Как работают зум-объективы с постоянной диафрагмой?

На самом деле разница в конструкции довольно принципиальная. Диафрагма (часть, образующая апертуру) почти у любого объектива находится где-то посередине объектива. При зуме с фиксированной апертурой только элементы за диафрагмой перемещаются для увеличения. При масштабировании с переменной апертурой элементы как позади, так и перед апертурой перемещаются, чтобы выполнить масштабирование.

По крайней мере, в обычном случае диаметр диафрагмы не меняется при увеличении. Это довольно легко проверить — сделайте снимки с разным коэффициентом увеличения и максимальной диафрагмой с некоторыми нерезкими бликами. По крайней мере, с вашим типичным зум-объективом блики не в фокусе останутся круглыми на всех фокусных расстояниях, указывая на то, что диафрагма остается широко открытой (там, где она круглая). Опустите объектив на несколько ступеней, и вы начнете видеть форму закрывающихся лепестков диафрагмы (хотя объективы с большим количеством лепестков, особенно закругленные, будут сохранять почти круглые блики несколько больше, чем другие).

Когда/если элементы перед диафрагмой перемещаются во время масштабирования, вы меняете (эффективное) фокусное расстояние этой части объектива. Затем вы пропускаете свет через апертуру фиксированного диаметра, что означает изменение (эффективного) f/stop. Поскольку на него влияет только изменение эффективного фокусного расстояния элементов перед диафрагмой, это изменение (обычно) не коррелирует точно с изменением общего эффективного фокусного расстояния — перемещение элементов за диафрагмой изменяет эффективное фокусное расстояние. длину без изменения эффективной диафрагмы (например, мой 28-135 имеет диапазон увеличения почти 5:1, но диафрагма меняется только от f/4,0 до f/4,5).

Они имеют разную оптику и, как правило, значительно большие объективы для одного и того же диапазона фокусных расстояний (сравните 70–200 мм f/2,8 с 70–300 мм f/4,5–5,6 и убедитесь, что последний мал по сравнению с ним). Чтобы получить постоянную апертуру на длинном конце, вам нужен ствол большего размера, потому что апертура — это отношение к фокусному расстоянию. Однако, если вы сделаете математику для своих примеров:

18 мм f/3,5 означает апертуру 5,14 мм, 55 мм f/5,6 означает апертуру 9,82 мм.

17 мм f/4.0 означает отверстие 4,25 мм, 40 мм f/4.0 означает отверстие 10 мм.

Понятно, что физический диаметр апертуры в обоих случаях может быть больше. Таким образом, в любом случае вы предположили бы, что на самом широком конце вы должны иметь f / 2.0 или около того, и тогда ваш сценарий мешков с песком будет применяться к обоим. С другой стороны, для последнего оптика может быть упрощена и, таким образом, в результате приблизиться к высшему качеству. Итак... Компромиссы.

В любом случае, зум-объективы имеют довольно сложную конструкцию, гораздо более сложную, чем фикс-объективы, и поэтому существует множество соображений, касающихся оптической коррекции на различных фокусных расстояниях, влияния диафрагмы на эту коррекцию и так далее. Возможно, учитывая конструкцию объектива и связанные с этим затраты, попытка увеличить ширину на коротком конце приведет к чрезвычайно неприемлемой мягкости изображения или некоторым другим формам аберрации.

Наконец, наверняка между ними существуют разные оптические конструкции. Черт возьми, у объективов одной конфигурации, но разных производителей разные оптические конструкции. Все сводится к соотношению затрат и выгод и, в конечном счете, к тому, какую цену будет рыночная цена объектива данной конструкции.

Проще говоря, соотношение f/4,0 означает, что эффективный размер диафрагмы равен фокусному расстоянию, деленному на 4. Для объектива 600 мм с диафрагмой f/4,0 это не означает буквально 150-мм отверстие там, где находятся лепестки диафрагмы, а только то, что объектив ведет себя так, как будто есть. (если вы посмотрите на дизайн Canon 600 f/4.0, станет ясно, что в центре объектива нет места для 150-мм отверстия).

Это принцип объективов с постоянной апертурой, размер виртуальной апертуры меняется во всем диапазоне увеличения, несмотря на лицо, физическая апертура явно остается одинаковой.

Все зум-объективы изменяют размер виртуальной или эффективной диафрагмы при масштабировании, «постоянная диафрагма» (действительно постоянное отношение f) просто изменяет диафрагму настолько, чтобы сохранить соотношение диафрагмы к фокусному расстоянию одинаковым. Конструкция объективов с «постоянной апертурой» не отличается радикально, а только степенью изменения кажущейся апертуры.

Чтобы украсть числа из ответа Джона (чтобы сохранить их снова), размер виртуальных апертур для двух упомянутых линз:

Canon EF-S 18-55 мм f/3,5-5,6 5,14 мм при 18 мм - 9,82 мм при 55 мм

Canon EF 17-40 мм f/4.0 4,25 мм при 17 мм — 10 мм при 40 мм

Если бы оптика в 18-55 делала виртуальную апертуру 15 мм на длинном конце, это был бы объектив с постоянной апертурой (@f/3.5), однако это было бы очень дорого из-за [относительно] большого диапазона зума, вот почему дешевый объектив остается f/5.6

В объективе с постоянной диафрагмой не происходит мешков с песком, на широком конце объектив старается изо всех сил, просто он спроектирован так, чтобы вести себя быстрее на длинном конце!

У меня такой вопрос: эти хорошие объективы плохо работают при более широких настройках, или у них другая оптическая система, которая позволяет им поддерживать одинаковую диафрагму во всем диапазоне увеличения?

Помните, что при использовании числа f для представления диафрагмы оно выражается как часть фокусного расстояния, поэтому при увеличении один и тот же эффективный диаметр диафрагмы представляется другим числом. f/2.8 на 20 мм составляет половину эффективного диаметра диафрагмы f/2.8 на 40 мм. Таким образом, ваш зум с постоянной диафрагмой на самом деле не «поддерживает одну и ту же диафрагму во всем диапазоне увеличения» как таковой. На самом деле, зум 18-55, который сохраняет один и тот же эффективный диаметр диафрагмы во всем диапазоне зума, будет примерно f/3,5-10,7.

Таким образом, ни один тип зум-объектива не поддерживает одинаковый эффективный диаметр диафрагмы. Обратите внимание, что эффективный диаметр также не обязательно является истинным диаметром кольца диафрагмы, поскольку часть эффекта масштабирования заключается в том, что само кольцо диафрагмы увеличивается. Но важен эффективный диаметр .

Разработчики объективов пытаются решить ряд проблем, включая хроматические аберрации, искажения, резкость и виньетирование. С зум-объективом это тем более сложно, что решать эти задачи приходится не только на одном фокусном расстоянии, но и на всем диапазоне зума. Тем не менее, все конструкции объективов идут на компромиссы просто потому, что существует так много противоборствующих сил. Для зум-объектива дизайнеры решают, какую диафрагму они могут использовать при каждом фокусном расстоянии в диапазоне зума без чрезмерного смягчения или других проблем, таких как виньетирование.

Желательно, чтобы зум-объектив имел гораздо более широкий эффективный диаметр диафрагмы на телеобъективе, чем на широком конце, потому что по мере увеличения изображения вам нужно больше света, чтобы такое же количество света попадало на матрицу / пленку. То есть вам нужно, чтобы он был намного шире, чтобы достичь того же числа f.

Более дешевые зумы часто просто идут на больший компромисс по скорости на телевидении, чем более дорогие.

Зум с постоянной диафрагмой, такой как Canon EF 17-40mm f/4.0 L, о котором вы упомянули, требует другого компромисса; они приложили гораздо больше усилий, чтобы получить более широкую эффективную апертуру на телеобъективе. Однако в результате они используют больше стекла и создают более тяжелые линзы. Поскольку все это тоже компромисс, они не хотят, чтобы их усилия по увеличению диафрагмы на телеобъективе увеличивали мягкость или виньетирование на широкоугольном конце, что ограничивало бы максимальную диафрагму широкоугольного объектива. Таким образом, вы получаете другой баланс размеров апертуры по сравнению с более дешевым, более легким «переменным» (на самом деле фактически меньшим изменением с точки зрения фактического диаметра апертуры) апертурным зумом, и все, что действительно зависит от того, какие компромиссы были сделаны в конструкция объектива.

Я согласен с оценкой пользователя 86418 о том, что ответ Джерри Коффина имеет это задом наперед, хотя он, в свою очередь, похоже, объединил числовую апертуру с ƒ / число.

Цитата : outdoorphotographer.com

В зуме с переменной апертурой ... элементы перед и за диафрагмой перемещаются (и сама диафрагма движется), поэтому входной зрачок не изменяется пропорционально увеличению, а число ƒ изменяется при увеличении масштаба. объектив. (Примечание: некоторые зум-объективы также могут изменять физический диаметр апертуры во время масштабирования.)

Существует ряд «формул» зум-объективов, но в основном телезум изменяет увеличение (фокусное расстояние) за счет перемещения элементов перед апертурной диафрагмой.

На сайте Пьера Тоскани представлены подробные оптические схемы зума с постоянной апертурой:

Это вопрос правильной комбинации вогнутых и выпуклых элементов, чтобы уменьшить потерю света во всем диапазоне увеличения. В то время как f/4.0 может показаться, что вас обманывают из-за более быстрой диафрагмы, это скорее результат получения резкого изображения без хроматических аберраций при сохранении постоянной синхронизации и освещения во всем диапазоне увеличения и фокусного расстояния.

У Canon есть очень хорошая литература, объясняющая все это, а также то, как оптическая дифракция используется в некоторых из их новых объективов, чтобы противостоять всем прежним недостаткам обычной оптики. Выложу, как только снова найду.

Как ни странно, (в настоящее время) принятый ответ совершенно неверен. Либо это, либо его терминология «перед диафрагмой» и «за диафрагмой» видна со стороны сенсора (что не имеет большого смысла), а не с передней линзы.

Входной зрачок, изображение отверстия диафрагмы, видимое через переднюю линзу, имеет диаметр, пропорциональный фокусному расстоянию при зуммировании с постоянным числом диафрагмы (с чем работают фотографы и который обычно соответствует размеру отверстия физической апертуры). лопатки). Очевидно, что это изменение видимого размера требует замены линз между апертурой и передней линзой. Этого изменения будет достаточно, чтобы повлиять на желаемое изменение фокусного расстояния при постоянном числе диафрагм.в простых конструкциях; однако современный зум-объектив содержит гораздо больше элементов, чем только те, которые отвечают за определение фокусного расстояния: задействовано также множество корректирующих элементов. Двигается ли какая-либо из задних групп в дополнение к передним группам, таким образом, зависит от точного оптического рецепта.