Ketika seseorang membaca tentang lensa zoom, komentar yang relatif umum yang muncul dalam ulasan beberapa lensa (terutama lensa dengan harga lebih rendah) adalah bahwa lensa tidak setajam ("lunak") pada satu atau kedua ujung rentang zoom panjang fokus. .
Mengapa sebuah lensa memiliki tingkat ketajaman yang berbeda pada focal length yang berbeda, dan mengapa ekstrem menjadi yang terburuk?
Jawaban:
Peringatan: ini adalah satu lagi dari jawaban "panjang buku" saya ... :-)
Mari kita mulai dengan ulasan singkat tentang cara kerja lensa zoom. Pertimbangkan desain lensa yang paling sederhana - satu elemen. Satu masalah besar dengan lensa elemen tunggal adalah bahwa panjang fokus lensa menentukan jarak elemen harus dari bidang film / sensor untuk membawa adegan menjadi fokus, sehingga lensa 300 mm (misalnya) harus 300mm dari sensor untuk fokus pada infinity. Sebaliknya, lensa sudut lebar harus benar - benar dekat dengan bidang film / sensor untuk fokus pada infinity.
Desainer lensa segera menemukan trik yang cukup keren: mereka dapat membuat panjang fokus yang efektif dengan meletakkan elemen panjang fokus pendek di bagian depan, dan elemen negatif (sedikit lebih lemah) di belakangnya. Dengan elemen negatif, cahaya mengenai bidang film tepat pada sudut yang sama seolah-olah telah dibiaskan oleh lensa yang panjang. Membesar-besarkan sedikit (atau banyak), kita mendapatkan substitusi seperti berikut:
Kedua lensa memiliki panjang fokus efektif yang sama, tetapi (jelas cukup) yang kedua secara fisik agak lebih pendek - tidak perlu menjulurkan bagian depan kamera sejauh mungkin.
Garis atas ganda dalam desain kedua, bagaimanapun, membawa kita ke poin kedua kita: aberasi kromatik. Garis "bagian dalam" mewakili cahaya biru yang menembus lensa, dan garis "luar" berwarna merah. Karena panjang gelombangnya yang lebih pendek, cahaya biru selalu dibiaskan (ditekuk) lebih banyak saat melewati lensa daripada lampu merah. Tergantung pada kaca, bagaimanapun, perbedaan antara pembiasan cahaya merah dan biru mungkin cukup besar atau relatif kecil.
Jika kita memilih kaca yang tepat untuk elemen depan versus elemen belakang, kita dapat mencapai kira-kira apa yang diperlihatkan dalam gambar - jumlah pembengkokan ekstra pada elemen depan persis dikompensasi dengan jumlah pembengkokan ekstra pada elemen kedua, sehingga cahaya merah dan biru menjadi fokus bersama.
Namun, dengan lensa zoom, banyak hal tidak berjalan dengan mudah. Untuk mendapatkan lensa zoom, kami mengambil desain kedua, tetapi memindahkan elemen belakang relatif ke elemen depan. Dalam hal ini, jika kita menggerakkan elemen depan ke depan, cahaya biru akan menyimpang lebih sedikit dari merah ketika mereka memasuki elemen kedua, dan karena tidak ada lagi ruang di belakang elemen kedua, itu akan menjadi lebih bengkok - sebagai Hasilnya, alih-alih menjadi fokus tepat bersamaan, cahaya biru akan berakhir "di luar" lampu merah, yang akan muncul dalam gambar sebagai penyimpangan berwarna.
Sebaliknya, jika elemen belakang bergerak lebih dekat ke sensor, lampu biru akan menyimpang lebih jauh dari lampu merah ketika sampai ke elemen kedua. Kemudian, karena elemen kedua lebih dekat ke sensor, ia tidak akan menyatu dengan merah, sehingga akan berakhir masih "di dalam" merah ketika sampai ke sensor - lagi, penyimpangan kromatik (tetapi dalam arah yang berlawanan ).
Jika dibiarkan begitu saja, lensa zoom akan sangat mengerikan - setiap perubahan focal length akan memberikan CA dalam jumlah besar. Untuk mengatasi itu, elemen dikelompokkan. Alih-alih hanya elemen depan dan elemen kedua, dengan satu kompensasi untuk CA yang diperkenalkan oleh yang lain, Anda akan memiliki dua kelompok elemen, masing-masing mengkompensasi CA sendiri, dan memindahkan grup relatif satu sama lain tidak. ubah CA sama sekali.
Ini masih tidak sesederhana itu. Secara fisik tidak mungkin bagi sekelompok elemen untuk sepenuhnya mengkompensasi CA. Suatu elemen selalu membengkokkan cahaya biru dengan sudut tertentu yang lebih besar dari sudut di mana ia menekuk lampu merah. Paling-paling, jika Anda menempatkan elemen-elemennya sangat berdekatan, Anda bisa membuat cahaya merah dan biru berjalan sangat berdekatan dan hampir paralel, tetapi masih sedikit terpisah. Jika Anda menekuknya kembali ke satu sama lain, mereka hanya akan bertemu pada satu jarak yang tepat; pada jarak lain, Anda akan berakhir dengan CA di satu arah atau yang lain.
Namun, sebagaimana telah dicatat, dengan lensa zoom, jarak yang terlibat harus berubah. Apa yang biasanya dilakukan oleh perancang lensa adalah mencoba meminimalkan kasus terburuk CA. Melakukannya cukup mudah (setidaknya secara teori): dia melihat rentang di mana elemen belakang bergerak, dan mencari tahu sudut yang akan menghasilkan konvergensi tepat di tengah kisaran itu. Dengan cara ini dia membelah sesuatu, jadi itu akan membuat CA di satu arah ketika elemen belakang bergerak lebih dekat ke sensor, dan ke arah lain ketika bergerak lebih jauh. Tentu saja, ini bukan hanya elemen belakang - dia harus melihat kombinasi dari semua pergerakan semua elemen grup (dan tentu saja menjelaskan dispersi yang diperkenalkan oleh masing-masing elemen).
Namun, begitu dia mengetahui kisaran, dia biasanya meminimalkan kasus terburuk dengan memisahkan perbedaan - mengoptimalkan sekitar tengah kisaran, sehingga semakin sedikit lebih buruk di setiap arah. Pengecualian adalah lensa yang diharapkan untuk digunakan terutama di satu ujung atau yang lain. Dalam hal ini, masuk akal untuk mengoptimalkan sekitar kisaran penggunaan yang diharapkan, dan hidup dengan kenyataan bahwa kasus terburuk akan menjadi lebih buruk daripada yang seharusnya.
Tentu saja, ini juga melihat hanya satu dari beberapa faktor penting untuk desain lensa - perancang juga harus memperhitungkan (setidaknya) koma, astigmatisme, sketsa, distorsi, dan penyimpangan bola - belum lagi beberapa detail kecil seperti ukuran, berat, biaya, dan hanya mampu membuat lensa nyata yang berfungsi seperti yang ia rancang.
Sayangnya saya juga melihat lensa di mana focal-length terpusat paling buruk, jadi anggapan Anda tidak selalu benar.
Pada dasarnya zoom terbuat dari elemen optik yang bergerak dan mereka harus bergerak relatif satu sama lain untuk mengubah focal-length lensa. Insinyur optik bertanggung jawab untuk mengoptimalkan kinerja di seluruh zoom dengan seperangkat komponen tetap dalam urutan tetap. Anda dapat membayangkan ini adalah proses yang sulit.
Ekstremitas lebih rentan terhadap masalah karena elemen optik bersama sering bekerja paling baik pada posisi yang ditetapkan dan semakin jauh dari posisi itu, semakin jauh dari kinerja yang optimal.
Desain lensa zoom, tidak seperti desain lensa prima (panjang fokus tetap tunggal), cenderung agak rumit. Dengan lensa prima, akan jauh lebih mudah untuk mengoreksi penyimpangan optik seperti penyimpangan kromatik, penyimpangan bola, distorsi, dll. Demikian juga dengan elemen lensa yang lebih sedikit. Semakin sedikit elemen lensa (lensa kaca individu yang digunakan dalam konstruksi lensa kamera yang kompleks), semakin baik kualitas gambar Anda secara umum, karena setiap potongan kaca akan memengaruhi pemfokusan cahaya.
Lensa zoom umumnya memiliki lebih banyak elemen lensa daripada lensa prima, terkadang jauh lebih banyak. Ketika datang ke focal length yang lebih luas, beberapa lensa zoom lebih panjang dari focal length mereka dan memerlukan kelompok "retrofocal" di belakang. Semua elemen lensa ekstra ini masing-masing menambah penyimpangan optik, beberapa mengoreksi penyimpangan elemen lensa lainnya. Dalam lensa zoom, koreksi optik harus dilakukan sedemikian rupa sehingga menghasilkan kualitas keseluruhan terbaik di seluruh rentang zoom, yang biasanya berarti kompromi harus dilakukan di suatu tempat (tidak dapat memiliki kue dan memakannya juga.)
Lensa zoom biasanya memiliki titik "lebih tajam" dan "lebih lembut". Ini tidak selalu berada di ujung terluar rentang fokus ... kadang-kadang tepat di tengah. Terkadang kompromi muncul dengan mengorbankan ketajaman "tepi" gambar vs ketajaman "tengah", yang mungkin lebih buruk pada satu focal length daripada yang lain. Either way, mengakomodasi rentang fokus variabel memerlukan kompromi karena kompleksitas yang diperlukan.
Lensa berkualitas tinggi akan sering menggunakan optik yang lebih canggih untuk memperbaiki penyimpangan, biasanya dengan biaya yang cukup besar. Lensa midrange mungkin hanya menggunakan lebih banyak lensa untuk mengoreksi aberasi dan mengabaikan perubahan aberasi di seluruh rentang fokus. Lensa profesional kelas atas akan menjelaskan variabilitas dalam penyimpangan, menggunakan optik canggih seperti kaca kerapatan tinggi, kaca dispersi rendah, elemen lensa asferis, elemen lensa fluorit, elemen lensa apokromatik, kelompok korektif ekstra, dll. Untuk mempertahankan kualitas tertinggi di seluruh fokus rentang lensa zoom. Kompromi masih harus dibuat relatif terhadap lensa prima, namun tingkat kompromi cenderung jauh lebih sedikit.
Lensa melibatkan koreksi signifikan untuk kelainan. Kelainan ini dikenal sebagai penyimpangan. Ada berbagai penyimpangan, beberapa yang lebih umum adalah bola, astigmatisme, kromatik, koma, laras, bantalan bantalan, kelengkungan lapangan, dan tidak fokus.
Jika penyimpangan ini tidak ada, desain lensa akan sangat mudah. Cukup letakkan satu atau dua lensa dalam garis lurus, dan Anda akan memiliki gambar yang sempurna, setiap saat. Tapi, kita tahu bahwa penyimpangan ini ada. Tidak mungkin untuk sepenuhnya memperbaiki penyimpangan ini, hanya untuk satu titik. Semakin banyak penyimpangan ini, semakin "lunak" gambar akan terlihat.
Seseorang dapat meminimalkan distorsi selama periode waktu yang besar, kebanyakan dengan membuat lensa yang lebih mahal. Lensa yang lebih mahal berasal dari pembuatan lensa berbentuk non-bola, yang lebih sulit untuk diproduksi.
Semakin banyak yang Anda dapatkan dari sweet spot lensa, semakin lembut pula itu. Perubahan panjang fokus, bukaan, dan jarak fokus semua adalah influencer di sweet spot. Dengan demikian mengubah salah satu dari 3 akan menurunkan kualitas. Jika kualitas lensa cukup tinggi, degradasi hampir tidak akan terlihat.