Влияет ли размер сенсора на размер и вес эквивалентного объектива? Почему?

Имеет ли значение размер круга проецируемого изображения в размере и весе двух объективов с одинаковой диафрагмой / глубиной резкости (разное число f) и полем зрения (разные мм)?

Итак, один объектив имеет, скажем, 20 мм, f/2, поле зрения 20 градусов, а другой — 40 мм, f/4, поле зрения 20 градусов? Две линзы имеют одинаковое поле зрения и одинаковый размер входного зрачка (грубо говоря, апертуру). Объектив 40 мм должен быть длиннее, если конструкции одинаковые, но в масштабе.

С точки зрения оптического дизайна они не эквивалентны. 20-градусный объектив с диафрагмой f/4 намного проще сконструировать, чем 20-градусный объектив с диафрагмой f/2, и увеличение аберраций с f/4 до f/2 (для некоторых аберраций это увеличение составляет 4 ^ 8, или 65 000 раз) намного больше, чем уменьшение геометрических аберраций (ровно в 2 раза) за счет масштабирования фокусного расстояния.

Если линзы не могут касаться сенсора и должны быть короче некоторой длины, то дизайн каким-то образом ограничен . Если, например, зазор изображения должен быть больше 38 мм, как для крепления EF, то конструкция 20 мм намного сложнее, чем конструкция 40 мм, потому что это и более быстрая диафрагма, и гораздо более обратный телефото.

При прочих равных условиях полнокадровый объектив 40 мм F4 будет идентичен по размерам и весу объективу 20 мм F2 Micro 4/3? Или больше? Или меньше? Почему?

На этот вопрос нет единого, общего ответа. Позвольте мне добавить несколько квалификаторов.

1. Объектив M4/3 имеет просвет изображения > 16 мм.
2. Объектив FF предназначен для крепления Sony E или Leica M с просветом изображения > 18 мм.
3. Два объектива должны иметь одинаковое разрешение изображения (например, 20 МП, хотя МП — неподходящая единица измерения для объектива).

В этих условиях линза M4/3 должна быть лучше скорректирована, чем линза FF, и, следовательно, должна быть немного длиннее, но, возможно, светлее. Если вы измените апертуру на f/2.8 и f/5.6, объектив FF, вероятно, можно будет использовать как тройной или 4-элементный. Для объектива M4/3 может потребоваться 5 элементов.

Если вы подтолкнете вещи так, чтобы оба были далеки от режима с ограничением дифракции, например, f/1 для M4/3 и f/2 для FF, линза FF может стать больше из-за ограничения зазора. Или, точнее, отношение ограничения зазора к фокусному расстоянию.

Как побочный вопрос, дизайн обоих объективов должен быть совершенно разным?

Они, естественно, хотят быть разными, но они могут быть просто масштабированными версиями друг друга с неоптимальной производительностью для одного или обоих дизайнов.

Или нужно просто заменить один или два стеклянных элемента в основании объектива, чтобы отрегулировать размер проецируемого изображения?

Вы можете сделать это, Angenieux предлагает это для некоторых кинообъективов, например, для этого . Я оставляю это вам, чтобы узнать цену этого объектива.

В общем, пространство для дизайна «заднее преобразование» или «ускоритель скорости» более ограничено, чем полная свобода, позволяющая объективам APS-C и FF иметь разные конструкции, которыми они хотят быть. Для этого усилитель и линза должны корректироваться независимо друг от друга, и вы должны надеяться, что знак их аберраций противоположен, а величина примерно одинакова. Или бустер должен быть ограничен дифракцией. Это довольно сложно сделать, сохраняя при этом компактный общий дизайн.

Изменить, чтобы ответить на новый вопрос

В первой части я понял, что объективы для меньших сенсоров будут короче из-за меньшего диапазона фокусных расстояний, но, возможно, тяжелее, потому что для исправления аберраций нужно больше стекла.

Это верно; масштабирование фокусного дизайна на 1/2 сделает его вдвое короче, добавление одного или двух объективов для очистки производительности не удвоит его.

Но потом во второй части вы сказали, что объектив M4/3 должен быть немного длиннее и, возможно, легче? Он длиннее, потому что должен использовать ретрофокальный дизайн, который не нужен 40 мм?

Еще раз правильно — рассмотрите линзу двойного Гаусса, которая исторически использовалась для большинства 50-мм объективов для зеркальных фотокамер, а также для некоторых объективов 40 мм f/2 и 40 мм f/2.8. Фокусное расстояние составляет 50 мм, а задний элемент объектива находится (примерно) в 38 мм от изображения ¹ — главная плоскость находится где-то внутри объектива.

В телеобъективах основная плоскость обычно находится перед объективом и за его пределами. В обратном телефото он обычно находится снаружи и позади объектива. В «мягком» ретрофокусном дизайне он все еще может находиться внутри объектива, но близко к задней части.

Если вы начинаете с двойной гаусс-подобной конструкции, первым шагом к улучшению ее коррекции является разделение (превращение в 2) или соединение (склеивание в дублет) задней группы. Потом перед, затем снова зад, и так до бесконечности. Это растянет объектив, и вы столкнетесь с ограничением зазора изображения, и вам придется перейти на ретрофокусную форму. Форма ретрофокуса естественно длиннее очень компактного двойного гаусса.

Я сказал, что объектив M4/3, вероятно, будет легче, потому что производители, как правило, используют много более легких материалов в механике объективов. Они отвечают за большую часть веса объектива, подобного этому примеру.

¹ крепление EF имеет расстояние между фланцами 44 мм, но оно измеряется по большей плоской поверхности, а не по кончику байонета. Объективы, такие как 85 мм f/1.2, размещают элементы как можно ближе к кончику байонета, поэтому можно сказать, что требуемый зазор составляет 38 мм.

Но я не понимаю, почему F2.8 такой "магический" поворотный момент.

В теории такого волшебного поворотного момента не существует . Но на практике многие системы камер с различными конструкциями крепления объектива и даже с очень разными расстояниями регистрации (или фокусными расстояниями фланца) имеют тенденцию иметь близкий к одному и тому же диаметр горловины . Диаметр горловины — это ширина отверстия в середине кольца, к которому крепится сменный объектив.

Причина, по которой диаметр горловины является важным фактором, заключается в том, что даже если объективам нужны только входные зрачки (апертура, если смотреть через переднюю часть объектива), меньшие, чем допустимые для объектива с диаметром, достаточно большим, чтобы закрыть отверстие в передней части камеры. линза все равно будет немного больше в диаметре, чем диаметр горловины. Необходимость в том, чтобы диаметр оправы объектива, по крайней мере, в задней части объектива, был больше диаметра горловины, должна быть очевидной.

Для типичных диаметров горловины большинства распространенных SLR/DSLR и даже некоторых беззеркальных систем этот минимальный диаметр корпуса объектива примерно соответствует диаметру, необходимому для изготовления обычного зум-объектива ( объектива с фокусным расстоянием от 0,65X до 1,5X по диагонали). формата пленки или цифрового датчика) с максимальной диафрагмой где-то около f/3,5 или f/4 на широком конце и около f/5,6 на длинном конце.

Для широкоугольных объективов угол обзора так же, если не более, важен, как и максимальная диафрагма, при определении минимального размера передней линзы объектива. Но до тех пор, пока вы не перейдете на территорию сверхширокоугольных или телеобъективов , многим типичным объективам по-прежнему нужны передние элементы примерно того же размера, что и корпус объектива, достаточно большой, чтобы закрыть горловину камеры, для которой они сделаны. Чтобы получить зум-объективы с постоянной апертурой f / 2,8 в том же диапазоне фокусных расстояний, передние элементы должны быть больше «минимального» размера тубуса объектива, определяемого диаметром горловины большинства зеркальных / зеркальных / беззеркальных камер. системы.

Это одна из причин, по которой комплектные объективы, как правило, имеют диапазон 18–55 f/3,5–5,6 для кроп-камер Nikon, Canon, Sony, Pentax и т. д. Для 18-мм камеры APS-C оправа объектива, необходимая для установки крепления, достаточно велика, после того как все остальное, что необходимо, втиснуто туда, для переднего элемента, который приводит к входному зрачку 18 мм f/3,5, а также Входной зрачок 55 мм f/5.6. То же самое и с телеобъективами 70–300 мм f/4–4,6. Передние элементы, необходимые для таких объективов, могут просто поместиться в объектив с оправой, немного превышающей диаметр горловины/фланцевых колец наиболее распространенных сменных систем.

Как побочный вопрос, дизайн обоих объективов должен быть совершенно разным? Или нужно просто заменить один или два стеклянных элемента в основании объектива, чтобы отрегулировать размер проецируемого изображения?

Ну, они не должны быть полностьюдругой. Но объектив с таким же фокусным расстоянием, который проецирует больший круг изображения, чем другой объектив с таким же фокусным расстоянием, также должен охватывать более широкий угол обзора в передней части объектива. Датчики FF имеют диагональ около 43 мм в длину. Датчики APS-C имеют диагональ около 28 мм в длину. Средние 28 мм круга изображения, проецируемого объективом FF, будут иметь то же поле зрения, что и полный круг изображения диаметром 28 мм, проецируемый объективом APS-C с тем же фокусным расстоянием. Части круга изображения, проецируемого объективом FF за пределами среднего 28 мм, будут частями сцены, не захваченной передней частью объектива APS-C. Это требует большего переднего элемента для широкоугольных объективов. Там'

Вот почему вы видите много узкоугольных зум-объективов с матрицей APS-C и очень мало телеобъективов с матрицей APS-C. Те, которые вы видите, обычно 55–200 мм или 55–250 мм. Эти объективы только APS-C способны обеспечить тот же угол обзора для сенсора APS-C на 200-250 мм, что требует объектива 300-400 мм для камеры FF. Уменьшение размера и веса основано на меньшем фокусном расстоянии, необходимом для получения того же поля зрения.

Но если производитель может вносить такие минимальные изменения в объективы, избегая этих недостатков, почему я никогда не видел, чтобы они выпускали две версии одного и того же объектива одновременно, одну для APS-C, а другую для полнокадровых, как они делают для разные крепления?

По большей части объективы, выпущенные производителями, не открывают много новых возможностей в отношении углов обзора и максимальной светосилы. Вместо этого они являются дальнейшим усовершенствованием более ранних конструкций объективов. Для тех, кто не знаком с прошлыми предложениями объективов и различными фокусными расстояниями, необходимыми для обеспечения одинакового поля зрения на системах камер с датчиками разного размера, соответствующие предложения объективов для каждого формата могут быть неочевидными.

Возьмем типичный зум 24–70 мм f/2,8, предлагаемый большинством (если не всеми) крупными производителями камер для своих камер FF. «Эквивалентом» APS-C с точки зрения угла обзора будет 17–50 мм f/2,8. Многие производители предлагают объективы FF 24–70 мм f/2,8 и объективы 17–50 мм f/2,8 APS-C, которые имеют очень похожий дизайн. Другой типичный широкоугольный объектив FF имеет фокусное расстояние 16–35 мм. «Эквивалент» APS-C составляет 10-22 мм. Многие производители предлагают оба варианта линз. По мере того, как углы становятся шире, одно и то же число f становится более жестким и дорогим в обслуживании, поэтому объективы только с матрицей APS-C 10-22 мм, как правило, имеют меньшую максимальную диафрагму, чем самые быстрые объективы 16-35 мм. На другом конце диапазона фокусных расстояний объектив APS-C 55-200 мм дает примерно такое же поле зрения, как объектив 75/80-300 на камере FF.