렌즈의 물리적 길이와 초점 거리 사이에는 간단한 관계가 없습니다. 예를 들어, 레트로 포커스 광각은 일반적으로 초점 길이보다 길고 망원 렌즈는 초점 길이보다 짧습니다. 줌 안에는 독립적으로 움직이는 여러 렌즈 그룹이 있습니다. 줌의 초점 길이는
그룹 의 상대 위치에 따라 다르며 항상 렌즈의 물리적 길이와 관련이있는 것은 아닙니다. 즉, 이 동작에 대한 가장 간단한 설명은 줌이 단순한 레트로 포커스 디자인 일 수 있다는 것입니다.
역 초점 줌
레트로 포커스
줌은 두 그룹 구성된다. 부의 굴절력 및 (음의) 초점 거리 ( f 1 )의 전방 그룹 은 렌즈 전방 어딘가에 물체의 가상 중간 이미지를 만든다. 이 그룹은 근시 사람들이 착용하는 안경과 매우 유사하게 작용합니다. 이 그룹의 초점 거리는 -35mm에 가깝습니다.
양의 굴절력을 갖는 후면 그룹은 센서에서이 중간 가상 이미지의 반전 된 실제 이미지를 만듭니다. 중간 이미지는이 그룹의 "개체"입니다. 최종 이미지는 가상 이미지의 반전 된 사본과 유사하며 -1에 근접한 확대 계수 m 2로 스케일링됩니다.
이는 최종 이미지가 반전되기 때문에 음수입니다.
물체가 무한대라고 가정하면, 전체 렌즈의 초점 거리는
f = f 1 × m 2 입니다. 이것은 두 개의 음수의 곱이며 결과는 양수입니다.
위의 단순화 된 도면에서, 제 1 그룹은 렌즈 L1이고, 제 2 그룹은 렌즈 L2이고, 줌은 무한대에 초점을 맞추고, 중간 이미지는 왼쪽에, L2로부터 거리 x 거리 에 있고, 센서는 P에있다 L2의 배율은 m 2 = -x '/ x 입니다.
이 디자인을 사용하면 두 번째 그룹을 움직여 렌즈를 쉽게 줌할 수 있습니다. 이 그룹이 센서에 더 가까우면 작은 배율 (약 -0.5 정도)을 제공하므로 전체 렌즈의 초점 거리가 짧아집니다. 중간 이미지에 가깝게 앞으로 이동하면 확대율이 높아지고 (예 : -1.6 정도) 전체 렌즈의 초점 거리가 더 길어집니다.
그러나이 그룹의 배율을 변경하면 객체 (이 경우 중간 이미지)와 최종 이미지 사이의 거리가 변경됩니다. 이 거리는 그룹이 객체와 이미지 사이에있을 때 최소 거리이며, 배율이 -1 일 때 발생합니다. 돋보기를 사용하여 전구 이미지를 한 장의 종이에 초점을 맞추면이를 쉽게 확인할 수 있습니다. 이미지와 객체의 크기가 같은 경우 전구와 초점이 맞춰진 이미지 사이의 거리는 최소화됩니다. 줌 렌즈의 경우 최종 이미지가 (센서에서) 고정 된 위치에 있어야하기 때문에 중간 그룹은 프론트 그룹을 움직여 움직여야합니다. 이는 전방 그룹의 관찰 된 동작을 설명합니다. 렌즈를 18mm에서 ~ 35mm로 확대 할 때 배율 m 2~ -0.5에서 -1로 이동하고 프런트 그룹이 센서에 더 가까이 이동합니다. 거기에서 55mm로 확대하면
m 2 가 -1에서 ~ -1.6으로 이동하고 프런트 그룹이 센서에서 멀어집니다.
실시 예 1
이것은 각 그룹이 얇은 렌즈 인 줌에 대한 이론적으로 단순화 된 모델입니다. 그룹의 초점 길이는 -35mm (전면 그룹) 및 + 35mm (후면 그룹)입니다. 무한대에있는 물체를 가정하면 세 가지 초점 길이에 대한 줌 구성을 계산했습니다. 아래 표는 줌이 설정된 초점 거리의 함수로서 렌즈 요소의 위치를 센서에서 mm 단위로 보여줍니다.
┌───────────┬─────────┬─────────┐
│ f. length │ group 1 │ group 2 │
├───────────┼─────────┼─────────┤
│ 18 mm │ 121.1 │ 53 │
│ 35 mm │ 105 │ 70 │
│ 55 mm │ 112.3 │ 90 │
└───────────┴─────────┴─────────┘
그리고 여기에 그림이 있습니다.
센서가 오른쪽에 있습니다. 중간 이미지 (그리지 않음)는 전면 요소의 왼쪽에서 35mm입니다. 흥미로운 점은 그룹의 움직임 (전후방)이 내가 가장 작은 미드 레인지 줌에서 본 것과 일치한다는 것입니다. 실제 확대 / 축소에는 더 많은 그룹이있을 수 있지만 (IS 언급) 실제로 확대 / 축소 작업에는 두 개만 필요합니다.
실시 예 2
보다 현실적인 예는 Nikon 1 줌에 대한 이 특허를 참조하십시오
. 이 렌즈는 미러리스 카메라 용이므로 최상의 예는 아닙니다. 그러나, 실시 예들 중 하나는 10-30 mm 미드 레인지 줌 (27-81 equiv.)이며, 1.6x에 대해 18-55에 상당히 근접하다.
나는 그림 때문에이 예제를 좋아합니다. 1 페이지의 그림,보다 구체적으로 하단의 화살표“G1”및“G2”아래의 화살표를 살펴보십시오. 이 화살표는 렌즈가 광각 (W)에서 망원 (T)으로 확대 될 때 그룹이 움직이는 방식을 나타냅니다. 앞 그룹이 앞뒤로 움직이는 반면 두 번째 그룹은 단조로 앞쪽으로 움직이는 것을 볼 수 있습니다. 그것은 모든 와이드 및 미드 레인지 줌에서 보았지만 모든 것이 아닙니다 (예 : Nikkor 18-70에서는 아님). 두 번째 그룹에는 하나의 초점 그룹 (Gf)과 하나의 이미지 안정화 (Gs) 그룹을 포함하여 일부 하위 그룹이 있습니다. 그러나 이러한 하위 그룹은 확대 / 축소 작업 만 고려할 때 관련이 없습니다 .
어쨌든, 여기서 흥미로운 점은, 제공된 예 중 일부는 3 개의 렌즈 그룹을 갖지만 (대개 "바람직한 실시 예"를 포함하여) 단지 2 개의 렌즈 그룹을 갖는다는 것이다. 특허 인용 (67 페이지의 단락 077) :
본 실시 예에 따른 광학 시스템은 물체 측으로부터 음의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈 그룹 및 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 그룹을 포함한다.
이것이 바로 레트로 포커스 렌즈에 대한 설명입니다.
실시 예 3
여기
에 18-55 종류의 APS-C 줌을 설명하기 때문에 Nikon의 또 다른 특허 가 있습니다.
이 특허의 실시 예 1 및 2는 초점 거리가 -31.51mm이고 후면이 초점 거리가 + 37.95mm 인 단순한 레트로 포커스 디자인을위한 것이다. 데이터 표에서 렌즈를 18mm에서 55mm로 확대하면 전면 그룹이 먼저 뒤로 (센서쪽으로) 이동 한 다음 앞으로 (센서에서 멀어짐) 후면 그룹이 단조로 전진하는 것을 알 수 있습니다.
이 특허는 또한 제가 여기서 설명하고있는 간단한 두 그룹 디자인 만이 가능한 옵션은 아니라는 것을 보여줍니다. 이 특허의 예 5를 고려하십시오. 이 렌즈에는 렌즈가 확대 될 때 서로 다른 방식으로 움직이는 4 개의 그룹이 있습니다. 18mm에서 55mm로 확대 / 축소하면 전면 그룹이 앞뒤로 이동하고 후면 그룹이 단조로 앞으로 이동합니다. 따라서 외부에서 볼 때 내부적으로는 훨씬 복잡하지만 예제 1의 간단한 두 그룹 디자인처럼 보입니다 .
반면에이 특정 디자인은 실제로
단순한 레트로 포커스 디자인 과 그리 멀지 않습니다 . 그룹 2, 3 및 4가 일종의 "슈퍼 그룹"을 구성한다고하면, 렌즈는 음의 굴절력 그룹 (G1)에 이어 양의 굴절력 그룹 (G234)으로 설명 될 수 있습니다. 여전히 일종의 역 초점입니다. 이 설명은 그룹 2, 3 및 4가 같은 방식으로 어느 정도 움직이거나 움직일 때 완전히 불합리한 것은 아닙니다. 렌즈가 광각에서 망원으로 확대되고 평균 이동이 그들 사이의 상대 이동보다 클 때 모두 단조롭게 전진합니다. 렌즈 데이터 테이블에서이 수퍼 그룹의 초점 거리를 계산 한 결과 크게 변하지 않는 것을 발견했습니다. 줌의 넓은 끝에서 38.6 mm에서 텔레 끝에서 34.8 mm로.
몇 가지 특허 만 조사했지만 다음 세 가지 조건이 충족되면 일종의 역 초점 디자인 (두 그룹 만있는 것은 아님)이 확대 될 가능성이 있습니다.
- 모든 설정에서 렌즈가 초점 거리보다 길다
- 와이드에서 텔레로 확대 / 축소하면 전면 요소가 먼저 뒤로 (센서에 더 가까이) 이동 한 다음 앞으로 이동합니다.
- 광각에서 텔레로 확대하면 후면 요소가 항상 앞으로 이동합니다.
첫 번째 조건은 최대 초점 거리가 55mm 이하인 SLR 줌으로 항상 충족 될 수 있습니다.
추신 : 이 답변은 여러 편집 내용을 더 잘 병합하기 위해 크게 편집되었습니다. 그 과정에서 나는 스탠 로저스가 제기 한 중요한 점, 즉 단순한 디자인 만이 가능한 유일한 디자인이 아니라는 점을 통합했습니다.