Ketika Anda memperbesar dengan lensa pada SLR mengapa lensa masuk lalu keluar?

Saya kira ini lebih merupakan masalah optik daripada fotografi tetapi saya baru saja mendapatkan SLR dengan lensa 18-55 dasar. Saya perhatikan bahwa ketika pergi dari 18 ke 55 atau 55 ke 18 lensa secara fisik kembali dan kemudian secara fisik kembali keluar?

apa yang terjadi disana? Saya akan berpikir bahwa jika saya memperbesar lensa harus keluar 100% dari waktu tetapi lensa benar-benar keluar dan kemudian kembali.

Tidak ada hubungan sederhana antara panjang fisik lensa dan panjang fokusnya. Misalnya, sudut lebar retrofokus umumnya lebih panjang dari panjang fokusnya, sedangkan lensa telefoto lebih pendek dari panjang fokusnya. Di dalam zoom, Anda memiliki beberapa grup lensa yang bergerak secara independen. Panjang fokus zoom tergantung pada posisi relatif grup, dan tidak selalu hanya terkait dengan panjang fisik lensa. Yang sedang berkata, penjelasan paling sederhana yang mungkin untuk perilaku ini adalah bahwa zoom Anda mungkin dari desain retrofocus sederhana.

Zoom retrofokus

Sebuah retrofocus zoom terbuat dari hanya dua kelompok. Kelompok depan, kekuasaan bias negatif dan (negatif) fokus jarak f ₁ , membuat gambar antara virtual dari suatu tempat objek di depan lensa. Kelompok ini sangat mirip dengan kacamata yang dipakai orang yang berpandangan pendek: membawa benda "lebih dekat ke mata". Panjang fokus grup ini mendekati -35 mm.

Grup belakang, dari daya bias positif, menjadikan pada sensor gambar nyata terbalik dari gambar virtual perantara ini. Gambar perantara adalah "objek" untuk grup ini. Gambar akhir seperti salinan terbalik dari gambar virtual, diskalakan oleh faktor pembesaran m ₂ mendekati -1, yang negatif karena gambar akhir dibalik.

Dengan asumsi objek berada pada tak terhingga, seluruh lensa memiliki focal length f  =  f ₁ × m ₂ . Ini adalah produk dari dua angka negatif, dan hasilnya positif.

Pada gambar yang disederhanakan di atas, kelompok pertama adalah lensa L1, kelompok kedua adalah lensa L2, zoom difokuskan pada tak terhingga, gambar perantara ada di sebelah kiri, pada jarak x dari L2, dan sensor di P Perbesaran L2 adalah m ₂ = - x '/ x .

Dengan desain ini, mudah untuk memperbesar lensa dengan menggerakkan kelompok kedua. Ketika kelompok ini lebih dekat ke sensor, ia memberikan perbesaran kecil (katakanlah sekitar -0,5) dan dengan demikian panjang fokus lebih pendek untuk seluruh lensa. Ketika dipindahkan, lebih dekat ke gambar perantara, Anda memiliki perbesaran yang lebih tinggi (katakanlah sekitar -1,6) dan dengan demikian panjang fokus yang lebih panjang untuk seluruh lensa.

Namun, saat Anda mengubah perbesaran grup ini, jarak antara objek (dalam hal ini gambar perantara) dan gambar akhir berubah. Jarak ini minimum ketika grup hanya di antara objek dan gambarnya, yang terjadi ketika perbesaran adalah -1. Anda dapat memeriksa ini dengan mudah dengan menggunakan kaca pembesar untuk memfokuskan gambar bola lampu pada selembar kertas: jarak antara bola lampu dan gambar fokus minimal ketika gambar memiliki ukuran yang sama dengan objek. Dalam hal lensa zoom, karena gambar akhir harus jatuh pada posisi tetap (pada sensor), gambar perantara harus dipindahkan dengan menggerakkan kelompok depan. Ini menjelaskan perilaku yang diamati dari kelompok depan: saat Anda memperbesar lensa dari 18 mm hingga ~ 35 mm, perbesaran m ₂beralih dari ~ -0,5 ke -1 dan grup depan bergerak lebih dekat ke sensor. Saat Anda memperbesar dari sana ke 55 mm, m ₂ bergerak dari -1 ke ~ -1.6 dan kelompok depan bergerak menjauh dari sensor.

Contoh 1

Ini hanya model teoretis (atas) yang disederhanakan untuk zoom di mana masing-masing kelompok hanyalah lensa tipis. Panjang fokus grup adalah -35 mm (grup depan) dan +35 mm (grup belakang). Dengan asumsi sebuah objek pada jarak tak terbatas, saya menghitung konfigurasi zoom untuk tiga panjang fokus. Tabel di bawah ini menunjukkan posisi elemen lensa (dalam mm dari sensor) sebagai fungsi dari panjang fokus zoom diatur ke:

┌───────────┬─────────┬─────────┐
│ f. length │ group 1 │ group 2 │
├───────────┼─────────┼─────────┤
│   18 mm   │  121.1  │    53   │
│   35 mm   │  105    │    70   │
│   55 mm   │  112.3  │    90   │
└───────────┴─────────┴─────────┘

Dan di sini adalah gambar, untuk skala:

Sensor di sebelah kanan. Gambar perantara (tidak digambar) adalah 35 mm di sebelah kiri elemen depan. Yang menarik adalah bahwa pergerakan grup (baik depan dan belakang) cocok dengan apa yang saya lihat pada sebagian kecil zoom menengah. Zoom nyata mungkin memiliki lebih banyak grup (IS telah disebutkan), tetapi hanya dua yang benar-benar diperlukan untuk aksi zoom.

Contoh 2

Untuk contoh yang lebih realistis, lihat paten ini untuk beberapa pembesaran Nikon 1 . Ini bukan contoh terbaik karena lensa ini ditujukan untuk kamera tanpa cermin. Namun, salah satu perwujudan adalah zoom midrange 10-30 mm (27-81 dst.), Cukup dekat dalam kisaran 18-55 untuk 1,6 ×.

Saya suka contoh ini karena angka-angkanya. Silakan lihat gambar di halaman 1, dan lebih khusus lagi pada panah di bagian bawah, di bawah label "G1" dan "G2". Panah-panah ini menunjukkan cara kelompok bergerak ketika lensa diperbesar dari lebar (W) ke tele (T). Anda dapat melihat bahwa kelompok depan bergerak mundur dan kemudian maju, sedangkan kelompok kedua bergerak maju secara monoton. Itulah yang saya lihat pada banyak zoom lebar dan menengah, meskipun tidak pada semuanya (bukan pada Nikkor 18-70 misalnya). Anda mungkin memperhatikan bahwa grup kedua memiliki beberapa subkelompok di antaranya, termasuk satu grup untuk fokus (Gf) dan satu grup untuk stabilisasi gambar (Gs). Namun subkelompok ini tidak relevan ketika seseorang hanya mempertimbangkan tindakan pembesaran.

Bagaimanapun, hal yang menarik di sini adalah bahwa, meskipun beberapa contoh yang diberikan memiliki tiga kelompok lensa, sebagian besar (termasuk "perwujudan yang disukai") hanya memiliki dua. Mengutip paten (paragraf 077 di halaman 67):

Sistem optik menurut perwujudan ini mencakup, secara berurutan dari sisi objek, kelompok lensa pertama yang memiliki daya bias negatif, dan kelompok lensa kedua memiliki daya bias positif.

Ini persis deskripsi lensa retrofocus.

Contoh 3

Berikut ini paten lain dari Nikon yang mungkin lebih relevan karena sebagian besar menggambarkan 18-55 jenis zoom APS-C.

Contoh 1 dan 2 dari paten ini adalah untuk desain retrofokus yang sederhana, dengan kelompok depan dengan panjang fokus -31,51 mm dan kelompok belakang dengan panjang fokus +37,95 mm. Dari tabel data kita melihat bahwa, saat Anda memperbesar lensa dari 18 hingga 55 mm, kelompok depan bergerak pertama kembali (ke arah sensor) dan kemudian maju (menjauh dari sensor) sementara kelompok belakang bergerak monoton ke depan.

Paten ini juga menunjukkan bahwa desain dua kelompok sederhana yang saya jelaskan di sini bukan satu-satunya pilihan. Perhatikan contoh 5 paten ini. Lensa ini memiliki empat grup yang bergerak semuanya dengan cara yang berbeda saat lensa diperbesar. Saat memperbesar dari 18 hingga 55 mm, grup depan bergerak mundur, lalu maju, dan grup belakang bergerak maju secara monoton. Jadi, seperti yang terlihat dari luar, sepertinya desain dua kelompok sederhana dari contoh 1, meskipun secara internal itu lebih kompleks.

Di sisi lain, desain khusus ini sebenarnya tidak jauh dari desain retrofocus sederhana. Jika kita mengatakan bahwa kelompok 2, 3 dan 4 merupakan semacam "kelompok-super", maka lensa dapat digambarkan sebagai kelompok (G1) dari daya bias negatif diikuti oleh kelompok-super (G234) dari daya bias positif. Masih semacam retrofokus. Deskripsi ini tidak sepenuhnya tidak masuk akal karena kelompok 2, 3 dan 4 bergerak kurang lebih dengan cara yang sama: mereka semua bergerak maju secara monoton ketika lensa diperbesar dari lebar ke tele, dan gerakan rata-rata mereka lebih besar daripada gerakan relatif di antara mereka. Dari tabel data lensa, saya menghitung panjang fokus kelompok super ini dan menemukan bahwa itu tidak banyak berubah: hanya dari 38,6 mm di ujung zoom yang lebar hingga 34,8 mm di ujung tele.

Meskipun saya hanya menyelidiki beberapa paten, kesimpulan saya adalah bahwa beberapa jenis desain retrofocus (tetapi tidak harus dengan hanya dua kelompok) kemungkinan pada zoom jika tiga kondisi berikut terpenuhi:

• lensa lebih panjang dari panjang fokusnya di semua pengaturan
• ketika diperbesar dari lebar ke tele, elemen depan bergerak pertama kembali (lebih dekat ke sensor), dan kemudian maju
• ketika diperbesar dari lebar ke tele, elemen belakang selalu bergerak maju.

Kondisi pertama cenderung selalu dipenuhi oleh pembesaran SLR yang memiliki panjang fokus maksimal tidak lebih dari 55 mm.

PS: Jawaban ini telah sangat diedit untuk menggabungkan beberapa suntingan dengan lebih baik. Dalam prosesnya saya memasukkan poin penting yang diajukan oleh Stan Rogers, yaitu bahwa desain sederhana bukan satu-satunya desain yang mungkin.

Lihat edit catatan di bawah jawaban ini.

Lensa retrofocal di ujung lebar dan telefoto di ujung panjang. Lensa retrofocus disebut sebagai "telefoto terbalik" karena lensa ini dibuat serupa dengan lensa telefoto dengan elemen-elemen terbalik. Efeknya berkurang saat Anda memperbesar, hingga mencapai sekitar 35mm, di mana lensa mulai memanjang dan akhirnya menjadi konfigurasi telefoto, di mana ukuran lensa, elemen depan hingga elemen belakang, kurang dari panjang fokus. Lensanya bukan retrofokal atau telefoto di antara posisi-posisi ini. Ini menghasilkan lensa yang lebih panjang pada bagian ekstrem rentang zoom daripada pada posisi perantara.

Untuk informasi lebih lanjut tentang desain ini, lihat artikel Wikipedia di Angénieux retrofocus , yang membahas asal-usul desain untuk ujung lebar, dan lensa telefoto untuk apa yang terjadi di ujung panjang. Menurut artikel lensa telefoto:

Lensa zoom yang merupakan foto jarak jauh pada satu ekstrem dari rentang zoom dan retrofokus di sisi lain sekarang umum.

Ini pada dasarnya adalah apa yang terjadi dengan lensa 18-55mm Anda. Sejauh yang saya ketahui, lensa Canon, Nikon, Pentax, dan Sony (A-mount, bukan E-mount) 18-55mm semuanya berbagi aspek desain ini.

Sunting: Jawaban ini salah karena didasarkan pada definisi yang salah dari "lensa telefoto". Harap abaikan jawaban ini; Jawaban Edgar Bonet mungkin benar. Lihat https://meta.stackexchange.com/a/22633/160017 .

Dengan sebagian besar desain lensa zoom saat Anda memperbesar, laras lensa dan elemen depan akan meluas, itu benar.

Tetapi ada beberapa lensa seperti Canon EF 24-70 di mana lensa sepenuhnya diperpanjang pada 24mm dan sepenuhnya ditarik pada 70mm. Jadi dilihat dari elemen-elemen depannya, sepertinya bekerja mundur!

Dan ada lensa IZ (pembesaran internal) di mana elemen depan tidak bergerak sama sekali.

Lensa apa pun akan memiliki banyak kelompok elemen, beberapa di antaranya akan bergerak "keluar" dan yang lain bergerak "masuk". Saya kira jawaban sederhananya adalah Anda tidak bisa hanya menilai dari apa yang Anda lakukan dengan laras dan elemen depan, ada banyak hal yang terjadi di dalam. Beberapa desain lensa sangat rumit. Saya akan sangat tertarik jika seseorang dapat memposting gambar sederhana untuk menjelaskan bagaimana desain lensa ini bekerja.