Lorsque vous effectuez un zoom avant avec un objectif sur un reflex, pourquoi l'objectif entre-t-il alors à l'extérieur?

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Je suppose que c’est plus une question d’optique que de photographie, mais je viens de recevoir un reflex avec un objectif 18-55 de base. J'ai remarqué que lorsque l'on passe de 18 à 55 ans ou de 55 à 18 ans, la lentille revient physiquement à l'intérieur et repartit physiquement à l'extérieur.

Que se passe-t-il ici? Je penserais que si je fais un zoom avant, l’objectif devrait sortir 100% du temps, mais l’objectif s’éteint puis revient.

Zgirod
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@mattdm Les deux réponses existantes sont correctes - cela dépend de l'objectif. C'est pourquoi les deux semblent plausibles. Un zoom dont la distance focale est inférieure à un point quelconque de la distance bride-capteur doit être rétrofocal. De même, si le centre optique est plus proche du centre que la distance focale apparente en un point quelconque, il doit s'agir d'un téléobjectif. Certains objectifs sont les deux, en fonction du réglage de la distance focale. Le Nikon 18-200 doit être rétro à 18 mm, mais n’est que de 162 mm de long et totalement étendu. Ajoutez la distance de la bride, puis tenez compte de l'emplacement du centre optique de l'objectif: c'est le téléobjectif. QED
Pourriez-vous s'il vous plaît prendre l'objectif hors du corps, regarder l'élément le plus en arrière et nous dire comment il bouge lorsque vous zoomez de 18 à 55 mm?
Edgar Bonet
Si je comprends bien la réponse de DragonLord, l'explication est que les lentilles retrofocal augmentent en extension car ils zoom sur , et téléobjectifs augmenter en extension comme ils zoom dans , et que ce type de croix de lentille entre les deux. La réponse d'Edgar Bonet indique que cette "commutation" de la direction de l'extension de l'objectif se produit même avec des conceptions totalement rétrofocales , et que si l'objectif s'avère également être un téléobjectif lorsqu'il est suffisamment zoomé, c'est accessoire. Lequel de ces est vrai?
Mattdm
@ EdgarBonet - le mouvement de l’arrière et de l’avant) ne suffit pas pour déterminer l’un ou l’autre des objectifs pour un objectif donné; vous devez prendre l'objectif des groupes et des hélicoïdes pour vous assurer que le dessin n'est pas publié.
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@Zach: pouvez-vous refuser la réponse de DragonLord selon sa demande? Voir ci-dessous ....
mattdm

Réponses:

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Il n'y a pas de relation simple entre la longueur physique de la lentille et sa distance focale. Par exemple, un grand angle de mise au point est généralement plus long que sa longueur focale, alors qu'un téléobjectif est plus court que sa longueur focale. Dans un zoom, vous avez plusieurs groupes d’objectifs qui se déplacent indépendamment. La distance focale du zoom dépend des positions relatives des groupes et n'est pas toujours simplement liée à la longueur physique de l'objectif. Cela étant dit, l' explication la plus simple possible pour ce problème est que votre zoom peut être d'un simple design rétrofocus.

Retrofocus zoom

Un zoom rétrofocus est composé de deux groupes seulement. Le groupe avant, de puissance de réfraction négative et de distance focale (négative) f 1 , crée une image intermédiaire virtuelle de l’objet quelque part devant l’objectif. Ce groupe fonctionne un peu comme les lunettes que portent les myopes: il rapproche l’objet. La distance focale de ce groupe est proche de -35 mm.

Le groupe arrière, de puissance réfractive positive, crée sur le capteur une image réelle inversée de cette image virtuelle intermédiaire. L'image intermédiaire est «l'objet» pour ce groupe. L'image finale est comme une copie inversée de l'image virtuelle, mise à l'échelle par un facteur d'agrandissement m 2 proche de -1, qui est négatif car l'image finale est inversée.

En supposant que l’objet soit à l’infini, l’objectif entier a une focale f  =  f 1 × m 2 . Ceci est un produit de deux nombres négatifs et le résultat est positif.

objectif rétrofocus

Dans le dessin simplifié ci-dessus, le premier groupe est l’objectif L1, le second groupe l’objectif L2, le zoom est mis au point à l’infini, l’image intermédiaire est à gauche, à une distance x de L2, et le capteur est à P Le grossissement de L2 est m 2 = - x '/ x .

Avec cette conception, il est facile de zoomer l'objectif en déplaçant le deuxième groupe. Lorsque ce groupe est proche du capteur, il fournit un petit agrandissement (environ -0,5) et donc une distance focale plus courte pour l’ensemble de l’objectif. Lorsque vous le déplacez vers l'avant, plus près de l'image intermédiaire, vous obtenez un grossissement plus élevé (environ -1,6) et une distance focale plus longue pour l'ensemble de l'objectif.

Toutefois, lorsque vous modifiez le grossissement de ce groupe, la distance entre l'objet (dans ce cas l'image intermédiaire) et l'image finale change. Cette distance est minimale lorsque le groupe se trouve juste entre son objet et son image, ce qui se produit lorsque le grossissement est de -1. Vous pouvez vérifier cela facilement en utilisant une loupe pour focaliser l'image d'une ampoule sur un morceau de papier: la distance entre l'ampoule et l'image focalisée est minimale lorsque l'image a la même taille que l'objet. Dans le cas du zoom, étant donné que l'image finale doit tomber à une position fixe (sur le capteur), l'image intermédiaire doit être déplacée en déplaçant le groupe avant. Ceci explique le comportement observé du groupe avant: lorsque vous zoomez l’objectif de 18 mm à ~ 35 mm, le grossissement m 2passe de ~ -0,5 à -1 et le groupe avant se rapproche du capteur. Lorsque vous effectuez un zoom jusqu'à 55 mm, m 2 passe de -1 à ~ -1,6 et le groupe avant s'éloigne du capteur.

Exemple 1

Ceci est juste un modèle théorique (sur) simplifié pour un zoom où chaque groupe est juste une lentille mince. Les distances focales des groupes sont de -35 mm (groupe avant) et de +35 mm (groupe arrière). En supposant un objet à l'infini, j'ai calculé les configurations du zoom pour trois focales. Le tableau ci-dessous indique les positions des éléments de l’objectif (en mm du capteur) en fonction de la distance focale sur laquelle le zoom est réglé:

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

Et voici un dessin, à l'échelle:

zoom à 18, 35 et 55 mm

Le capteur est à droite. L'image intermédiaire (non dessinée) est à 35 mm à gauche de l'élément avant. La chose intéressante est que les mouvements des groupes (avant et arrière) correspondent à ce que j'ai vu sur la plupart des petits zooms de milieu de gamme. Un zoom réel peut avoir plus de groupes (IS a été mentionné), mais seulement deux sont vraiment nécessaires pour l'action de zoom.

Exemple 2

Pour un exemple plus réaliste, consultez ce brevet pour certains zooms Nikon 1 . Ce n'est pas le meilleur exemple car ces objectifs sont destinés à une caméra sans miroir. Cependant, l’un des modes de réalisation est un zoom médian de 10-30 mm (27-81 équiv.), Assez proche de la plage 18-55 pour 1,6 ×.

J'aime cet exemple cependant à cause des chiffres. Veuillez regarder la figure de la page 1, et plus particulièrement les flèches en bas, sous les étiquettes «G1» et «G2». Ces flèches indiquent la façon dont les groupes se déplacent lorsque l'objectif est zoomé de grand angle (W) à téléobjectif (T). Vous pouvez voir que le groupe avant recule et avance, tandis que le deuxième groupe avance de manière monotone. C'est ce que j'ai vu sur de nombreux zooms larges et moyens, mais pas sur tous (pas sur le Nikkor 18-70 par exemple). Vous remarquerez peut-être que le deuxième groupe comprend quelques sous-groupes, dont un groupe pour la mise au point (Gf) et un groupe pour la stabilisation d'image (Gs). Ces sous-groupes ne sont toutefois pas pertinents lorsque l’on considère uniquement l’action de zoom.

Quoi qu'il en soit, la chose intéressante ici est que, bien que certains des exemples fournis comportent trois groupes de lentilles, la plupart (y compris le «mode de réalisation préféré») n'en ont que deux. Citation du brevet (paragraphe 077 à la page 67):

Un système optique selon le présent mode de réalisation comprend, dans l'ordre, du côté d'un objet, un premier groupe de lentilles ayant un pouvoir de réfraction négatif et un second groupe de lentilles ayant un pouvoir de réfraction positif.

C'est exactement la description d'un objectif rétrofocus.

Exemple 3

Voici un autre brevet de Nikon qui pourrait être plus pertinent puisqu'il décrit principalement le type de zoom 18-55 APS-C.

Les exemples 1 et 2 de ce brevet concernent une telle conception rétrofocale simple, avec un groupe frontal de focale -31,51 mm et un groupe arrière de focale +37,95 mm. Les tableaux de données montrent que lorsque vous faites un zoom d’objectif de 18 à 55 mm, le groupe avant recule (vers le capteur) puis en avant (à l’écart du capteur), tandis que le groupe arrière avance monotonement.

Ce brevet montre également que la conception simple en deux groupes que je décris ici n'est pas la seule option possible. Prenons l'exemple 5 de ce brevet. Cet objectif comporte quatre groupes qui se déplacent de différentes manières lorsque l’objectif est zoomé. Lorsque vous effectuez un zoom de 18 à 55 mm, le groupe avant recule, puis avance et le groupe arrière avance monotone. Ainsi, vu de l'extérieur, cela ressemble à la conception simple en deux groupes de l'exemple 1, bien que sur le plan interne, il soit bien plus complexe.

D'autre part, cette conception particulière n'est en réalité pas si éloignée de la simple conception rétrofocus. Si nous disons que les groupes 2, 3 et 4 constituent une sorte de «super-groupe», alors la lentille peut être décrite comme un groupe (G1) de pouvoir réfractif négatif suivi du super-groupe (G234) de pouvoir réfractif positif. Encore une sorte de retrofocus. Cette description n’est pas totalement déraisonnable car les groupes 2, 3 et 4 se déplacent plus ou moins de la même façon: ils avancent tous de façon monotone lorsque l’objectif passe de l’objectif grand angle à l’objectif télé, et leur déplacement moyen est supérieur à leurs mouvements relatifs. À partir du tableau des données d'objectif, j'ai calculé la distance focale de ce super-groupe et constaté qu'elle ne changeait pas beaucoup: seulement de 38,6 mm à l'extrémité large du zoom à 34,8 mm à l'extrémité télé.

Bien que je n’aie enquêté que sur quelques brevets, ma conclusion est qu’une sorte de conception rétrofocale (mais pas nécessairement avec seulement deux groupes) est probablement sur un zoom si les trois conditions suivantes sont remplies:

  • l'objectif est plus long que sa longueur focale à tous les réglages
  • lorsque vous effectuez un zoom de grand angle sur télé, l’élément frontal recule d’abord (plus près du capteur), puis avance
  • lorsque vous effectuez un zoom de grand angle sur télé, l'élément arrière avance toujours vers l'avant.

Il est probable que la première condition soit toujours remplie par les zooms reflex dont la focale maximale n’est pas supérieure à 55 mm.

PS: Cette réponse a été fortement modifiée afin de mieux fusionner plusieurs modifications. Au cours du processus, j'ai intégré un point important soulevé par Stan Rogers, à savoir que la conception simple n'est pas la seule conception possible.

Edgar Bonet
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Pouvez-vous expliquer dans un langage très simple pourquoi cela fait qu'un objectif 18-55 typique commence à mi-longueur, puis diminue et augmente ensuite?
Mattdm
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Et, bien que je déteste vous demander de prouver que j’ai un négatif, puisque la réponse acceptée et l’article de Wikipédia incluent tous les deux l’idée que la fonction du groupe antérieur passe du négatif au positif, pourriez-vous en dire un peu plus? Ce serait particulièrement agréable de montrer comment cela fonctionne avec un 18-55mm typique. Et, comment serait une lentille avec le design se comportent télé / rétro extension de lentille WRT?
Mattdm
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@mattdm: un grossissement de -1 signifie que l'image a la même taille que l'objet, mais qu'elle est inversée. En macrophotographie, on dirait plutôt “1: 1”, en oubliant le signe. Et ce n'est pas «-1 quelque chose», car les grossissements n'ont pas d'unités. Par «zoom avant / arrière», j'entends tourner la bague de zoom vers des distances focales plus longues (resp. Plus courtes).
Edgar Bonet
1
@DragonLord: Si vous définissez un téléobjectif de cette manière, vous devez mesurer la longueur de l'objectif de l'élément avant au plan de l'image. Dans cet exemple, la longueur définie de cette manière est de 112,3 mm.
Edgar Bonet
1
Notez que le Canon 18-55 a cinq groupes indépendants: canon.com/camera-museum/camera/lens/ef/data/ef-s/…
bwDraco
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Voir la note d'édition ci-dessous cette réponse.


L'objectif est rétrofocal à l'extrémité large et téléobjectif à longue distance. Un objectif rétro-focalisé est appelé "téléobjectif inversé" car il est construit de manière similaire à un téléobjectif avec les éléments inversés. L'effet diminue lorsque vous effectuez un zoom avant, jusqu'à environ 35 mm, à partir duquel l'objectif commence à s'étendre et finit par devenir une configuration de téléobjectif, où la taille de l'objectif, élément situé de l'arrière à l'élément, est inférieure à la distance focale. L’objectif n’est ni rétrofocal, ni téléobjectif entre ces positions. Il en résulte que l'objectif est plus long aux extrémités de la plage de zoom qu'aux positions intermédiaires.

Pour plus d'informations sur ce design, voir les articles Wikipedia sur retrofocus Angénieux , qui explique l'origine du design pour l'extrémité large et le téléobjectif pour ce qui se passe sur le long terme. Selon l'article du téléobjectif:

Les objectifs zoom qui sont des téléobjectifs situés à une extrémité de la plage de zoom et des objectifs rétrofocaux à l’autre sont désormais chose courante.

C'est essentiellement ce qui se passe avec votre objectif 18-55mm. Autant que je sache, les objectifs 18-55mm de Canon, Nikon, Pentax et Sony (monture A et non pas monture E) partagent tous cet aspect design.


Éditer: Cette réponse est incorrecte car elle repose sur une définition incorrecte du "téléobjectif". Veuillez ne pas tenir compte de cette réponse. La réponse d'Edgar Bonet est probablement correcte. Voir https://meta.stackexchange.com/a/22633/160017 .

bwDraco
la source
2
Ces objectifs sont souvent aussi des téléobjectifs à l’autre extrémité (au lieu d’être simplement longs) et ne seront ni rétrofocus ni téléobjectif à un moment donné de la transformation (c’est-à-dire que le centre optique de l’objectif sera à la distance focale réelle). ). Ainsi, à la distance focale la plus courte, le groupe avant est divergent et l’arrière convergent, au plus long l’avant est convergent et l’arrière divergent, et au milieu, l’ensemble agit comme un objectif convergent unique et complexe. Cela fait beaucoup de parties qui changent.
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@ EdgarBonet, cela peut être vrai pour les objectifs principaux, mais l'objectif en question est un objectif zoom. En tant que tel, la configuration de l’objectif peut changer de retrofocus à téléobjectif lorsque vous effectuez un zoom de grand à long.
bwDraco
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@ EdgarBonet En réalité, il y a plus de quatre groupes indépendants (surtout si la stabilisation d'image est impliquée) et non, ce n'est pas "trop ​​complexe". La transition de la configuration du téléobjectif à la configuration rétrofocale peut s’expliquer par le mouvement relatif d’un seul groupe dans la conception la plus simple possible - le déplacement d’un groupe convergent entre des groupes divergents avant et arrière, ce qui rend le "groupe de groupes" avant plus ou moins convergent / divergent. C'est vraiment un concept assez élégant.
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La "conception la plus simple possible" n’est pas optiquement la meilleure. Plutôt que de déplacer un "super groupe" central par rapport à deux éléments / groupes divergents fixes, ce sont les éléments divergents qui se déplacent par rapport au supergroupe convergent. Lorsque l'élément divergent avant est le plus éloigné du centre, vous vous trouvez à la distance focale la plus courte. Inversement, lorsque l’élément divergent arrière est le plus éloigné, vous êtes le plus long. Lorsque l'objectif est le plus compact possible, il agit comme un objectif multi-groupe simple (ni rétro ni télé). Le super groupe central lui-même peut être à focale variable.
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Je ne souhaite pas supprimer la réponse, mais je suis prêt à perdre l'acceptation. Cette réponse montre néanmoins une idée fausse dans la conception des lentilles et pourrait donc être utile à certaines personnes. Bien que techniquement, ce ne soit pas faux, ce n'est évidemment pas faux, donc je le garderai comme le conseille la réponse MSO liée.
bwDraco
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Avec la plupart des conceptions d'objectif à zoom lorsque vous effectuez un zoom avant, le barillet d'objectif et l'élément avant se dilatent, c'est vrai.

Cependant, il existe des objectifs comme le Canon EF 24-70 dans lesquels l’objectif est entièrement étendu à 24 mm et totalement rétracté à 70 mm. Donc, à en juger par les éléments de façade, cela semble fonctionner à l'envers!

Et il y a des objectifs IZ (zoom interne) où l'élément avant ne bouge pas du tout.

Chaque objectif comportera de nombreux groupes d’éléments, dont certains bougeront "dehors" et d’autres "entrants". Je suppose que la réponse simple est que vous ne pouvez pas vous contenter de juger par ce que vous voyez du canon et de l’élément frontal, il se passe beaucoup plus de choses à l’intérieur. Certains modèles de lentilles sont très compliqués. Je serais très intéressé si quelqu'un peut poster une image simple pour expliquer comment cette conception d'objectif particulière fonctionne.

MikeW
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