Zoomobjektiv

In diesem Artikel handelt es sich um das Kameraobjektiv. Für das amerikanische Plattenlabel siehe Zoomobjektiv (Plattenlabel).
Nikkor 28–200 mm Zoomobjektiv, links auf 200 mm verlängert und rechts auf 28 mm Brennlänge zusammengebrochen

A Zoomobjektiv ist eine mechanische Baugruppe von Linsenelemente für was die Brennweite (und somit Betrachtungswinkel) kann im Gegensatz zu einem (FFL) -Linsen (fester Länge) variiert werden (siehe Prime Objektiv).

Ein echtes Zoomobjektiv, auch a genannt Parfokalobjektiv, ist einer, der den Fokus beibehält, wenn sich die Brennweite ändert.[1] Die meisten Verbraucher -Zoomobjektive behalten keinen perfekten Fokus auf, sind aber immer noch Parfokaldesigns. Die meisten Kamera -Telefone, die als optischer Zoom beworben werden, verwenden tatsächlich einige Kameras unterschiedlicher, aber fester Brennweite, kombiniert mit digitalem Zoom, um ein Hybridsystem zu erstellen.

TV -Kamera und Canon Digi Super 86 II Zoomobjektiv mit 86 × Vergrößerung

Der Komfort der variablen Brennweite liefert den Kosten der Komplexität - und einige Kompromisse bei Bildqualität, Gewicht, Abmessungen, Blende, Autofokusleistung und Kosten. Zum Beispiel leiden alle Zoomobjektive unter mindestens geringfügiger, wenn nicht beträchtlicher Bildauflösung bei ihrer maximalen Apertur, insbesondere an den Extremen ihres Brennweitenlängenbereichs. Dieser Effekt zeigt sich in den Ecken des Bildes, wenn es in einem großen Format oder einer hohen Auflösung angezeigt wird. Je größer der Bereich der Brennweite ein Zoomobjektiv bietet, desto übertriebener müssen diese Kompromisse werden.[2]

Eigenschaften

Ein Foto mit einem Zoomobjektiv, dessen Brennweite im Verlauf der Belichtung variiert wurde

Zoomlinsen werden häufig durch das Verhältnis ihrer längsten zu kürzesten Brennweiten beschrieben. Beispielsweise kann ein Zoomobjektiv mit Brennweiten von 100 mm bis 400 mm als 4: 1 oder 4 × "Zoom beschrieben werden. Der Begriff Superzoom oder Hyperzoom wird verwendet, um fotografische Zoomlinsen mit sehr großen Faktoren mit Brennweite zu beschreiben, typischerweise mehr als 5 × und bis zu 19 × in SLR -Kamera Objektive und 22 × in Amateur Digitalkameras. Dieses Verhältnis kann bis zu 300 × bei professionellen Fernsehkameraobjektiven betragen.[3] Ab 2009 können fotografische Zoomlinsen über etwa 3 × nicht im Allgemeinen eine Bildgebungsqualität erzeugen Hauptlinsen. Konstante schnelle Apertur -Zooms (normalerweise f/2.8 oder f/2.0) sind typischerweise auf diesen Zoombereich beschränkt. Der Qualitätsabbau ist bei der Aufnahme von Bewegungsbildern bei geringer Auflösung weniger wahrnehmbar, weshalb professionelle Video- und TV -Objektive mit hohen Zoomverhältnissen auftreten können. TV -Objektive mit hohem Zoomverhältnis sind komplex, wobei Dutzende von optischen Elementen, die häufig mehr als 25 kg wiegen, (55 lb) wiegen.[4] Die digitale Fotografie kann auch Algorithmen aufnehmen, die optische Fehler sowohl innerhalb der Kamera-Prozessoren als auch in der Postproduktionssoftware kompensieren.

Einige fotografische Zoomlinsen sind Langfokuslinsen, mit Schwerpunktlängen länger als a Normales Objektiv, einige sind wide-angle lenses (weiter als normal) und andere decken einen Bereich von Weitwinkel bis lang Fokus ab. Die Objektive in der letzteren Gruppe von Zoomlinsen, die manchmal als "normale" Zooms bezeichnet werden, haben die feste Linse fester Brennweite als die beliebte Einweichenauswahl bei vielen zeitgenössischen Kameras verschoben. Die Markierungen dieser Objektive sagen normalerweise W und T für "breit" und "Tele". Das Tele -Tele ist ausgewiesen, da die längere Brennweite, die durch die negative abweichende Linse geliefert wird, länger ist als die Gesamtmontage (die negative abweichende Linse, die als "Tele -Gruppe" fungiert).[5]

Ungewöhnliche Aussicht auf einen Zoom von a Vlt Teleskopgebäude[6]

Einige Digitalkameras ermöglichen das Zuschneiden und Vergrößern eines erfassten Bildes, um den Effekt einer längeren Zoomlinse für Brennweite zu emulieren (schmaler Sichtwinkel). Dies ist allgemein bekannt als digitaler Zoom und erzeugt ein Bild von niedrigerer optische Auflösung als optischer Zoom. Genau der gleiche Effekt kann durch Verwendung erhalten werden digitale Bildverarbeitung Software auf einem Computer, um das digitale Bild zu beschneiden und den Kruppierbereich zu vergrößern. Viele Digitalkameras haben beide, die sie zuerst mit dem optischen und dann dem digitalen Zoom kombinieren.

Zoom- und Superzoom -Objektive werden üblicherweise mit verwendet still, Video, Film Kameras, Projektoren, etwas Fernglas, Mikroskope, Teleskope, Teleskope, und andere Optische Instrumente. zusätzlich Afokale Ein Teil eines Zoomobjektivs kann als verwendet werden Teleskop Variabler Vergrößerung ein verstellbares machen Strahlxpander. Dies kann zum Beispiel verwendet werden, um die Größe von a zu ändern Laser- Strahl so, dass die Bestrahlung des Strahls können variiert werden.

Geschichte

Der Voigtländer Zoomar, 36–82 mm f/2.8

Frühe Formen von Zoomlinsen wurden in verwendet Optische Teleskope um eine kontinuierliche Variation der Vergrößerung des Bildes, und dies wurde erstmals im Verfahren der königliche Gesellschaft 1834. früh Patente zum Teleobjektiv Enthalten auch bewegliche Linsenelemente, die angepasst werden konnten, um die Gesamtlänge der Linse zu ändern. Objektive dieser Art werden jetzt genannt VarifokallinsenDa sich die Brennweite verändert hat, bewegt sich auch die Position der Brennebene, die nach jeder Änderung die Wiedereinstellung der Linse erfordert.

Das erste wahre Zoomen Die Linse, die nahezu schärfes Fokus beibehielt, während die effektive Brennweite der Linsenversammlung geändert wurde, wurde 1902 von Clile C. Allen patentiert (US -Patent 696.788). Eine frühzeitige Verwendung des Zoom -Objektivs im Kino ist in der Eröffnungsaufnahme des Films "It" mit Clara Bow von 1927 zu sehen. Die erste industrielle Produktion war die Bell und Howell Cooke "Varo" 40–120 mm Objektiv für 35 -mm -Filmkameras, die 1932 eingeführt wurden Rang Taylor Hobson aus Großbritannien im Jahr 1953. Der 1959 eingeführte Zoomar von Kilfitt 36–82 mm/2,8 war die erste Varifokalobjektiv in regelmäßiger Produktion für Still 35 mm Fotografie.[7] Der erste moderne Film Zoom Objektiv, der Pan-Cinor, wurde um 1950 von 1950 von entworfen Roger Cuvillier, ein französischer Ingenieur, der für Som-Berthiot arbeitet. Es hatte ein optisches Kompensationszoomsystem. Im Jahr 1956, Pierre Angénieux stellte das mechanische Kompensationssystem ein und ermöglichte den genauen Fokus während des Zoomens in seinem 17-68-mm-Objektiv für 16 mm, das 1958 veröffentlicht wurde. Im selben Jahr ein Prototyp der 35-mm-Version des Angénieux 4x Zoom, der 35-140 mm, wurde erstmals von der Kameramann Roger Fellous für die Produktion von Julie La Rousse verwendet. Angénieux erhielt einen technischen Preis von 1964 von der Akademie der Motion Bilder für das Design der 10 bis 1 Zoomlinsen, darunter 12-120 mm für 16-mm-Filmkameras und die 25-250 mm für 35-mm-Filmkameras.

Seitdem Fortschritte im optischen Design, insbesondere die Verwendung von Computers für optisch Strahlenverfolgung, hat das Design und die Konstruktion von Zoomlinsen erheblich erleichtert und werden jetzt in der professionellen und Amateurfotografie weit verbreitet.

Querschnitt von Fujinon XF100-400mm Zoomobjektiv
Canon AE-1, eine 35-mm-Kamera mit einem Zoomobjektiv. Der Vorteil einer Zoomlinse ist die Flexibilität, aber der Nachteil ist die optische Qualität. Prime -Objektive haben im Vergleich eine größere Bildqualität.

Entwurf

Ein einfaches Zoom -Objektivsystem. Die drei Objektive des afokalen Systems sind L1, L2, L3 (von links). L1 und L2 kann nach links und rechts bewegen und die Gesamtstudallänge des Systems ändern (siehe Bild unten).

Es gibt viele mögliche Entwürfe für Zoomlinsen, die komplexesten, die mehr als dreißig einzelne Linsenelemente und mehrere bewegliche Teile haben. Die meisten folgen jedoch dem gleichen grundlegenden Design. Im Allgemeinen bestehen sie aus einer Reihe einzelner Linsen, die entweder festgelegt oder axial entlang des Linsenkörpers gleiten können. Während sich die Vergrößerung einer Zoomlinse ändert, ist es erforderlich, jede Bewegung der Brennebene zu kompensieren, um das fokussierte Bild scharf zu halten. Diese Kompensation kann mit mechanischen Mitteln erfolgen (Verschieben der vollständigen Linsenanordnung, während die Vergrößerung der Linse ändert) oder optisch (Anordnung der Position der Brennebene so wenig wie möglich, während die Linse vergrößert wird).

Ein einfaches Schema für eine Zoomlinse unterteilt die Baugruppe in zwei Teile: eine fokussierende Linse ähnlich einer Standard-Fotokallinse mit fester Fokallänge, vor der ein vorangegangen ist Afokale Zoomsystem, eine Anordnung von festen und beweglichen Linsenelementen, die das Licht nicht fokussieren, sondern die Größe eines Lichtstrahls und damit die allgemeine Vergrößerung des Linsensystems verändern.

Linsenbewegung in einem Afokale Zoomsystem

In diesem einfachen optisch kompensierten Zoomlinsen besteht das afokale System aus zwei positiven (konvergierenden) Linsen gleicher Brennweite (Linsen L1 und L3) mit einer negativen (divergierenden) Linse (L2) zwischen ihnen, mit einer absoluten Brennweite von weniger als der Hälfte der der positiven Linsen. Linse L3 ist fest, aber Objektive L1 und L2 kann in einer bestimmten nichtlinearen Beziehung axial bewegt werden. Diese Bewegung wird normalerweise durch eine komplexe Anordnung von Zahnrädern und Nocken im Objektivgehäuse durchgeführt, obwohl einige moderne Zoomlinsen computergesteuerte verwenden Servos um diese Positionierung durchzuführen.

Während die negative Linse L2 bewegt sich von vorne nach hinten der Linse, der Linse L1 bewegt sich in einem parabolischen Bogen vorwärts und dann rückwärts. Dabei variiert die Gesamtwinkelvergrößerung des Systems und verändert die effektive Brennweite des gesamten Zoomlinse. An jedem der drei gezeigten Punkte ist das Drei-Linsen-System afokal (weder divergiert noch das Licht) und verändert daher nicht die Position der Fokusebene der Linse. Zwischen diesen Punkten ist das System nicht genau afokal, aber die Variation der Position der Fokusebene kann klein genug sein (etwa ± 0,01 mm in einer gut gestalteten Linse), um die Schärfe des Bildes nicht signifikant zu ändern.

Ein wichtiges Problem beim Design der Zoomlinse ist die Korrektur optischer Aberrationen (wie z. chromatische Abweichung und besonders, Feldkrümmung) über den gesamten Betriebsbereich der Linse; Dies ist in einem Zoomobjektiv wesentlich schwieriger als ein festes Objektiv, das nur die Aberrationen für eine Brennweite korrigieren muss. Dieses Problem war ein Hauptgrund für die langsame Aufnahme von Zoomlinsen, wobei die frühen Entwürfe zeitgenössischen festen Objektiven erheblich unteren und nur mit einem engen Bereich von nutzbar waren F-Zahlen. Moderne optische Designtechniken haben die Konstruktion von Zoomlinsen mit einer guten Aberrationskorrektur über weithin variable Brennweiten und Öffnungen ermöglicht.

Während Objektive in Kinematographie und Videoanwendungen erforderlich sind, um den Fokus zu erhalten, während die Brennweite geändert wird, besteht keine solche Anforderung an noch Fotografie und Zoomlinsen, die als Projektionslinsen verwendet werden. Da es schwieriger ist, ein Objektiv zu konstruieren, das sich nicht mit der gleichen Bildqualität wie eine wie eine verändert, verwenden die letzteren Anwendungen häufig Linsen, die sich neu auszahlen müssen, sobald sich die Brennweite geändert hat (und somit streng genommen sind Varifokallinsen, keine Zoomlinsen). Wie die meisten modernen noch Kameras sind Autofokussion, das ist kein Problem.

Designer von Zoomlinsen mit großen Zoomverhältnissen tauschen häufig eine oder mehrere Aberrationen gegen höhere Bildschärfe ein. Zum Beispiel ein größerer Grad an Fass und Nadelkissen Verzerrung wird in Objektiven toleriert, die den Brennweitwinkel bis zum Tele -Tele mit einem Brennweitenverhältnis von 10 × oder mehr überspannen, als in einer festen Brennweite oder einer Zoomlinse mit einem niedrigeren Verhältnis akzeptabel wäre. Obwohl moderne Entwurfsmethoden dieses Problem kontinuierlich reduziert haben, ist die Fassverzerrung von mehr als einem Prozent bei diesen Lensen mit großer Verhältnis häufig. Ein weiterer Preis ist, dass sich bei extremem Tele -Tele -Einstellung der Linse die effektive Brennweite erheblich ändert, während sich das Objektiv auf nähere Objekte konzentriert. Die scheinbare Brennweite kann mehr als halbieren, während die Linse von unendlich bis mittlerer Nahaufnahme fokussiert ist. In geringerem Maße wird dieser Effekt auch in festen Brennweitenlinsen beobachtet, die interne Linsenelemente und nicht in der gesamten Linse bewegen, um Vergrößerungsänderungen zu beeinflussen.

Varifokallinse

Viele sogenannte "Zoom" -Linsen, insbesondere im Fall von Kameras mit festem Objektiv, sind eigentlich Varifokallinsen, die Objektivdesigner mehr Flexibilität bei optischen Design-Kompromisse (Brennweite, maximale Blende, Größe, Gewicht, Kosten) als ein echter Parfokalzoom und die aufgrund des Autofokus ist und weil der Kameraverarbeiter das Objektiv verschieben kann Kompensieren Sie die Änderung der Position der Fokusebene bei der Änderung der Vergrößerung ("Zoomen"), wodurch der Betrieb im Wesentlichen wie ein echter Parfokalzoom der Betrieb ist.

Siehe auch

Durch Brennweite

Verweise

Zitate

  1. ^ Cavanagh, Roger (2003-05-29). "Parfrokallinsen". Archiviert von das Original Am 2007-10-07. Abgerufen 2007-11-18.
  2. ^ "Tamron 18-270mm 1: 3,5-6.3 di II VC LD Lens Review". Archiviert Aus dem Original am 16. Januar 2013. Abgerufen 20. März, 2013.
  3. ^ Letsgodigital. "Panavision debütiert das 300 -fache digitale Zoomobjektiv - letSgodigital". www.letsgodigital.org. Archiviert Aus dem Original am 5. September 2017. Abgerufen 1. Mai 2018.
  4. ^ "Broadcast -Kamera -Objektive bei den Olympischen Spielen können genauso viel kosten wie einen Lamborghini". Populärwissenschaften. Abgerufen 2020-02-01.
  5. ^ Sheehan, John (12. Juni 2003). Geschäfts- und Unternehmens Luftfahrtmanagement: On Demand Flugreisen: On Demand Flugreisen. McGraw Hill Professional. ISBN 9780071412278. Abgerufen 1. Mai 2018 - über Google Books.
  6. ^ "Finanzierungsmöglichkeiten in Chile (Anuncio de Portunidades)". ESO -Ankündigungen. Archiviert vom Original am 2. Mai 2014. Abgerufen 2. Mai 2014.
  7. ^ Deschin, Jacob (15. März 1959). "Zoom Objektiv für Stills". Die New York Times. Abgerufen 12. September, 2017.

Quellen

  • Kingslake, R. (1960), "Die Entwicklung des Zoomobjektivs". Journal of the SMPTE 69, 534
  • Clark, A. D. (1973), Zoomlinsen, Monographien zur Angewandten Optik Nr. 7. Adam Hildger (London).
  • Malacara, Daniel und Malacara, Zacarias (1994), Handbuch des Objektivs Design. Marcel Dekker, Inc. ISBN0-8247-9225-4
  • "Was ist in einem Zoomobjektiv?". Apaptall-2.com. 2005.