Mengapa lensa superzoom kecil tapi lensa telefoto raksasa besar?

Minggu ini saya telah membaca dua berita tentang dua lensa kamera berbeda yang dapat memperbesar hal-hal yang sangat jauh.

Yang pertama adalah Nikon Coolpix P900 , yang merupakan kamera point-and-shoot yang berharga $ 600, memiliki lensa superzoom optik 83x ("bidang pandang yang sama seperti lensa 2.000mm pada kamera full-frame"), dan memungkinkan Anda melihat kawah bulan.

Yang kedua adalah lensa Canon EV 1200mm f / 5.6 L USM , yang beratnya £ 36, biaya $ 180.000, dan dapat mengambil potret orang setengah mil jauhnya.

Seorang non-fotografer mungkin bertanya, "Mengapa seseorang menghabiskan hidupnya dengan teleskop raksasa ketika Anda bisa mengambil foto jauh dengan kamera genggam dengan harga 1/300?"

Yah, pada dasarnya saya bukan fotografer, dan saya ingin mengajukan pertanyaan itu. Apa yang diberikan si besar kepada Anda bahwa si kecil tidak menyediakan? Saya mengerti bahwa perubahan kecil pada lensa dapat membuat perbedaan besar dalam ukuran dan harga, tetapi tampaknya ini memiliki skala yang sama sekali berbeda.

Apa yang terjadi dengan optik lensa yang membuat lensa yang kecil dapat menjadi sangat kecil dan lensa yang besar harus sangat ... besar?

Saya mencoba untuk mendapatkan intuisi dasar tentang apa yang membuat lensa berbeda, dan saya sadar saya tidak cukup mengerti tentang cara kerja lensa bahkan tahu bagaimana membandingkan apel dan semangka ini.

Lensa 1200mm yang Anda sebutkan adalah sesuatu yang menyimpang, karena lensa ini dibuat berdasarkan pesanan, bukan lensa pasar umum - lihat Mengapa beberapa lensa telefoto besar begitu mahal dibandingkan dengan teleskop? dan Mengapa beberapa lensa begitu mahal? . Tetapi aturan umum berlaku: lensa untuk DSLR dan kebanyakan kamera mirrorless sangat besar dibandingkan dengan yang ada di kamera superzoom. Ada tiga alasan umum untuk ini:

1. Sensor pada kamera superzoom ini cenderung kecil - biasanya kelas 1 / 2.3 ", yang berarti" ukuran thumbnail ". Sebaliknya, sensor pada DSLR kelas atas biasanya berukuran film 35mm tradisional, dan yang berada pada kisaran menengah dan DSLR yang lebih rendah dan kamera mirrorless pada dasarnya masih di ballpark itu, dan berkali-kali lebih besar dari superzoom.Ini berarti bahwa lensa harus memproyeksikan lingkaran yang jauh lebih kecil, dan pada gilirannya bisa lebih kecil.
2. Tidak selalu, tetapi sering kali, lensa besar dan berat itu memiliki lubang maksimum yang lebih cepat. Itu membutuhkan elemen depan yang lebih besar (setidaknya!) - yang berarti lebih banyak kaca, lebih banyak biaya, lebih berat. Mungkin saja untuk merancang kamera superzoom dengan lensa yang lebih cepat (bukaan maks lebar), tetapi melakukan hal itu akan membuat lensa lebih besar (dan mungkin lebih sulit dibuat dengan rentang zoom raksasa). Itu akan bertentangan dengan tujuan desain, sehingga Anda biasanya tidak melihatnya. Dengan kata lain, ini semacam tautologi: kamera superzoom memiliki lensa kecil dengan rentang zoom tinggi karena mereka melakukannya .
3. Sekali lagi tidak selalu, tetapi juga sering: lebih banyak yang diharapkan dari lensa SLR, sehingga mereka dirancang untuk memenuhi harapan yang lebih tinggi. Semua desain lensa kompromi, dalam ukuran, berat, biaya, atau kualitas gambar dalam banyak variasi yang berbeda - lihat Karakteristik kualitas gambar apa yang membuat lensa baik atau buruk? . Sebagian besar desain superzoom memprioritaskan hal itu, dan membiarkan orang hidup dengan hasilnya (dengan asumsi pembeli yang kurang pilih-pilih di pasar itu) atau secara otomatis menerapkan koreksi perangkat lunak yang ekstensif.

Rentang zoom yang luar biasa itu cukup keren, dan setara dengan panjang fokus maksimum tampak luar biasa. Tapi, Anda membayar harganya. Sensor yang lebih kecil secara inheren mengumpulkan lebih sedikit cahaya secara keseluruhan, hanya karena kurang dari itu. Itu berarti lebih banyak suara, dan tidak ada cara untuk menipu fisika yang satu ini. Bahkan, Anda dapat memotong bagian tengah dari gambar DSLR dengan salah satu lensa besar itu, dan mungkin mendapatkan hasil yang kurang lebih sama, walaupun resolusinya akan lebih rendah secara nominal (kecuali Anda memiliki DSLR ujung yang sangat tinggi). Itu karena dari sudut pandang praktis, zoom hampir tidak bisa dibedakan dari pemangkasan .

Sebagai contoh, berikut potongan dari gambar yang diambil Kyla Duhamel dari halaman belakangnya dan diposkan ke Flickr di bawah lisensi CC-BY, menggunakan zoom tingkat konsumen untuk DSLR tingkat konsumen. Bahkan pada crop ini tidak memenuhi bingkai, tapi saya pikir detail sebenarnya kira - kira sebanding dengan di video yang Anda tautkan.

Itu dengan lensa yang banyak dari kita juga menyebutnya "superzoom" (istilah kadang-kadang sangat membingungkan!), Canon 18-200mm f / 3.5-5.6. Lensa ini memiliki berat sekitar 1,3 pon dan panjang 4 inci - Canon pro-grade 70-200mm f / 2.8 (perhatikan kisaran zoom yang diperkecil meskipun keduanya berakhir pada 200mm!) Memiliki berat lebih dari dua kali lipat, pada 2,9 pound, dan hampir dua kali lipat sepanjang, dan mungkin bisa melakukan sedikit lebih baik secara detail - tetapi bulan tidak benar - benar pembeda utama antara model-model ini. Alih-alih, ini meningkatkan ketajaman dan mengurangi distorsi dan artefak lainnya, bukaan maksimum yang lebih cepat, bentuk yang lebih solid, dan sebagainya.

Anda masih melakukan lebih ukuran, berat, dan biaya, meskipun. Sebagai gantinya, Anda biasanya mendapatkan kualitas gambar yang lebih baik di luar situasi "tersiksa sepanjang jalan" (dan sebenarnya tidak jauh lebih buruk dalam hal itu.)

Lensa Canon memiliki focal length 1200mm dan aperture maksimum f / 5.6, sedangkan lensa Nikon memiliki focal length (di ujung panjang) 357mm dan aperture maksimum f / 6.5. Jadi lensa Canon lebih panjang dan memiliki bukaan lebih cepat, yang membutuhkan elemen depan yang lebih besar, 214mm vs 55mm. Ini adalah perbedaan besar dan membuat Canon lebih besar, lebih berat, dan lebih mahal.

Nikon dapat melihat lebih lanjut karena memiliki sensor yang lebih kecil, ini benar-benar setara dengan mengambil foto, dan memotong bagian kecil di kejauhan gambar biasa dan meledakkannya. Melakukan ini menghasilkan lebih sedikit detail. Dengan demikian, lensa Nikon memproyeksikan lingkaran gambar yang jauh lebih kecil dan menangkap lebih sedikit cahaya, bahkan 15 kali lebih sedikit, yang berarti gambar dengan lebih banyak noise.

Jadi sementara lensa Canon lebih mahal itu akan memberikan gambar yang lebih terang dan lebih tajam.

Ukuran lensa dan sensor terkait. Telefoto raksasa itu bekerja melawan sensor yang panjangnya 6 kali, dan selebar 6 kali, seperti sensor kamera mini superzoom.

Hasilnya adalah lensa di mana setiap elemen adalah 6 kali diameter dan 6 kali ketebalan. Jarak antara elemen juga diperbesar oleh faktor 6. Dan hasilnya: 6 * 6 * 6 = 216 kali lebih berat! Dan sebuah lensa yang panjangnya 8 cm malah akan menjadi 48 cm (3 vs 18 inci).

Kemudian, pemilik lensa besar juga menginginkannya tampil lebih baik daripada zoom mini - jadi lebih tepat, dan mungkin memiliki lebih banyak komponen dengan diameter lebih besar.

Dan naik harga dan ukuran ...

Mengapa Anda membeli lensa yang bagus? Karena itu mengambil gambar yang bagus. Semua hal lain dianggap sama, kualitas gambar dan bukaan dari panjang fokus tetap tidak dapat diperoleh dengan lensa zoom dengan harga yang sama.

Zoom pada prinsipnya memiliki alasan lebih banyak lensa internal yang memperkenalkan lebih banyak kesalahan dan lebih banyak refleksi, dan harus menutupi kesalahan ini dengan aperture yang lebih kecil.

Mengapa aperture besar diinginkan? Ini memberi Anda kebebasan untuk bermain dengan kedalaman lapangan, latar belakang kabur; dan itu jelas memungkinkan Anda mengambil gambar yang lebih baik ketika cahayanya rendah.¹ Apertur besar juga merupakan indikasi kualitas lensa (jika kita asumsikan produser memiliki standar kualitas gambar minimum yang sama untuk setiap lensa pada apertur maksimal). Lensa bukaan besar harus menghasilkan kualitas gambar yang lebih baik pada bukaan lensa bukaan yang lebih murah dan lebih kecil dengan panjang fokus yang sama.

Sebagai ilustrasi untuk pentingnya kualitas dan kedalaman bidang: Saya pernah mengambil gambar ini dengan Nikon 135mm / f2 (walaupun saya tidak ingat pengaturan f-stop yang sebenarnya):

Perbandingan dengan Coolpix agak tidak adil karena gambar dibuat pada film 35 mm yang membuatnya lebih mudah untuk memiliki kedalaman bidang yang dangkal; dalam hal apapun saya berasumsi gambar ini tidak mungkin untuk diambil dengan 83x super zoom. Bingkainya, ya; tapi latar belakangnya akan jauh lebih kabur.

Kerugian utama dari lensa bukaan besar adalah ukuran, berat, dan nilainya. Bukan hal yang tidak pernah terjadi bahwa orang membeli peralatan yang sangat mahal dan kemudian tidak pernah membawanya ke mana pun karena rumit dan juga bisa dicuri atau rusak, sehingga mereka selalu berakhir dengan menggunakan peralatan harian yang murah dan kecil.