लेंस की भौतिक लंबाई और उसकी फोकल लंबाई के बीच कोई सरल संबंध नहीं है। उदाहरण के लिए, एक रेट्रोफोकस वाइड एंगल आमतौर पर इसकी फोकल लंबाई से अधिक लंबा होता है, जबकि एक टेलीफोटो लेंस इसकी फोकल लंबाई से छोटा होता है। ज़ूम के अंदर, आपके पास कई लेंस समूह हैं जो स्वतंत्र रूप से चलते हैं। ज़ूम की फोकल लंबाई
समूहों के सापेक्ष पदों पर निर्भर करती है , और हमेशा लेंस की भौतिक लंबाई से संबंधित नहीं होती है। यह कहा जा रहा है, इस व्यवहार के लिए सबसे सरल संभव स्पष्टीकरण यह है कि आपका ज़ूम एक साधारण रेट्रोफोकस डिज़ाइन का हो सकता है।
रेट्रोफोकस ज़ूम
एक रेट्रोफोकस
ज़ूम केवल दो समूहों से बना है। नकारात्मक अपवर्तक शक्ति और (नकारात्मक) फोकल दूरी f 1 के सामने का समूह, लेंस के सामने कहीं वस्तु की आभासी मध्यवर्ती छवि बनाता है। यह समूह बहुत कुछ काम करता है जैसे चश्मा पहने जाने वाले लोग पहनते हैं: यह वस्तु को "आंख के करीब" लाता है। इस समूह की फोकल लंबाई -35 मिमी के करीब है।
सकारात्मक अपवर्तक शक्ति का रियर समूह, सेंसर को इस मध्यवर्ती आभासी छवि का एक उलटा वास्तविक चित्र बनाता है। मध्यवर्ती छवि इस समूह के लिए "वस्तु" है। अंतिम छवि आभासी छवि की एक उलटी प्रतिलिपि की तरह होती है, जो कि आवर्धन कारक
m 2 से -1 के करीब होती है, जो कि नकारात्मक है क्योंकि अंतिम छवि उलटी है।
मान लें कि वस्तु अनंत पर है, पूरे लेंस में एक फोकल लंबाई
f = f 1 × m 2 है । यह दो नकारात्मक संख्याओं का एक उत्पाद है, और परिणाम सकारात्मक है।
उपरोक्त सरलीकृत ड्राइंग में, पहला समूह लेंस L1 है, दूसरा समूह लेंस L2 है, ज़ूम अनंत पर केंद्रित है, L2 से दूरी x पर मध्यवर्ती छवि बाईं ओर है , और सेंसर P पर है । L2 का आवर्धन m 2 = - x '/ x है ।
इस डिजाइन के साथ, दूसरे समूह को स्थानांतरित करके लेंस को ज़ूम करना आसान है। जब यह समूह सेंसर के करीब होता है, तो यह एक छोटा आवर्धन प्रदान करता है (-0.5 के आसपास) और इस प्रकार पूरे लेंस के लिए एक छोटी फोकल लंबाई। जब इसे आगे बढ़ाया जाता है, मध्यवर्ती छवि के करीब, आपके पास उच्च आवर्धन होता है (-1.6 के आसपास) और इस प्रकार पूरे लेंस के लिए एक लंबी फोकल लंबाई होती है।
हालाँकि, जैसा कि आप इस समूह के आवर्धन को बदलते हैं, वस्तु के बीच की दूरी (इस मामले में मध्यवर्ती छवि) और अंतिम छवि बदल जाती है। यह दूरी कम से कम तब होती है जब समूह अपनी वस्तु और उसकी छवि के बीच में होता है, जो तब होता है जब आवर्धन -1 होता है। आप कागज के एक टुकड़े पर एक लाइटबल्ब की छवि को केंद्रित करने के लिए एक आवर्धक कांच का उपयोग करके इसे आसानी से जांच सकते हैं: बल्ब और केंद्रित छवि के बीच की दूरी न्यूनतम होती है जब छवि का आकार ऑब्जेक्ट के समान होता है। ज़ूम लेंस के मामले में, चूंकि अंतिम छवि को एक निश्चित स्थिति (सेंसर पर) पर गिरना पड़ता है, सामने वाले समूह को स्थानांतरित करके मध्यवर्ती छवि को स्थानांतरित करना पड़ता है। यह सामने वाले समूह के देखे गए व्यवहार की व्याख्या करता है: जैसा कि आप लेंस को 18 मिमी से ~ 35 मिमी तक बढ़ाते हैं, आवर्धन एम 2~ -0.5 से -1 तक जाता है और सामने वाला समूह सेंसर के करीब जाता है। जैसे ही आप वहां से 55 मिमी तक ज़ूम करते हैं,
एम 2 -1 से ~ -1.6 तक चला जाता है और सामने वाला समूह सेंसर से दूर चला जाता है।
उदाहरण 1
यह एक ज़ूम के लिए सिर्फ एक सैद्धांतिक (ओवर) सरलीकृत मॉडल है जहां प्रत्येक समूह सिर्फ एक पतला लेंस है। समूहों की फोकल लंबाई -35 मिमी (सामने समूह) और +35 मिमी (पीछे समूह) हैं। अनंत पर एक वस्तु को मानते हुए, मैंने तीन फोकल लंबाई के लिए ज़ूम के कॉन्फ़िगरेशन की गणना की। नीचे दी गई तालिका लेंस तत्वों (सेंसर से मिमी में) को फोकल लंबाई ज़ूम के एक फ़ंक्शन के रूप में दिखाती है:
┌───────────┬─────────┬─────────┐
│ f. length │ group 1 │ group 2 │
├───────────┼─────────┼─────────┤
│ 18 mm │ 121.1 │ 53 │
│ 35 mm │ 105 │ 70 │
│ 55 mm │ 112.3 │ 90 │
└───────────┴─────────┴─────────┘
और यहाँ एक ड्राइंग है, पैमाने पर:
सेंसर दाईं ओर है। सामने वाले तत्व के बाईं ओर मध्यवर्ती छवि (खींची हुई नहीं) 35 मिमी है। दिलचस्प बात यह है कि समूहों के मोर्चे (दोनों सामने और पीछे) मेल खाते हैं जो मैंने सबसे छोटे मिड-रेंज ज़ूम पर देखे हैं। एक वास्तविक ज़ूम में अधिक समूह हो सकते हैं (IS का उल्लेख किया गया है), लेकिन ज़ूम कार्रवाई के लिए केवल दो वास्तव में आवश्यक हैं।
उदाहरण 2
अधिक यथार्थवादी उदाहरण के लिए, कुछ Nikon 1 ज़ूम के लिए इस पेटेंट को देखें
। यह सबसे अच्छा उदाहरण नहीं है क्योंकि ये लेंस मिररलेस कैमरा के लिए बने हैं। हालांकि, अवतार में से एक 10-30 मिमी मिडरेंज जूम (27-81 इक्विवि) है, जो 1.6 × के लिए 18-55 की सीमा के काफी करीब है।
मुझे यह उदाहरण पसंद है, हालांकि आंकड़ों के कारण। कृपया "G1" और "G2" लेबल के नीचे, पृष्ठ 1 पर आकृति पर और विशेष रूप से नीचे के तीरों पर एक नज़र डालें। ये तीर समूहों को स्थानांतरित करने के तरीके को दिखाते हैं जब लेंस वाइड (W) से टेली (T) तक ज़ूम किया जाता है। आप देख सकते हैं कि सामने वाला समूह पीछे और फिर आगे बढ़ता है, जबकि दूसरा समूह नीरस रूप से आगे बढ़ता है। यही कारण है कि मैंने कई चौड़े और मध्यम दर्जे के झूमों पर देखा है, हालांकि उन सभी पर नहीं (उदाहरण के लिए निक्कर 18-70 पर नहीं)। आप देख सकते हैं कि दूसरे समूह के बीच कुछ उपसमूह हैं, जिसमें फ़ोकसिंग के लिए एक समूह (Gf) और छवि स्थिरीकरण (Gs) के लिए एक समूह शामिल है। हालांकि ये उपसमूह अप्रासंगिक हैं, जब कोई केवल ज़ूमिंग कार्रवाई पर विचार करता है।
वैसे भी, यहां दिलचस्प बात यह है कि, हालांकि, कुछ उदाहरणों में तीन लेंस समूह हैं, अधिकांश ("पसंदीदा अवतार" सहित) केवल दो हैं। पेटेंट का हवाला देते हुए (पृष्ठ ६7 पर अनुच्छेद on7 on):
वर्तमान अवतार के अनुसार एक ऑप्टिकल प्रणाली में, एक वस्तु पक्ष से, नकारात्मक अपवर्तक शक्ति वाले पहले लेंस समूह और एक दूसरे लेंस समूह में सकारात्मक अपवर्तक शक्ति शामिल है।
यह बिल्कुल एक रेट्रोफोकस लेंस का वर्णन है।
उदाहरण 3
यहाँ Nikon का
एक और पेटेंट है
जो अधिक प्रासंगिक हो सकता है क्योंकि यह ज्यादातर 18-55 प्रकार के APS-C ज़ूम का वर्णन करता है।
इस पेटेंट के उदाहरण 1 और 2 ऐसे सरल रेट्रोफोकस डिजाइन के लिए हैं, जिसमें फोकल लंबाई -31.51 मिमी के अग्र समूह और पीछे फोकल लंबाई +37.95 मिमी का समूह है। डेटा टेबल से हम देखते हैं कि, जैसे ही आप लेंस को 18 से 55 मिमी तक ज़ूम करते हैं, फ्रंट ग्रुप पहले पीछे (सेंसर की ओर) और फिर आगे (सेंसर से दूर) चलता है जबकि पीछे वाला ग्रुप नीरस रूप से आगे बढ़ता है।
इस पेटेंट से यह भी पता चलता है कि मैं जिस सरल दो-समूह डिजाइन का वर्णन यहाँ कर रहा हूँ, वह एकमात्र संभव विकल्प नहीं है। इस पेटेंट के उदाहरण 5 पर विचार करें। इस लेंस में चार समूह होते हैं जो लेंस को ज़ूम करते ही सभी को अलग-अलग तरीके से हिलाते हैं। जब 18 से 55 मिमी तक ज़ूम करते हैं, तो सामने वाला समूह वापस चला जाता है, फिर आगे, और पीछे वाला समूह नीरस रूप से आगे बढ़ता है। इस प्रकार, जैसा कि बाहर से देखा गया है, यह उदाहरण 1 के सरल दो-समूह डिजाइन जैसा दिखता है , हालांकि आंतरिक रूप से यह काफी अधिक जटिल है।
दूसरी ओर, यह विशेष रूप से डिजाइन वास्तव
में साधारण रेट्रोफोकस डिजाइन से बहुत दूर नहीं है । यदि हम कहते हैं कि समूह 2, 3 और 4 एक प्रकार का "सुपर-समूह" है, तो लेंस को नकारात्मक अपवर्तक शक्ति के समूह (G1) के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जिसके बाद सकारात्मक अपवर्तक शक्ति का सुपर-समूह (G234) होता है। फिर भी एक तरह का रेट्रोफोकस। यह वर्णन पूरी तरह से अनुचित नहीं है क्योंकि समूह 2, 3 और 4 एक ही फैशन में अधिक या कम चलते हैं: वे सभी नीरस रूप से आगे बढ़ते हैं क्योंकि लेंस को व्यापक से दूर तक जूम किया जाता है, और उनका औसत आंदोलन उनके बीच सापेक्ष आंदोलनों से अधिक है। लेंस डेटा की तालिका से मैंने इस सुपर-समूह की फोकल लंबाई की गणना की और पाया कि यह बहुत अधिक नहीं बदलता है: केवल 38.6 मिमी से जूम के विस्तृत छोर पर टेली अंत में 34.8 मिमी।
हालांकि मैंने केवल कुछ पेटेंट की जांच की है, मेरा निष्कर्ष यह है कि कुछ प्रकार के रेट्रोफोकस डिज़ाइन (लेकिन केवल दो समूहों के साथ जरूरी नहीं) एक ज़ूम पर होने की संभावना है यदि निम्नलिखित तीन शर्तें पूरी होती हैं:
- लेंस सभी सेटिंग्स पर अपनी फोकल लंबाई से अधिक लंबा है
- जब व्यापक से टेली पर ज़ूम किया जाता है, तो सामने वाला तत्व पहले पीछे (सेंसर के करीब), और फिर आगे बढ़ता है
- जब व्यापक से लेकर टेली तक ज़ूम किया जाता है, तो पीछे वाला तत्व हमेशा आगे बढ़ता है।
पहली स्थिति हमेशा एसएलआर ज़ोम्स द्वारा 55 मिमी से अधिक नहीं की अधिकतम फोकल लंबाई होने की संभावना है।
पुनश्च: कई एडिट को बेहतर तरीके से मर्ज करने के लिए इस उत्तर को भारी रूप से संपादित किया गया है। इस प्रक्रिया में मैंने स्टेन रोजर्स द्वारा उठाए गए एक महत्वपूर्ण बिंदु को शामिल किया, अर्थात् सरल डिजाइन केवल संभव डिजाइन नहीं है।