Zoom linse

Objektiv med variabel brændvidde (andre navne: zoomobjektiv , varioobjektiv eller zoomobjektiv fra engelsk  zoom ) - et objektiv hvis brændvidde kan ændres i trin eller jævnt. I sidstnævnte tilfælde kaldes linsen pankratisk [1] . Det er mest udbredt i film , fotografering og fjernsyn til at zoome ind på et objekt, når det er filmet fra et enkelt punkt. Zoomobjektiver har fundet nogen anvendelse i projektionsteknologi .

Uanset det optiske design af specifikke linser, kan de kaldes forskelligt inden for forskellige anvendelsesområder: i tv bruges navnet "zoomlinse" oftest, i biografen - "zoom", og i fotografi er udtrykket "zoom" generelt accepteret [3] . Forholdet mellem den maksimale brændvidde og minimum kaldes objektivforstørrelsen [4] [5] .

Historien om udseendet af pankratiske linser

For første gang blev variabel vinkelforstørrelse implementeret tilbage i det 19. århundrede i observationsinstrumenter som et teleskop og spotting-kikkert . Det lille vinkelfelt og lysstyrken af ​​disse enheder gjorde det muligt at bygge variable forstørrelsessystemer med minimal astigmatisme og acceptabel opløsning . Oprettelsen af ​​sådanne optageobjektiver krævede løsningen af ​​et mere komplekst problem med at designe en anastigmat til store synsvinkler [6] . De første designs af zoomobjektiver var uacceptable til biografen, fordi de krævede yderligere fokusering på grund af forskydningen af ​​brændplanet med enhver ændring i brændvidden. Patentnummer 696.788 for en linse med kompensation for fokusskift blev først udstedt i 1902 [7] . Den første masseproducerede pankratiske linse til at filme "Cook-Varo" ( eng.  Cooke Varo ) med et brændviddeområde på 40-120 mm blev udgivet af Bell-Howell- selskabet i 1932 [8] [9] . Fire år senere patenterede en ingeniør fra det tyske firma Astro-Berlin, Hugo Gramatsky, en afokal zoom-tilbehør [3] [10] .

Pankratiske linser dukkede først op i biografen og derefter på tv. De erstattede revolvere med konventionelle (" diskrete ") linser, som udskiftes af operatøren under skydepauser [11] . Evnen til løbende at ændre billedskalaen er mest efterspurgt i disse områder, hvilket giver skærmen effekten af ​​at nærme sig eller bevæge sig væk fra motivet, når kameraet er stationært. Zoomobjektivet er blevet et af de mest effektive midler til in -frame redigering . Kvalitetsniveauet af det optiske mønster, der kan sammenlignes med diskret optik, film zoomobjektiver nåede dog først i midten af ​​1950'erne , da de begyndte at blive brugt aktivt, især i dokumentarfilm . I iscenesatte film gjorde zoomobjektivet det muligt delvist at erstatte filmning med bevægelse, og at få den nyeste teknik, kaldet i forskellige skoler som " Transtrav " ( Eng.  Trans Trav ) eller "Dolly-Zoom" ( Eng.  Dolly Zoom ) . Essensen af ​​receptionen er at ændre brændvidden, synkront med bevægelsen af ​​operatørens trolley "Dolly" i modfase. Når vognens bevægelsesretning falder sammen med linsens optiske akse , forbliver hovedmotivets skala uændret, og baggrunden "bevæger sig væk" eller "løber ind i" en stationær karakter. I USSR var en af ​​de første til at bruge denne teknik kameramanden Vadim Yusov i filmen "Den sorte munk " [12] .

I fotografering blev muligheden for at ændre linsens brændvidde anset for upassende i lang tid, da den i modsætning til tv og biograf ikke spiller rollen som et udtryksfuldt middel. Præcis indramning , utilgængelig på tidspunktet for optagelse med konventionelle objektiver, blev udført under fotoudskrivningsprocessen . Derudover dukkede den reelle mulighed for at bruge zoom kun op med udbredelsen i de tidlige 1960'ere af reflekskameraer med enkelt linse, som fordrev afstandsmåler- og to -objektives reflekskameraer uegnede til zoom [13] . En yderligere hindring var størrelsen på rammen, som selv i småformatfotografering er meget større end i film og tv. Den direkte afhængighed af objektivets dimensioner og vægt af formatet bragte disse parametre ud over rimelige grænser for de tilgængelige zoomdesigns på det tidspunkt. Forsøg på at skabe fotografiske linser med en trinvis ændring i brændvidde blev også anerkendt som lovende, da de ikke på nogen måde forenklede designet [14] .

Situationen ændrede sig dramatisk efter fremkomsten af ​​tilstrækkeligt kraftige computere , som gjorde det muligt at beregne fundamentalt nye optiske skemaer og forbedre eksisterende [15] . Yderligere muligheder har åbnet sig med udbredelsen af ​​flerlagsbelægningsteknologier , som reducerer lysspredningen i multi-linsesystemer markant [16] . Nye typer optisk glas og forbedrede beregningsmetoder har gjort det muligt at skabe fotozoom, som har fundet anvendelse i fotojournalistik , hvilket forbedrer kvaliteten af ​​billeder ved at maksimere brugen af ​​det negative område . En af de første fotozoom anses for at være Voigtländer Zoomar ( tysk:  Voigtländer Zoomar 36-82 / 2.8 ), udviklet af Heinz Kilfitt i 1959 [17] [14] [18] . Men indtil slutningen af ​​1970'erne blev sådanne linser betragtet som en hjælpetype, da de havde mere beskedne egenskaber end primære linser [19] . En håndgribelig gevinst i fotozoom blev kun givet ved optagelse af dias , der ikke kunne beskæres [20] [21] . Samtidig gjorde de høje omkostninger zoomobjektiver kun tilgængelige for professionelle fotografer. Dette ændrede sig mod slutningen af ​​1970'erne , med fremkomsten af ​​nyere teknologier og materialer, især overkommelige asfæriske linser . I 1978 blev Fujinon Z 43-75/3.5~4.5 den første " hval " -zoom [22] . Gradvist erstattede amatørfotozoomer diskret optik, takket være billigere produktion og den massive brug af højteknologisk plast.

Samtidig med zoom til kameraer dukkede lignende linser op til smalfilmsprojektorer [21] . I USSR blev en sådan linse "PF-1" med en række brændvidder fra 15 til 25 mm udviklet til amatørprojektoren "Kvant". Til de sovjetiske filmprojektorer "Luch-2", som blev eksporteret, designede det japanske firma "Light-Optic" et zoomobjektiv "Luch-Zoom" med samme rækkevidde [23] . Med en betydelig gevinst i vægt og dimensioner var den japanske linse en smule ringere end den sovjetiske i blændeforhold. Vario-Likar-P2 (PF-6) objektivet med et brændviddeområde på 18-30 mm er designet i industrilaboratoriet for filmoptik LIKI til 8 Super-formatet . I 1970 mestrede TsKBK produktionen af ​​Vario-Likar P1 pankratiske linse til 16 mm filmprojektorer med en rækkevidde på 35-65 mm, også udviklet hos LIKI [24] . Muligheden for at ændre brændvidden på projektionslinsen fungerer som en hjælpefunktion, der giver dig mulighed for at justere billedstørrelsen uden at flytte skærmen og projektoren. Lignende optik blev produceret til overheadprojektorer , hvilket gav den samme bekvemmelighed [21] . I professionelle biografprojektorer beregnet til biografer er brugen af ​​zoom upraktisk, da biografen er designet og bygget under hensyntagen til standard objektivbrændvidder. Projektionslinser med variabel brændvidde bruges også i automatiske fotoprintere og minifotolaboratorier for muligheden for at ændre formatet på fotoudskrivning [25] .

Enheden af ​​pankratiske linser

I modsætning til objektiver med en fast brændvidde, der indeholder fra 3 til 7 objektiver , har zoomobjektiver et multilinsedesign, og antallet af optiske elementer i dem kan overstige 20. Samtidig bevæger individuelle objektiver sig inde i rammen og i forhold til hver andre, nogle gange i henhold til komplekse love, ændrer brændvidden afstanden af ​​hele systemet ved en konstant position af brændplanet . Ifølge princippet om aberrationskorrektion er pankratiske linser betinget opdelt i to grupper [26] :

Et andet kriterium for klassificering af pankratiske linser er metoden til at kompensere for forskydningen af ​​brændplanet ved ændring af brændvidden. Der kendes to typer linser [26] [29] :

Mærkningen af ​​tv-zoomobjektiver indebærer en indikation af forstørrelsen og den mindste brændvidde. For eksempel har det sovjetiske zoomobjektiv til tv-kameraer "OCT 35 × 13", i overensstemmelse med markeringen, en forstørrelse svarende til 35 med en minimum brændvidde på 13 mm. Den maksimale brændvidde er 460 mm [32] . Tilsvarende har Fujinon 22×8 BERD-objektivet ved 22× en minimum brændvidde på 8 mm og en maksimal brændvidde på 176 [33] . Moderne optik til videojournalistikkameraer er ofte udstyret med en linse med trin ud over en jævn ændring i brændvidde. Til dette leveres en indbygget teleforlænger , som giver dig mulighed for hurtigt at ændre arbejdsområdet for brændvidder ved at introducere optiske komponenter bag hovedzoomobjektivet [ 34] [35] .

Filmisk og fotografisk zoom kræver tværtimod den obligatoriske betegnelse af både minimum og maksimum brændvidde og de tilsvarende blændeværdier. Sovjetiske professionelle filmzoomer blev markeret med "OPF"-indekset, før hvilket der blev angivet et tal, der afspejler filmens format . Det andet ciffer svarer til udviklingens serienummer. For eksempel er objektivet "35OPF 18-1" med en række brændvidder fra 20 til 120 mm designet til at optage i det sædvanlige format35 mm film , hvilket afspejles i titlen [36] . Anamorfe zoomobjektiver blev leveret med indekset "A" i slutningen af ​​navnet, for eksempel "35OPF 9-1A" med en rækkevidde på 50-200 [37] . Derfor er 16OPF1-2M objektivet designet til en standard 16 mm filmramme . Amatørzoomer havde oftest deres egne originale navne, for eksempel " Meteor-5 ", produceret til kameraer fra Krasnogorsk-familien .

Tv-zoomobjektiver og nogle filmkameraer er ud over manuel zoom udstyret med multi-speed elektriske drev for at sikre jævn zoom-ind og zoom-ud. Zoomobjektiver til studiekameraer er slet ikke udstyret med et manuelt zoomdrev, da de oprindeligt er designet til fjernbetjening fra stativhovedhåndtag . I filmoptik er det indbyggede elektriske drev mindre almindeligt, da det er designet med forventning om docking med et ekstra modul med lignende formål ved hjælp af follow focus . I fotografiske linser styres brændvidden manuelt, med undtagelse af de enkleste amatørkameraer.

Fordele og ulemper

Moderne zoomobjektiver designet til tv- og videokameraer har en række brændvidder, der dækker næsten alle nødvendige behov. Takket være dette bliver det muligt at undvære udskiftelige linser med en pankratisk linse. Det gælder i samme grad amatørudstyr, såsom forbrugervideokameraer, samt kompakt- og pseudo-reflekskameraer, hvor sådanne linser ikke kan fjernes. Stiv indbygget linse, ud over at forenkle brugen af ​​kameraet, eliminerer indtrængning af støv på fotomatrixen . I kameraer gør tilstedeværelsen af ​​zoom det muligt at bruge Zoom-effekten ( engelsk  Explozoom ), der udføres ved optagelser med langsomme lukkerhastigheder ved hurtigt at ændre brændvidden.

Billedkvaliteten fra zoomobjektiver anses dog for at være lavere end for diskret optik [17] . Dette forklares først og fremmest af et stort antal elementer og brydningsflader. Konsekvensen af ​​et komplekst design er en højere lysspredning, hvilket fører til et fald i billedkontrasten og en forringelse af udviklingen af ​​fine detaljer [11] . Derudover er objektiver med variabel brændvidde kendetegnet ved lavere blænde, store dimensioner og vægt. Problemet med blændeforhold er især akut i anamorfe zoomobjektiver designet til optagelse i widescreen-formater . Den nødvendige nøjagtighed af bevægelse af individuelle elementer sætter sit præg på rammens design, som er meget mere komplekst og dyrt end konventionel optik [17] .

Præcis indramning, når du optager med et objektiv med variabel brændvidde, er kun muligt med gennemsyn. Derfor er brugen af ​​zoomobjektiver kun tilladt på kameraer med refleksudløser og enkeltobjektive reflekskameraer . Zoomobjektiver designet til biografkameraer med en konventionel obturator bør være udstyret med en indbygget stråleopdelingssigteanordning, som øger prisen på objektivet [38] . For afstandsmålerkameraer er der zoomer med en trinvis ændring i brændvidde (for eksempel "Leica Tri-Elmar-M 16-18-21mm f/4 ASPH"), som ikke har vundet popularitet på grund af ulejligheden ved at matche med søger [39] . Når du bruger en elektronisk søger, er pankratiske linser anvendelige uden nogen begrænsninger, derfor er de blevet almindelige i tv-teknologi og digitale kameraer af alle klasser.

Moderne linser

I øjeblikket kan forstørrelsen af ​​zoomobjektiver til fjernsyn nå 100× på grund af den lille størrelse af den lysfølsomme matrix og brugen af ​​et to-trinsskema med to koordinerede variatorer [40] [41] . Det mest kraftfulde zoomobjektiv man kender, Panavision HD Superzoom, kan ændre sin brændvidde med en faktor på 300 [42] . Sådanne objektiver har fundet udbredt brug i OB-kameraer, som er monteret på et stativ for at forhindre rystelser i nærbilleder . En bred vifte af brændvidder er nødvendig for tv-udsendelser fra store stadioner og koncertsteder, hvilket giver optagelser af fjerne objekter med mangel på tid til at flytte kameraet. Tv-studier bruger mindre kraftige objektiver med en forstørrelse på 15 til 25 og en højere blændeåbning. En relativt lille forstørrelse på 13-18× ved en konstant høj blændeåbning er typisk for zoomobjektiver på kompakte videojournalistikkameraer.

Lysstyrken af ​​linser med øget forstørrelse af udendørs udsendelseskameraer forbliver konstant i et bestemt område af brændvidder og begynder derefter at falde, når billedskalaen øges [32] . I fjernsynskameraer kompenseres dette af automatisk eksponeringskontrol ved at ændre ladeaflæsningstiden ( lukkerhastighed ), og i filmudstyr anses det for at være uacceptabelt [40] . Derfor er den maksimale forstørrelse for filmobjektiver 10x ved en konstant blændeåbning. Dette skyldes ikke kun den uundgåelige stigning i objektivets dimensioner på grund af større billedstørrelser, men også øgede krav til opløsning, der væsentligt overstiger standarderne for high-definition tv og især standard definition . På trods af den fremragende optiske ydeevne af moderne kinematografiske zoomer foretrækker filmfotografer i de fleste tilfælde diskrete linser frem for dem på grund af det bedre billede.

For de fleste objektiver af professionel kvalitet, der er designet til små formatrammer, overstiger forstørrelsen sjældent 3-4× [43] [44] . I modsætning til fjernsynsoptik, som dækker hele det mulige område, udføres fotozoom normalt som et alternativ til udskiftelige vidvinkel- , normal- og teleobjektiver med mulighed for mere præcis indramning. Denne tilstand er typisk for professionel fotografering, da den ikke fritager fotografen for behovet for at have et sæt udskiftelige linser til at dække hele det nødvendige område af brændvidder. Samtidig er sådanne zoomer i dag sammenlignelige med hensyn til billedkvalitet med konventionelle objektiver og har en konstant blænde gennem hele området [43] . Selv professionelle zoomer er dog ringere i blændeforhold i forhold til de bedste objektiver med en fast brændvidde.

En stor forstørrelse er typisk for amatørfotooptik, som gør det muligt at klare sig med et enkelt objektiv, når tabet af blændeforhold og et fald i opløsning er acceptabelt. Den direkte afhængighed af objektivets dimensioner af dens forstørrelse og rammeformat gør det nødvendigt at begrænse blændeforholdet, som falder samtidig med forøgelsen af ​​brændvidden, uden at det kræver en reserve af indgangspupildiameteren. Et af de få eksempler på en professionel fotozoom med høj forstørrelse er Canon EF 28-300 / 3,5-5,6L IS USM. Sådanne zoomer har vundet en vis popularitet i nyhedsfotojournalistik som et kompromis i forhold til mangel på tid til at skifte objektiv til reportageoptagelser.

Zoom er meget mindre almindeligt i mellemformatfotografering , hvilket indebærer sceneoptagelse. Sagen kompliceres af, at i moderne mellemformatudstyr er de fleste objektiver udstyret med en ekstra central lukker , som kan bruges med brændvidden slukket eller helt fraværende . Derfor har de fleste linier af mellemformatoptik, udover konventionelle objektiver, kun 1-2 zoomer beregnet til reportageoptagelser, hvilket ikke er typisk for denne klasse udstyr [45] [46] . I storformatkameraer , både designet til studiearbejde og i pressekameraer , er brugen af ​​zoom upraktisk. Et zoomobjektiv med selv lav forstørrelse ville være for omfangsrigt til et relativt lille 9x12 cm-format.

Ultrazoom og digital zoom

"Ultrazum" eller "Superzoom" (lat. ultra - over, overdrevent, engelsk zoom - billedforstørrelse) - en zoom med stor forstørrelse (> 9 × ). Sådanne objektiver blev grundlaget for en hel klasse af digitale kameraer uden en optisk søger. Dette skyldes producenternes ønske om at forenkle brugen af ​​sådanne kameraer: at ændre objektivet kan være for kompliceret for en uforberedt bruger og fremmedgøre potentielle købere. Derudover kræver udskiftelige linser en separat taske til at opbevare hele udstyrssættet, hvilket er ubelejligt for turister og amatørfotografer. Den lille størrelse af matrixen af ​​pseudo-spejlkameraer gør det muligt at designe zoomobjektiver med høj forstørrelse med en meget kompakt størrelse og et godt blændeforhold. Så for kameraer "Canon PowerShot SX50 IS", " Fujifilm FinePix SL1000 " og "Sony Cyber-shot DSC-HX300" er zoomforholdet 50× med en minimumblænde på f/6.5 ved lang fokus. På samme tid, på grund af den teleskopiske ramme, overstiger objektivets dimensioner i den ikke-arbejdsstilling ikke kroppens dimensioner, idet de kun bevæger sig fremad ved maksimale brændvidder.

For kompakte kameraer og de enkleste videokameraer er billige zoomer med lille forstørrelse, der ikke overstiger 10-12 ×, mere karakteristiske. Samtidig øger producenterne kunstigt mangfoldigheden af ​​en sådan zoom ved digitalt at beskære de data, der modtages fra matrixen. Når objektivets maksimale brændvidde er nået, fortsætter zoomningen med digital beskæring, hvilket "forlænger" rækkevidden. Teknologien, kaldet " digital zoom ", er af ren markedsføringsværdi , fordi digital zoom i modsætning til optisk zoom reducerer billedkvaliteten betydeligt: ​​den bruger kun en lille central del af objektivets og sensorens billedfelt [47] [48] . Dette svarer til at beskære i et grafik- eller videoredigeringsprogram ved at skære kanterne af billedet af [49] [50] . På trods af dette, for brugere, der ikke ønsker at engagere sig i selvbehandling af billeder, kan digital zoom være en nyttig funktion, så du kan få den ønskede størrelse af planen uden at komme tæt på motivet og uden yderligere manipulationer.

Se også

Kilder

  1. 1 2 Photokinotechnics, 1981 , s. 337.
  2. Canon DIGISUPER 86 II TELE xs . Studie-/feltlinser . Canon . Hentet 18. april 2015. Arkiveret fra originalen 18. april 2015.
  3. 1 2 MediaVision, 2012 , s. 80.
  4. En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 45.
  5. Photokinotechnics, 1981 , s. 216.
  6. Volosov, 1978 , s. 349.
  7. Clile C. Allen. Optisk objektiv  (engelsk) . Patent US696788 . US Patent Office (1. april 1902). Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 24. november 2015.
  8. Nyskabende siden  1893 . historie . cookie. Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 12. maj 2015.
  9. Barbara Lowry. A Cooke Look Back  (engelsk)  // Film and Digital Times : magazine. - 2013. - Nej. 1 . — S. 6 .
  10. Hugh Ivan Gramatzki. Forbedringer i fotografiske og lignende  mål . Patent 449.434 specifikation (26. juni 1936). Dato for adgang: 19. april 2015.
  11. 1 2 MediaVision, 2014 , s. 52.
  12. MediaVision, 2012 , s. 81.
  13. Georgy Abramov. efterkrigstiden. Del II . Historien om udviklingen af ​​afstandsmålerkameraer . fotohistorie. Hentet 10. maj 2015. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  14. 1 2 Volosov, 1978 , s. 375.
  15. Kameraer, 1984 , s. 38.
  16. Photoshop, 2001 , s. atten.
  17. 1 2 3 Vario-objektiver til biograf og TV, 2012 , s. 84.
  18. Sovjetisk foto, 1960 , s. 41.
  19. Foto: Teknik og kunst, 1986 , s. 84.
  20. Volosov, 1978 , s. 374.
  21. 1 2 3 Sovjetisk foto, 1962 , s. 34.
  22. Knipser. Fujinon Z 43-75 mm f/3,5-4,5  (tysk) . KniPPsen Fotomuseum (10. oktober 2018). Hentet 9. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 19. februar 2020.
  23. Volosov, 1978 , s. 478.
  24. Teknik for film og fjernsyn, 1971 , s. 6.
  25. Sådan fungerer minilaboratoriet . minilab service. Hentet 24. november 2016. Arkiveret fra originalen 25. november 2016.
  26. 1 2 3 Volosov, 1978 , s. 350.
  27. 1 2 Theory of Optical Systems, 1992 , s. 264.
  28. Photokinotechnics, 1981 , s. 43.
  29. Kameraer, 1984 , s. 48.
  30. Sovjetisk foto, 1962 , s. 35.
  31. Filmudstyr, 1988 , s. 110.
  32. 1 2 Teknik for film og fjernsyn, 1981 , s. 43.
  33. 4K UHD Telephoto ENG stil  linse . UA22x8BERD . Fujifilm . Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 19. april 2015.
  34. Journal 625, 2011 , s. 5.
  35. Volosov, 1978 , s. 351.
  36. Filmudstyr, 1988 , s. 112.
  37. Cameraman's Handbook, 1979 , s. 168.
  38. Filmudstyr, 1988 , s. 97.
  39. Supervidvinkelobjektivet med tre brændvidder  . M-linser . Leica kamera . Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 19. april 2015.
  40. 1 2 Udstyr til filmfremstilling, 1988 , s. 114.
  41. Broadcast Television Lenses 2014  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . Canon . Hentet 18. april 2015. Arkiveret fra originalen 18. marts 2015.
  42. 300× Compound Zoom Technology  (eng.)  (utilgængeligt link) . Panavision . Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 19. april 2015.
  43. 1 2 Kameraer, 1984 , s. 46.
  44. Foto: Teknik og kunst, 1986 , s. 83.
  45. Photoshop, 1997 , s. fjorten.
  46. Boris Bakst. Hasselblad. Kapitel 6 Artikler om fotografisk udstyr . Fotoværksteder DCS (19. august 2011). Hentet 10. januar 2014. Arkiveret fra originalen 26. marts 2017.
  47. Digital zoom . Vilkår . smart telefon. Hentet 20. april 2015. Arkiveret fra originalen 27. april 2015.
  48. Optisk eller digital zoom (utilgængeligt link) . Detaljer . Digital Portfolio. Hentet 20. april 2015. Arkiveret fra originalen 20. september 2015. 
  49. Digital fotografering. Håndbog, 2003 , s. tyve.
  50. Optisk zoom eller digital? . Artikler . fotostart. Hentet 20. april 2015. Arkiveret fra originalen 27. april 2015.

Litteratur

Links