Zoomobjektiv

Objektiv med variabel brännvidd (andra namn: zoomobjektiv , varioobjektiv eller zoomobjektiv från engelska  zoom ) - ett objektiv vars brännvidd kan ändras i steg eller mjukt. I det senare fallet kallas linsen pankratisk [1] . Det används mest inom film , fotografi och tv för att zooma in på ett objekt när det filmas från en enda punkt. Zoomobjektiv har funnits till viss användning inom projektionsteknik .

Oavsett den optiska utformningen av specifika linser kan de kallas olika inom olika användningsområden: i tv används namnet "zoomlins" oftast, på bio - "zoom", och inom fotografi är termen "zoom" allmänt accepterad [3] . Förhållandet mellan maximal brännvidd och minimum kallas linsförstoring [4] [5] .

Historien om uppkomsten av pankratiska linser

För första gången implementerades variabel vinkelförstoring redan på 1800-talet i observationsinstrument som ett teleskop och kikarsikte . Det lilla vinkelfältet och ljusstyrkan hos dessa enheter gjorde det möjligt att bygga system med variabel förstoring med minimal astigmatism och acceptabel upplösning . Skapandet av sådana fotograferingslinser krävde lösningen av ett mer komplext problem med att utforma en anastigmat för stora synfältsvinklar [6] . De första designerna av zoomobjektiv var oacceptabla för bio eftersom de krävde ytterligare fokusering på grund av förskjutningen av brännplanet med någon förändring i brännvidd. Patentnummer 696 788 för ett objektiv med kompensation för fokusskifte utfärdades först 1902 [7] . Den första massproducerade pankratiska linsen för att filma "Cook-Varo" ( eng.  Cooke Varo ) med ett brännviddsområde på 40-120 mm släpptes av Bell-Howell företaget 1932 [8] [9] . Fyra år senare patenterade en ingenjör från det tyska företaget Astro-Berlin, Hugo Gramatsky, ett afokalt zoomfäste [3] [10] .

Pankratiska linser dök först upp på bio och sedan på tv. De ersatte revolvrar med konventionella (" diskreta ") linser, som byts ut av operatören under fotograferingsuppehåll [11] . Möjligheten att kontinuerligt ändra bildskalan är mest efterfrågad i dessa områden, vilket ger skärmen effekten av att närma sig eller flytta sig bort från motivet när kameran står stilla. Zoomobjektivet har blivit ett av de mest effektiva sätten att redigera i bildruta . Men nivån på kvaliteten på det optiska mönstret, jämförbar med diskret optik, filmande zoomlinser nåddes först i mitten av 1950-talet , när de började användas aktivt, särskilt i dokumentärfilmer . I iscensatta filmer gjorde zoomlinsen det möjligt att delvis ersätta filmning med rörelse, och att få den senaste tekniken, kallad i olika skolor som " Transtrav " ( Eng.  Trans Trav ) eller "Dolly-Zoom" ( Eng.  Dolly Zoom ) . Kärnan i mottagningen är att ändra brännvidden, synkront med rörelsen av operatörens vagn "Dolly" i motfas. När vagnens rörelseriktning sammanfaller med linsens optiska axel , förblir skalan för huvudmotivet oförändrad, och bakgrunden "rör sig bort" eller "körs in i" en stationär karaktär. I Sovjetunionen var en av de första som använde denna teknik kameramannen Vadim Yusov i filmen "The Black Monk " [12] .

Inom fotografering ansågs möjligheten att ändra objektivets brännvidd länge vara olämplig, eftersom den, till skillnad från tv och film, inte spelar rollen som ett uttrycksfullt medel. Exakt inramning , otillgänglig vid tidpunkten för fotografering med konventionella objektiv, utfördes under fotoutskriftsprocessen . Dessutom dök den verkliga möjligheten att använda zoomar först med spridningen i början av 1960-talet av enlinsreflexkameror , som förflyttade avståndsmätare och tvålinsreflexkameror olämpliga för zoomning [13] . Ett ytterligare hinder var storleken på ramen, som även vid småformatsfotografering är mycket större än i film och tv. Det direkta beroendet av objektivets dimensioner och vikt på formatet förde dessa parametrar bortom rimliga gränser för de zoomdesigner som var tillgängliga vid den tiden. Försök att skapa fotografiska linser med en stegvis förändring i brännvidd erkändes också som föga lovande, eftersom de inte på något sätt förenklade designen [14] .

Situationen förändrades dramatiskt efter tillkomsten av tillräckligt kraftfulla datorer , vilket gjorde det möjligt att beräkna fundamentalt nya optiska system och förbättra befintliga [15] . Ytterligare möjligheter har öppnats med spridningen av flerskiktsbeläggningsteknologier , vilket avsevärt minskar ljusspridningen i system med flera linser [16] . Nya typer av optiskt glas och förbättrade beräkningsmetoder har gjort det möjligt att skapa fotozoom, som har hittat tillämpning inom fotojournalistik , vilket förbättrar kvaliteten på bilder genom att maximera användningen av negativområdet . En av de första fotozoomen anses vara Voigtländer Zoomar ( tyska:  Voigtländer Zoomar 36-82 / 2.8 ), utvecklad av Heinz Kilfitt 1959 [17] [14] [18] . Men fram till slutet av 1970 -talet ansågs sådana linser vara en extra typ, eftersom de hade mer blygsamma egenskaper än primära linser [19] . En påtaglig förstärkning av fotozoom gavs endast när man fotograferade bilder som inte kunde beskäras [20] [21] . Samtidigt gjorde den höga kostnaden zoomobjektiv endast tillgängliga för professionella fotografer. Detta förändrades mot slutet av 1970 -talet , med tillkomsten av nyare teknologier och material, särskilt prisvärda asfäriska linser . 1978 blev Fujinon Z 43-75/3.5~4.5 den första " val " -zoom [22] . Gradvis ersatte amatörfotozoom diskret optik, tack vare billigare produktion och den massiva användningen av högteknologisk plast.

Samtidigt med zoomar för kameror dök liknande linser för smalfilmsprojektorer upp [21] . I Sovjetunionen utvecklades en sådan lins "PF-1" med ett område av brännvidder från 15 till 25 mm för amatörprojektorn "Kvant". För de sovjetiska filmprojektorerna "Luch-2", som exporterades, designade det japanska företaget "Light-Optic" en zoomlins "Luch-Zoom" med samma räckvidd [23] . Med en betydande ökning i vikt och dimensioner var det japanska objektivet något sämre än det sovjetiska i bländarförhållande. Vario-Likar-P2 (PF-6)-objektivet med ett brännviddsområde på 18-30 mm designades i industrilaboratoriet för filmoptik LIKI för 8 Super-formatet . 1970 bemästrade TsKBK produktionen av Vario-Likar P1 pankratiska lins för 16 mm filmprojektorer med en räckvidd på 35–65 mm, även utvecklad vid LIKI [24] . Möjligheten att ändra brännvidden på projektionslinsen fungerar som en hjälpfunktion som gör att du kan justera bildstorleken utan att flytta duken och projektorn. Liknande optik producerades för overheadprojektorer , vilket ger samma bekvämlighet [21] . I professionella bioprojektorer avsedda för biografer är användningen av zoom opraktisk, eftersom biografen är designad och byggd med hänsyn till standardlinsens brännvidder. Projektionslinser med variabel brännvidd används också i automatiska fotoskrivare och minifotolabb för möjligheten att ändra formatet för fotoutskrift [25] .

Enheten för pankratiska linser

Till skillnad från objektiv med en fast brännvidd som innehåller från 3 till 7 objektiv , har zoomobjektiv en design med flera linser, och antalet optiska element i dem kan överstiga 20. Samtidigt rör sig individuella objektiv inuti ramen och i förhållande till varje andra, ibland enligt komplexa lagar, ändra brännvidden avståndet för hela systemet vid en konstant position av fokalplanet . Enligt principen om aberrationskorrigering är pankratiska linser villkorligt uppdelade i två grupper [26] :

Ett annat kriterium för att klassificera pankratiska linser är metoden att kompensera för förskjutningen av fokalplanet vid ändring av brännvidden. Två typer av linser är kända [26] [29] :

Markeringen av tv-zoomlinser innebär en indikation på förstoringen och den minsta brännvidden. Till exempel har den sovjetiska zoomlinsen för tv-kameror "OCT 35 × 13", i enlighet med markeringen, en förstoring lika med 35 med en minsta brännvidd på 13 mm. Den maximala brännvidden är 460 mm [32] . På liknande sätt har Fujinon 22×8 BERD-objektivet vid 22× en minsta brännvidd på 8 mm och en maximal brännvidd på 176 [33] . Modern optik för videojournalistikkameror är ofta utrustad med en stegvis lins utöver en mjuk förändring av brännvidden. För detta tillhandahålls en inbyggd teleförlängare , som gör att du snabbt kan ändra arbetsområdet för brännvidder genom att införa optiska komponenter bakom huvudzoomlinsen [34] [35] .

Filmiska och fotografiska zoomar kräver tvärtom den obligatoriska beteckningen av både minsta och maximala brännvidd och motsvarande bländarvärden. Sovjetiska professionella filmzoomningar markerades med "OPF"-indexet, före vilket ett nummer indikerades, vilket återspeglar filmens format . Den andra siffran motsvarar utvecklingens serienummer. Till exempel är objektivet "35OPF 18-1" med ett område av brännvidder från 20 till 120 mm designat för att fotografera i det vanliga formatet35 mm film , vilket återspeglas i titeln [36] . Anamorfa zoomobjektiv levererades med indexet "A" i slutet av namnet, till exempel "35OPF 9-1A" med ett intervall på 50-200 [37] . Följaktligen är 16OPF1-2M-objektivet designat för en standard 16 mm filmram . Amatörzoomar hade oftast sina egna originalnamn, till exempel " Meteor-5 ", producerade för kameror i familjen Krasnogorsk .

TV-zoomobjektiv och vissa filmkameror, förutom manuell zoom, är utrustade med elväxlar med flera hastigheter för att säkerställa mjuk in- och utzoomning. Zoomobjektiv för studiokameror är inte alls utrustade med manuell zoom, eftersom de ursprungligen designades för fjärrstyrning från stativhuvudens handtag . Inom filmoptik är den inbyggda elektriska enheten mindre vanlig, eftersom den är utformad med förväntningar om att docka med en extra modul av liknande syfte med hjälp av följfokus . I fotografiska linser styrs brännvidden manuellt, med undantag för de enklaste amatörkamerorna.

Fördelar och nackdelar

Moderna zoomobjektiv designade för tv- och videokameror har en rad brännvidder som täcker nästan alla nödvändiga behov. Tack vare detta blir det möjligt att klara sig utan utbytbara linser med en pankratisk lins. I samma utsträckning gäller detta amatörutrustning, såsom konsumentvideokameror, samt kompaktkameror och pseudo-reflexkameror, där sådana linser inte är borttagbara. Styv inbyggd lins, förutom att förenkla användningen av kameran, eliminerar penetrering av damm på fotomatrisen . I kameror gör närvaron av zoom det möjligt att använda Zoom-effekten ( engelska  Explozoom ), som utförs när du fotograferar med långa slutartider genom att snabbt ändra brännvidden.

Bildkvaliteten som tillhandahålls av zoomobjektiv anses dock vara lägre än den för diskret optik [17] . Detta förklaras först och främst av ett stort antal element och brytningsytor. Konsekvensen av en komplex design är en högre ljusspridning, vilket leder till en minskning av bildkontrasten och en försämring av utvecklingen av fina detaljer [11] . Dessutom kännetecknas objektiv med variabel brännvidd av lägre bländare, stora dimensioner och vikt. Problemet med bländarförhållande är särskilt akut i anamorfa zoomobjektiv avsedda för fotografering i bredbildsformat . Den nödvändiga noggrannheten i rörelsen av enskilda element sätter sin prägel på designen av ramen, som är mycket mer komplex och dyrare än den för konventionell optik [17] .

Exakt inramning när du fotograferar med ett objektiv med variabel brännvidd är endast möjligt med genomgående sikte. Därför är användningen av zoomobjektiv endast tillåten på kameror med reflexslutare och enlinsreflexkameror . Zoomobjektiv designade för biokameror med en konventionell obturator bör utrustas med en inbyggd stråldelande siktanordning, vilket ökar kostnaden för objektivet [38] . För avståndsmätarkameror finns det zoomar med en stegvis förändring i brännvidd (till exempel "Leica Tri-Elmar-M 16-18-21mm f/4 ASPH"), som inte har vunnit popularitet på grund av besväret med att matcha med sökare [39] . När du använder en elektronisk sökare är pankratiska linser tillämpbara utan några begränsningar, därför har de blivit vanliga i tv-teknik och digitalkameror av alla klasser.

Moderna linser

För närvarande kan förstoringen av zoomlinser för TV nå 100× på grund av den lilla storleken på den ljuskänsliga matrisen och användningen av ett tvåstegsschema med två koordinerade variatorer [40] [41] . Det mest kraftfulla zoomobjektivet som är känt, Panavision HD Superzoom, kan ändra sin brännvidd med en faktor på 300 [42] . Sådana linser har funnit utbredd användning i OB-kameror, som är monterade på ett stativ för att förhindra skakning i närbilder . Ett brett utbud av brännvidder är nödvändigt för TV-sändningar från stora arenor och konsertlokaler, vilket ger fotografering av avlägsna objekt med ont om tid att flytta kameran. TV-studior använder mindre kraftfulla linser med en förstoring på 15 till 25 och en högre bländare. En relativt liten förstoring på 13-18× vid konstant hög bländare är typisk för zoomobjektiv till kompakta videojournalistikkameror.

Ljusstyrkan hos linser med ökad förstoring av kameror för utomhussändning förblir konstant inom ett visst område av brännvidder och börjar sedan minska när bildskalan ökar [32] . I tv-kameror kompenseras detta av automatisk exponeringskontroll genom att ändra laddningsavläsningstiden ( slutarhastighet ), och i filmutrustning anses det oacceptabelt [40] . Därför, för filmobjektiv, är den maximala förstoringen 10x vid konstant bländare. Detta beror inte bara på den oundvikliga ökningen av objektivets dimensioner på grund av större bildstorlekar, utan också på ökade krav på upplösning, som avsevärt överstiger standarderna för högupplöst TV och särskilt standardupplösning . Trots den utmärkta optiska prestandan hos moderna kinematografiska zoomar, föredrar filmfotografer i de flesta fall diskreta linser framför dem på grund av den bättre bilden.

För de flesta objektiv av professionell kvalitet som är designade för småformatsrutor överstiger förstoringen sällan 3-4× [43] [44] . Till skillnad från tv-optik, som täcker hela det möjliga området, utförs fotozoom vanligtvis som ett alternativ till utbytbara vidvinkel- , normal- och teleobjektiv med möjlighet till mer exakt inramning. Detta tillstånd är typiskt för professionell fotografering, eftersom det inte befriar fotografen från behovet av att ha en uppsättning utbytbara linser för att täcka hela det erforderliga området av brännvidder. Samtidigt är sådana zoomar idag jämförbara när det gäller bildkvalitet med konventionella objektiv, och har en konstant bländare genom hela området [43] . Men även professionella zoomar är sämre i bländarförhållande än de bästa objektiven med en fast brännvidd.

En stor förstoring är typisk för amatörfotooptik, vilket gör det möjligt att klara sig med en enda lins, när förlusten av bländarförhållande och en minskning i upplösning är acceptabelt. Det direkta beroendet av linsdimensionerna av dess förstoring och ramformat gör det nödvändigt att begränsa bländarförhållandet, som minskar samtidigt med ökningen av brännvidden, utan att det krävs en reserv av ingångspupillens diameter. Ett av de få exemplen på en professionell fotozoom med hög förstoring är Canon EF 28-300 / 3,5-5,6L IS USM. Sådana zoomar har vunnit en viss popularitet inom nyhetsfotojournalistik som en kompromiss i förhållandena med brist på tid för att byta objektiv för reportagefotografering.

Zoomar är mycket mindre vanliga i mellanformatsfotografering , vilket innebär scenfotografering. Saken kompliceras av det faktum att i modern mellanformatsutrustning är de flesta objektiv utrustade med en extra central slutare , som kan användas med fokallinsen avstängd eller helt frånvarande . Därför har de flesta linjerna för medelformatoptik, förutom konventionella objektiv, endast 1-2 zoomar avsedda för reportagefotografering, vilket inte är typiskt för denna klass av utrustning [45] [46] . I storformatskameror , både designade för studioarbete och i presskameror , är användningen av zoomar opraktisk. Ett zoomobjektiv med till och med låg förstoring skulle vara för skrymmande för ett relativt litet 9x12 cm-format.

Ultrazoom och digital zoom

"Ultrazum" eller "Superzoom" (lat. ultra - över, överdrivet, engelsk zoom - bildförstoring) - en zoom med stor förstoring (> 9 × ). Sådana objektiv blev grunden för en hel klass av digitalkameror utan optisk sökare. Detta beror på tillverkarnas önskan att förenkla användningen av sådana kameror: att byta lins kan vara för komplicerat för en oförberedd användare och alienera potentiella köpare. Dessutom kräver utbytbara linser en separat väska för att lagra hela uppsättningen av utrustning, vilket är obekvämt för turister och amatörfotografer. Den lilla storleken på matrisen hos pseudospegelkameror gör det möjligt att designa zoomobjektiv med hög förstoring med mycket kompakt storlek och bra bländarförhållande. Så för kameror "Canon PowerShot SX50 IS", " Fujifilm FinePix SL1000 " och "Sony Cyber-shot DSC-HX300" är zoomförhållandet 50× med en lägsta bländare på f/6,5 vid lång fokus. Samtidigt, på grund av den teleskopiska ramen, överstiger inte dimensionerna på linsen i den icke-arbetande positionen kroppens dimensioner, och rör sig bara framåt vid maximala brännvidder.

För kompaktkameror och de enklaste videokamerorna är billiga zoomar med liten förstoring, som inte överstiger 10-12 ×, mer karakteristiska. Samtidigt ökar tillverkare artificiellt mångfalden av en sådan zoom genom att digitalt beskära data som tas emot från matrisen. När objektivets maximala brännvidd har uppnåtts fortsätter zoomningen med digital beskärning, vilket "förlänger" räckvidden. Tekniken, kallad " digital zoom ", är av rent marknadsföringsvärde , eftersom den digitala zoomen, till skillnad från optisk zoom, minskar bildkvaliteten avsevärt: den använder bara en liten central del av objektivets och sensorns bildfält [47] [48] . Detta motsvarar att beskära i en grafik- eller videoredigerare , skära av kanterna på bilden [49] [50] . Trots detta, för användare som inte vill engagera sig i självbearbetning av bilder, kan digital zoom vara en användbar funktion, så att du kan få önskad storlek på planen utan att komma nära motivet och utan ytterligare manipulationer.

Se även

Källor

  1. 1 2 Photokinotechnics, 1981 , sid. 337.
  2. Canon DIGISUPER 86 II TELE xs . Studio/fältlinser . Canon . Hämtad 18 april 2015. Arkiverad från originalet 18 april 2015.
  3. 1 2 MediaVision, 2012 , sid. 80.
  4. En kort guide för amatörfotografer, 1985 , sid. 45.
  5. Photokinotechnics, 1981 , sid. 216.
  6. Volosov, 1978 , sid. 349.
  7. Clile C. Allen. Optiskt objektiv  (engelska) . Patent US696788 . US Patent Office (1 april 1902). Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 24 november 2015.
  8. Nyskapande sedan  1893 . historia . kaka. Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 12 maj 2015.
  9. Barbara Lowry. A Cooke Look Back  (engelska)  // Film and Digital Times : magazine. - 2013. - Nej . 1 . — S. 6 .
  10. Hugh Ivan Gramatzki. Förbättringar i fotografiska och liknande  mål . Patent 449 434 specifikation (26 juni 1936). Tillträdesdatum: 19 april 2015.
  11. 1 2 MediaVision, 2014 , sid. 52.
  12. MediaVision, 2012 , sid. 81.
  13. Georgy Abramov. efterkrigstiden. Del II . Historien om utvecklingen av avståndsmätarkameror . fotohistoria. Hämtad 10 maj 2015. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  14. 1 2 Volosov, 1978 , sid. 375.
  15. Cameras, 1984 , sid. 38.
  16. Photoshop, 2001 , sid. arton.
  17. 1 2 3 Vario-objektiv för bio och TV, 2012 , sid. 84.
  18. Sovjetiskt foto, 1960 , sid. 41.
  19. Foto: Teknik och konst, 1986 , sid. 84.
  20. Volosov, 1978 , sid. 374.
  21. 1 2 3 Sovjetiskt foto, 1962 , sid. 34.
  22. Knipser. Fujinon Z 43-75 mm f/3,5-4,5  (tyska) . KniPPsen Fotomuseum (10 oktober 2018). Hämtad 9 oktober 2020. Arkiverad från originalet 19 februari 2020.
  23. Volosov, 1978 , sid. 478.
  24. Teknik för film och TV, 1971 , sid. 6.
  25. Hur minilabbet fungerar . minilab-tjänst. Hämtad 24 november 2016. Arkiverad från originalet 25 november 2016.
  26. 1 2 3 Volosov, 1978 , sid. 350.
  27. 1 2 Theory of Optical Systems, 1992 , sid. 264.
  28. Photokinotechnics, 1981 , sid. 43.
  29. Cameras, 1984 , sid. 48.
  30. Sovjetiskt foto, 1962 , sid. 35.
  31. Filmutrustning, 1988 , sid. 110.
  32. 1 2 Teknik för film och television, 1981 , sid. 43.
  33. 4K UHD-teleobjektiv i ENG-  stil . UA22x8BERD . Fujifilm . Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 19 april 2015.
  34. Journal 625, 2011 , sid. 5.
  35. Volosov, 1978 , sid. 351.
  36. Filmutrustning, 1988 , sid. 112.
  37. Cameraman's Handbook, 1979 , sid. 168.
  38. Filmutrustning, 1988 , sid. 97.
  39. Supervidvinkelobjektivet med tre brännvidder  . M-linser . Leica kamera . Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 19 april 2015.
  40. 1 2 Utrustning för filmtillverkning, 1988 , sid. 114.
  41. Broadcast Television Lenses 2014  (engelska)  (länk inte tillgänglig) . Canon . Hämtad 18 april 2015. Arkiverad från originalet 18 mars 2015.
  42. 300× Compound Zoom Technology  (eng.)  (ej tillgänglig länk) . Panavision . Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 19 april 2015.
  43. 1 2 Cameras, 1984 , sid. 46.
  44. Foto: Teknik och konst, 1986 , sid. 83.
  45. Photoshop, 1997 , sid. fjorton.
  46. Boris Bakst. Hasselblad. Kapitel 6 Artiklar om fotoutrustning . Fotoverkstäder DCS (19 augusti 2011). Hämtad 10 januari 2014. Arkiverad från originalet 26 mars 2017.
  47. Digital zoom . Villkor . smart telefon. Hämtad 20 april 2015. Arkiverad från originalet 27 april 2015.
  48. Optisk eller digital zoom (otillgänglig länk) . Detaljer . Digital portfölj. Hämtad 20 april 2015. Arkiverad från originalet 20 september 2015. 
  49. Digital fotografi. Handbok, 2003 , sid. tjugo.
  50. Optisk zoom eller digital? . Artiklar . fotostart. Hämtad 20 april 2015. Arkiverad från originalet 27 april 2015.

Litteratur

Länkar