Zoom lensleri telefoto sonunda en geniş diyaframlarını nasıl kısıtlar?

Diyafram halkası diyafram açıklıklarını, örneğin 5.6 uzunluğundaki lensin telefoto ucunda mı kilitliyor? Lens, diyafram halkasına bir engel getiriyor mu, böylece lens telefoto ucundaki diyafram açıklığının ötesinde artık açılamıyor mu?

Peki lensler neden böyle davranıyor? Neden odak menzillerinde sürekli diyafram açıklıkları yok?

Giriş gözbebeği, ön elemanın çapı ile sınırlıdır ve bu, diyafram diyaframının fiziksel boyutunu değil, genellikle telefoto zum lenslerin maksimum diyaframını kısıtlar.

Diyaframın fiziksel boyutu, bir lensin f değeri olarak ifade edilen maksimum diyaframı belirleyen şeyin sadece bir parçasıdır. Merceğin önü ile diyaframın konumu arasındaki büyütme de bir rol oynar. Bir açıklığın f sayısı, lensin odak uzunluğunun , genellikle etkili açıklık olarak adlandırılan giriş göz bebeğinin çapına bölünmesiyle belirlenir . Basit bir dilde, giriş gözbebeği çapı, lensin önünden bakıldığında diyaframın açıklığının ne kadar geniş olduğu ile tanımlanır .

Odak uzaklığını değiştirmek için sabit açıklıklı zum lensler hareket ettirildiğinde, lensin önü ile diyafram arasındaki büyütme, diyaframın fiziksel boyutu değil, normal olarak değişen şeydir. Büyütmedeki değişiklik, giriş öğrencisinin daha uzun odak uzunluklarında daha büyük ve daha kısa odak uzunluklarında daha küçük görünmesini sağlayan şeydir . 70-200 mm f / 2,8 lens, 25 mm çapında 70 mm ve f / 2,8 giriş girişine sahiptir. 200mm'de f / 2.8'deki giriş gözbebeği 71mm genişliğinin biraz üzerindedir. Gerçek fiziksel diyafram her iki durumda da aynı boyuttadır. Değişen şey, diyafram düzeneği ile merceğin önü arasındaki büyütme miktarıdır.

Aynı prensibin genellikle değişken diyafram zoom lensleriyle de geçerli olduğunu unutmayın. Örneğin, 18-300 mm f / 3,5-5,6 zum objektif alın. 18 mm'de f / 3.5 için giriş öğrencisi kabaca 5.14 mm genişliğindedir. 300 mm'de f / 5.6 için giriş öğrencisi, 53.6 mm genişlikte on katın üzerindedir. 300mm ve f / 5.6'da maksimum çıkış yapan çoğu zoom lensinin 54mm çapından biraz daha büyük ön elemanlara sahip olduğuna dikkat edin. Gerekli giriş öğrenci büyüklüğü sebebidir! 300 mm'deki giriş göz bebeği 18 mm ve f / 3,5'deki gibi hala 5.14 mm genişliğinde olsaydı, 300 mm'deki maksimum diyafram f / 58 olurdu!

Peki neden tüm zoom lensleri tüm zoom aralığı boyunca sabit diyafram açıklığında kalmak için yeterli büyütme kullanmıyor? Öncelikle sabit bir diyafram lensi oluşturmak için gereken ek boyut, ağırlık ve karmaşıklıkla ilişkili maliyet.

Bir giriş göz bebeği, dar görüş açısına sahip bir lens için lensin ön elemanının çapından çok daha büyük olamaz. 200 mm'de f / 5,6 diyafram açıklığı yaklaşık 36 mm çapında bir giriş göz bebeği gerektirir. Günümüzde değiştirilebilir lenslerin çoğundaki montaj flanşlarının kabaca 42-54 milimetre çapları olduğundan, mevcut değiştirilebilir lenslerin çoğu en az o kadar büyüktür. ( Sensör / film düzleminin önündeki kayıt mesafesi olarak adlandırılan montaj flanşının mesafesinden değil, montaj flanşındaki deliğin genişliğinden bahsettiğimizi lütfen unutmayın .) Diğer yandan, 200mm f / 2,8 diyafram açıklığı kabaca 71,4 mm genişliğinde bir giriş öğrencisi gerektirir. Bu, lensin montaj flanşındaki delikten önemli ölçüde daha büyük olmasını gerektirir.

Lens namlusunun ve lensin optik yolu çevreleyen tüm parçalarının daha büyük olması ve bu nedenle üretildikleri hammaddelerin daha büyük miktarlarını gerektirmesi değil, aynı zamanda gerçek optik elemanların çapı da daha büyük olmalıdır. ve aynı kırılma açılarını korumak için daha kalındır. Daha büyük lens elemanları, düzeltilmesi gereken daha fazla sapma da getirir. Genellikle bir mercekteki en pahalı malzemeler, bu düzeltici optik elemanları yapmak için kullanılan malzemelerdir. Kromatik sapma gibi şeyleri düzeltmek için elemanlar eklemek, düzeltmek için daha fazla eleman gerektirmektense, geometrik bozulma gibi ek problemlere neden olabilir. Bu nedenle, tüm lensin ve içindeki optik elemanların çoğunun daha büyük olması değil, aynı zamanda daha pahalı malzemelerden yapılmış daha fazla optik bileşen gerektirir.

Çoğu kişi için, gerçekten daha büyük diyaframa ihtiyaç duymadıkları sürece , çok daha az ödemiş oldukları daha hafif, daha küçük bir lensi taşırlar.

Modern bir zum lensin kalitesi, karşılaşılan tüm üretim sorunları göz önüne alındığında olağanüstüdür. Yapıcı, maksimum diyaframı yakınlaştırma boyunca sabit tutmaktan daha iyi bir şey istemez. Bu söylenenden daha kolay söylenir.

F sayısı bir orandır. Matematiksel olarak f-sayısını hesaplamak için odak uzunluğunu çalışma diyafram çapına böleriz. Bu değerin bir oran olması gerekir, çünkü bir oran boyutsuzdur. Başka bir deyişle, f / 4 lens, lensin boyutlarına bakılmaksızın aynı ışık enerjisini filme veya sensöre geçirir. Örnek olarak, 25 mm çapında bir açıklığa sahip 100 mm'lik bir lens, f / 4'te çalışır. Bu bağlama, 1000 mm'lik çalışma açıklığına sahip 4000 mm odak uzunluğuna sahip bir astronomik teleskop sistemi ile aynı görüntü parlaklığını sağlar. Her ikisi de aynı manzarayı aynı şekilde ortaya koyar.

F-sayı sistemine ihtiyacımız var çünkü kaosu ortadan kaldırıyor. Diğer objektiflerle aynı f numarasına ayarlanmış objektifler, aynı görüntü parlaklığını sağlar. Bunun nedeni, odak uzaklığı ve açıklık çapının iç içe geçmiş olmasıdır. Daha yüksek ve daha yüksek büyütmelere yaklaştıkça görüntü kararır. Bir projektörü beyaz bir duvardan daha ileriye taşımayı düşünün. Projektörü duvardan uzaklaştırdığınızda, duvara yansıtılan görüntü büyür ve ışığın daha fazla yüzey alanını kaplaması gerektiğinden görüntü kararır. Aynı zoom lens ile.

Bir şekilde lens oluşturucu dengelemelidir veya zum boyunca sabit bir f değeri korunamaz. Çoğu yakınlaştırma sabit f değerini koruyamaz. Kendinizi piyasadan fiyatlandırdığınız için yapmak çok pahalı hale gelir ve satışlar kaybolur.

Tüm zum boyunca sabit bir f değeri nasıl korunur? İris diyaframı hareketli lens grubunun arkasına yerleştirilir. Ön grup, irisin görünen çapının önden görüldüğü gibi daha büyük görünmesini sağlamak için bir büyüteç gibi davranır. Bu yerleştirme, mercek daha yüksek ve daha yüksek büyütme oranlarına yakınlaştıkça, irisi geçirmeye daha fazla ışık girmesini sağlar. Ön lens elemanlarının bu şekilde yerleştirilmesi ve hareketi, düzeltilmesi gereken bozulmaları ve sapmaları tetikler. Bu düzeltme, hassas bir şekilde hareket etmesi gereken karmaşık lens elemanları gerektirir. Bu maliyete katkıda bulunur. Sonuçta sabit bir diyafram zoom yapmak çok pahalıdır.

Bir zoom objektifin sabit diyafram açıklığı mı yoksa değişken diyafram açıklığı mı, öncelikle tasarımla, ikinci olarak diyaframı açma veya kapatma gibi mekanik faktörlerle ilgilidir.

Bir zoom objektifi, odak uzaklığını değiştirmek için bazı öğelerin hareket etmesini sağlayarak çalışır. Bu, kalın bir merceğin odak uzaklığı denklemi nedeniyle çalışır:

(1) Phi = phi_1 + phi_2 - (t / n) * phi_1 * phi_2

(2) EFL = 1 / Phi

Phi, kalın merceğin toplam optik gücü olduğunda, phi_1 ve phi_2, birinci ve ikinci yüzeyin optik gücüdür, t, aralarındaki kalınlıktır ve n, merceğin kırılma indisidir. EFL, etkin odak uzaklığını temsil eder ve odak uzaklığı söylenerek halk tarafından atıfta bulunulan şeydir.

Çok sayıda eleman içeren herhangi bir optik sistem, tek bir ince mercek olarak doğru bir şekilde modellenebilir. Bu denklem ince mercekler için de çalışır, ancak t / n terimi t = 0 olarak kaybolur. 50 mm f / 1,8 lens, 50 mm'ye ayarlanmış 18-300 mm lens gibi 50 mm odak uzaklığına sahip tek bir ince lens olarak modellenebilir.

Bu formülü 2 ince lensi modellemek için de kullanabilirsiniz. Lensler pozitif olduğu sürece, onları birbirinden uzaklaştırarak t / n teriminin büyüyeceğini görebilirsiniz. Büyüdükçe güç azalır ve odak uzunluğu büyür.

Bu bir zum lensin özüdür.

Optik bir sisteme bir diyafram açıklığı getirdiğiniz anda giriş ve çıkış öğrencileri olarak bilinir . Giriş gözbebeği, önündeki elemanların oluşturduğu açıklık durağının görüntüsüdür ve çıkış gözbebeği, arkasındaki elemanların oluşturduğu açıklık durağının görüntüsüdür.

Göz bebekleri tıpkı bir lens elemanı gibi bir pozisyona ve boyuta sahiptir veya gerçek diyafram kendiliğinden durur. F / # bir lens yaklaşık olarak hesaplanabilir

(3) f / # = EFL / EPD

F / # 'odak oranı' olduğunda, EFL etkili odak uzunluğudur ve EPD giriş gözbebeği çapıdır.

Hava ile ayrılmış iki ince merceğin ortasına bir diyafram durağı yerleştirelim. Lensi öne doğru hareket ettirerek lens sisteminin EFL'sini artırırsak, EPD onunla değişecektir. Merceği arkada geriye doğru hareket ettirerek merceğin EFL'sini arttırırsak, EPD onunla değişmeyecektir, çünkü bu mercek giriş göz bebeğini hiçbir şekilde etkilemez.

İster bir hale sürece bu durumda olur son derece geniş zoom aralığı, açıklığın büyütme odak uzaklığı aynı oranda EPD artar sorumlu dur. (3) 'ün hem payı hem de paydası aynı göreceli miktarda değiştiğinden, oran hala aynıdır ve bu nedenle lensimiz 70mm'den 200mm'ye taşınmış ve f / 4 diyaframını korumuş olabilir.

Lensi arkaya hareket ettirsek, 70 mm'den 200 mm'ye zum yaparak lens yaklaşık f / 10'a kadar yavaşlardı.

Modern bir zoom objektif 3 veya 4 zoom grubuna sahiptir, bu nedenle bu basit açıklamadan daha karmaşıktır. Eğer hepsi diyafram açıklığının önünde ise, bu hala doğrudur. Eğer çoğu açıklık durağının önünde olan, üretim mercek yakınlaştırır ise açık / sona diyaframı programlamak ve sadece sabit diyafram lens benzemesi için boşluğu hile eğiliminde olacaktır.

Neden tüm grupları sadece durağın önüne koyup bununla yapılmadığını merak edebilirsiniz - iki temel motivasyon var:

1) Tüm zum yapmayı diyafram açıklığının önünde olmaya zorlarsanız, lens her iki tarafa zum yapabileceğinden daha uzun olur.

2) Her iki taraftaki elemanların konumunu değiştirmenize izin verilirse, iyi düzeltilmiş bir lens tasarlamak daha kolaydır.