Объектив с переменным фокусным расстоянием

Современный сверхширокоугольный зум-объектив «Canon 17-40 4L USM»

Пример работы трансфокатора

Трансфока́тор (Ва́риообъекти́в или «зум» от англ. zoom) — объектив с переменным фокусным расстоянием.

Устройство объективов с переменным фокусным расстоянием

По способу построения оптической схемы объектива выделяют два основных типа:

• Трансфокатор представляет собой оптическую систему, состоящую из афокальной панкратической насадки с переменным угловым увеличением и объектива с постоянным фокусным расстоянием. Исправление аберраций производится для обеих частей трансфокатора по отдельности. В такой системе трансфокатором могут называть только афокальную насадку.

• Вариообъектив представляет из себя оптическую систему, рассчитанную как единое целое с точки зрения аберраций. По сравнению с трансфокатором позволяет достичь лучшего исправления многих аберраций при меньшем числе линз и компонентов, а также добиться большей геометрической светосилы во всём диапазоне фокусных расстояний. По схеме вариообъектива построен фотографический объектив «Рубин-1», киносъёмочные объективы «Вариогоир».

В широком применении находятся объективы обоих типов, и оба термина часто применяются к ним как синонимы.

История развития трансфокаторов

Исторически зум-объективы имели небольшой коэффициент увеличения — от двух до трёх, так как не было мощных вычислительных средств для расчёта таких многолинзовых конструкций.

Первые механические версии объективов с трансфокатором разрабатывались так, чтобы при изменении фокусного расстояния не сбивалась установка на резкость. В настоящее время, в связи с массовым переходом на автофокусные объективы, это условие было снято для удешевления конструкции, хотя профессиональные репортёрские объективы по прежнему не меняют дистанцию фокусировки при смене фокусного расстояния.

Достоинства трансфокаторов

• Главное достоинство — возможность оперативного изменения масштаба изображения часто позволяет получить изображение более качественное, нежели увеличение фрагмента с плёнки или матрицы.

• Один трансфокатор весит меньше, чем набор объективов с дискретными фокусными расстояниями, и покупка трансфокатора может быть экономически оправданной.

• В кинематографе появление оптики с переменным фокусным расстоянием привело к появлению новых изобразительных средств (наезд, отъезд при неподвижной камере, а также эффекты, получаемые комбинированием движения камеры и изменения фокусного расстояния)

• Возможность создания снимков с Zoom-эффектом.

Недостатки трансфокаторов

Если рассмотреть некоторый трансфокатор, из которого планируется разработать дискретный объектив, тогда, взяв исходный трансфокатор в рассматриваемом положении фокусного растояния как исходную конструкцию, можно:

• упростить, сократив количество линз и добиться, как минимум, меньшего светорассеяния.

• улучшить оптические характеристики, такие как хроматические абберации, дисторсии.

• увеличить светосилу, путём варьирования параметров линз исходной конструкции.

Если посмотреть на конструкции дискретных объективов, то в их конструкции редко бывает больше 12 линз (кроме разве что у сверхширокоугольных и телеобъективов длиннее 200 мм), при этом в конструкциях зум-объективов редко бывает меньше 12 элементов. В зум-объективах больше подвижных частей, и получается, что в зумах на качество изображения существеннее влияет качество изготовления, так как как минимум надо полировать в два раза больше поверхностей линз. Неточности изготовления механизмов перемещения также влияют на качество изображения.

Современные объективы

В настоящее время ситуация немного изменилась и существуют объективы с коэффициентом увеличения 10 и более, но это как правило либо ведёт к существенному увеличению стоимости либо к потере качества и всегда к потере светосилы (например Canon EF35-350 mm f/3.5-5.6L USM). У зумов всегда существенно выше дисторсия и хроматическая аберрация по сравнению с дискретными объективами того же ценового диапазона.

В большом формате (листовая плёнка от 9×12 см до 18×24 см) нет зум объективов, в среднем формате в линейке обычно один неширокоугольный нормальный зум, в формате 6×4,5 см в линейке объективов бывает ещё зум портретного диапазона. В формате 24×36 мм зум объективов множество, но коэффициент увеличения редко превышает 7. В полукадровом и меньшем формате существуют зумы с коэффициентом увеличения более 18.

Трансфокаторы в «мыльницах»

Практически все современные «мыльницы» оснащены несъёмным зум-объективом. При покупке фотоаппарата многие начинающие фотолюбители руководствуются кратностью зума. Однако, стоит знать некоторые скрытые аспекты. Исключая из рассмотрения цифровой зум, возможность использования которого лишь портит снимки, об оптическом зуме следует знать следующее:

• Фотоаппараты с высокократным зумом удобнее, но, как правило, качество их ниже, чем у низкократных. Стоит ограничиться зумом кратностью 3× или 4×. Практически у любых зум-объективов наилучшие по качеству снимки выходят при использовании среднего положения зума.
• Одинаковые в прочих отношениях фотоаппараты могут давать разную картинку. Дело в том, что сама кратность зума говорит лишь о том, насколько крупнее можно получить картинку наибольшого приближения относительно наименьшего. Исходя из кратности зума невозможно судить о степени приближения или широте угла зрения фотоаппарата. Вместо кратности зума стоит руководствоваться эквивалентным фокусным расстоянием, указанным на объективе. Например: «28—85 мм». Первое число указывает на фокусное расстояние при наименьшем зуме, второе — при наибольшем. Чем меньше эквивалентное фокусное расстояние, тем больший угол обзора у фотоаппарата (хорошо для съёмок в помещении). Чем больше эквивалентное фокусное расстояние, тем крупнее можно снять удалённые объекты. Бывает, что на объективе указано не эквивалентное фокусное расстояние, а фокусное расстояние (например: 5.4-16.2 мм). Для сравненеия разных моделей необходимо перевести фокусное расстояние в эквивалентное фокусное расстояние. Для этого необходимо каждое из чисел умножить на кроп-фактор данного фотоаппарата. Узнать кроп-фактор можно исходя из размера светочувствительной матрицы. См. таблицу в статье "кроп-фактор".
• В большинстве современных «мыльниц» (исключение составляют очень дорогие модели) при увеличении кадра с помощью зума падает светосила. Прямым следствием будет увеличение выдержки для снимка, а следовательно и большая вероятность получить смазанный, нечёткий снимок. Следует обратить внимание на указанную светосилу объектива. Например: 1:2.8 — 1:4 или (другая форма записи) f/2.8 — f/4. Первое число указывает на светосилу при наименьшем зуме, второе — при наибольшем. В приведенном примере светосила при максимальном зуме вдвое меньше, чем при минимальном. Таким образом, в условиях недостаточной освещённости (сумерки, съемка в помещении) вдвое труднее будет получить хороший снимок пользуясь максимальным зумом. Приведённый пример — типичное для средней «мыльницы» значение. Числа меньше — лучше (например, 1:2 — 1:3,5), больше (например, 1:3 — 1:5,6) — хуже.
• Как правило, камера с повышеной кратностью зума может сильнее приближать объекты, при этом почти никогда не увеличивается угол обзора, что для рядового потребителя значительно важнее. Часто суперзум ограничивает возможности широкоугольной съёмки.
• Делать снимки на более «длинном» зуме тяжелее. Для больших фокусных расстояний придётся либо увеличивать выдержку и получать смазанный снимок из-за дрожания рук, либо повышать светочувствительность и получать зашумлённое фото.
• Зачастую объектив не имеет достаточной разрешающей способности для сильного приближения. В документации к камерам информации о разрешающей способности объектива нет. Не видя готовых снимков проверить эту характеристику невозможно.
• Практика показывает, что на большом увеличении меньше сюжетов для съёмки.

Примечания

• Вариообъектив // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
• Трансфокатор // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
• Объектив с переменным фокусным расстоянием // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
• FAQ: объективы в цифровых фотоаппаратах