35 มม. ซึ่งทำให้ง่ายขึ้นที่จะมีระยะชัดลึก ไม่ว่าในกรณีใดฉันถือว่าภาพนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายด้วยซูมซูเปอร์ 83 เท่า กรอบใช่; แต่พื้นหลังจะเบลอน้อยกว่ามาก

ข้อเสียเปรียบหลักของเลนส์รูรับแสงขนาดใหญ่คือขนาดน้ำหนักและความคุ้มค่า ไม่ใช่เรื่องแปลกที่ผู้คนซื้ออุปกรณ์ที่มีราคาแพงมากและไม่เคยนำไปที่ใดเลยเพราะมันยุ่งยากและอาจถูกขโมยหรือได้รับความเสียหายดังนั้นพวกเขาจึงมักจะใช้อุปกรณ์ราคาถูกและเล็กทุกวัน