En lisant sur les objectifs zoom, un commentaire relativement commun qui revient dans les critiques de certains objectifs (en particulier les objectifs moins chers) est que l'objectif n'est pas aussi net ("doux") à une ou aux deux extrémités de la plage de zoom de la distance focale .
Pourquoi un objectif aurait-il différents niveaux de netteté à différentes focales et pourquoi les extrêmes seraient-ils les pires?
Réponses:
Attention: c'est encore une autre de mes réponses "longueur de livre" ... :-)
Commençons par un bref examen du fonctionnement d'un zoom. Considérez la conception d'objectif la plus simple possible - un seul élément. Un gros problème avec un objectif à élément unique est que la distance focale de l'objectif détermine la distance que l'élément doit être par rapport au plan du film / capteur pour mettre au point une scène, donc un objectif de 300 mm (par exemple) devrait être 300 mm du capteur pour se concentrer sur l'infini. Inversement, l'objectif grand angle devrait être très proche du plan du film / capteur pour se concentrer sur l'infini.
Les concepteurs d'objectifs ont rapidement trouvé une astuce plutôt cool: ils pourraient créer une longue focale efficace en plaçant un élément de focale court à l'avant et un élément négatif (légèrement plus faible) derrière. Avec l'élément négatif, la lumière a frappé le plan du film exactement au même angle que si elle avait été réfractée par une longue lentille. En exagérant un peu (ou beaucoup), nous obtenons une substitution comme celle-ci:
Les deux objectifs ont la même distance focale efficace, mais (évidemment, le second est physiquement un peu plus court - il n'a pas besoin de dépasser l'avant de l'appareil photo presque aussi loin.
La ligne supérieure doublée dans le deuxième design, cependant, nous amène à notre deuxième point: l'aberration chromatique. La ligne "intérieure" représente la lumière bleue traversant les lentilles, et la ligne rouge "extérieure". En raison de sa longueur d'onde plus courte, la lumière bleue est toujours plus réfractée (courbée) lorsqu'elle passe à travers une lentille que la lumière rouge. Selon le verre, cependant, la différence entre la réfraction de la lumière rouge et bleue peut être assez grande ou relativement petite.
Si nous choisissons le bon verre pour l'élément avant par rapport à l'élément arrière, nous pouvons obtenir à peu près ce qui est montré dans l'image - la quantité de flexion supplémentaire dans l'élément avant est exactement compensée par la quantité de flexion supplémentaire dans le deuxième élément, de sorte que le la lumière rouge et la lumière bleue se concentrent exactement ensemble.
Avec un zoom, cependant, les choses ne fonctionnent pas aussi facilement. Pour obtenir un zoom, nous prenons le deuxième design, mais déplaçons l'élément arrière par rapport à l'élément avant. Dans ce cas, si nous déplaçons l'élément avant vers l'avant, la lumière bleue aura moins divergé du rouge quand ils entreront dans le deuxième élément, et puisqu'il n'y a plus de place derrière le deuxième élément, il sera plus courbé - en tant que résultat, au lieu de se concentrer exactement ensemble, la lumière bleue finira "à l'extérieur" de la lumière rouge, qui apparaîtra dans l'image comme une aberration chromatique.
Inversement, si l'élément arrière est rapproché du capteur, la lumière bleue aura divergé davantage de la lumière rouge lorsqu'elle atteindra le deuxième élément. Ensuite, puisque le deuxième élément est plus proche du capteur, il ne convergera pas avec le rouge, il finira donc toujours "à l'intérieur" du rouge lorsqu'il atteindra le capteur - encore une fois, l'aberration chromatique (mais dans la direction opposée) ).
Si nous en restions là, les zooms seraient tous horribles - chaque changement de distance focale donnerait d' énormes quantités de CA. Pour lutter contre cela, les éléments sont regroupés. Au lieu de simplement l'élément frontal et le deuxième élément, l'un compensant l'autorité de certification introduite par l'autre, vous auriez deux groupes d'éléments, chacun compensant sa propre autorité de certification, et le déplacement des groupes les uns par rapport aux autres ne fonctionne pas. changer le CA du tout.
Ce n'est toujours pas aussi simple que cela. Il est physiquement impossible pour un groupe d'éléments de compenser complètement l'AC. Un élément plie toujours la lumière bleue d'un angle supérieur à l'angle auquel il plie la lumière rouge. Au mieux, si vous rapprochez les éléments, vous pouvez faire en sorte que la lumière rouge et la lumière bleue voyagent très près l'une de l'autre et presque parallèles, mais toujours légèrement séparées. Si vous les pliez l'un vers l'autre, ils ne convergeront qu'à une distance exacte; à toute autre distance, vous allez vous retrouver avec CA dans un sens ou dans l'autre.
Comme déjà indiqué, cependant, avec un zoom, les distances impliquées doivent changer. Ce que le concepteur de lentilles va normalement faire, c'est essayer de minimiser le pire des CA. Cela est assez facile (au moins en théorie): il regarde la plage à travers laquelle l'élément arrière se déplace et détermine l'angle qui produira la convergence exactement au milieu de cette plage. De cette façon, il divise les choses, donc il obtiendra CA dans une direction lorsque l'élément arrière se rapproche du capteur, et dans l'autre direction lorsqu'il s'éloigne. Bien sûr, ce n'est pas vraiment seulement l'élément arrière - il doit regarder la combinaison de tous les mouvements de tous les groupes d'éléments (et tenir compte de la dispersion introduite par chacun, bien sûr).
Cependant, une fois qu'il a compris la plage, il minimise généralement le pire des cas en divisant la différence - en optimisant à peu près le milieu de la plage, de sorte que la situation s'aggrave un peu dans chaque direction. L'exception est un objectif qui devrait être utilisé principalement à une extrémité ou à l'autre. Dans ce cas, il peut être judicieux d'optimiser pour approximativement la plage d'utilisation prévue et de vivre avec le fait que le pire des cas sera pire qu'il ne devrait vraiment l'être.
Bien sûr, cela ne concerne que l'un des nombreux facteurs importants pour la conception d'une lentille - le concepteur doit également prendre en compte (au moins) le coma, l'astigmatisme, le vignettage, la distorsion et l'aberration sphérique - sans parler d'une quelques détails mineurs comme la taille, le poids, le coût, et simplement la possibilité de fabriquer un véritable objectif qui fonctionne comme il l'a conçu.
Malheureusement, j'ai également vu des lentilles où les focales centrales sont les pires, donc votre hypothèse n'est pas toujours correcte.
Fondamentalement, un zoom est constitué d'éléments optiques en mouvement et ils doivent se déplacer les uns par rapport aux autres pour modifier la distance focale de l'objectif. Les ingénieurs optiques sont chargés d'optimiser les performances tout au long du zoom avec un ensemble fixe de pièces dans un ordre fixe. Vous pouvez imaginer que c'est un processus difficile.
Les extrémités sont plus vulnérables aux problèmes car les éléments optiques ensemble fonctionnent souvent mieux dans une position définie et plus ils s'éloignent de cette position, plus ils s'éloignent des performances optimales.
La conception de l'objectif zoom, contrairement à la conception de l'objectif principal (à focale fixe unique), a tendance à être plutôt complexe. Avec une lentille principale, il est beaucoup plus facile de corriger les aberrations optiques comme l'aberration chromatique, l'aberration sphérique, la distorsion, etc., et donc avec moins d'éléments de lentille. Moins il y a d'éléments de lentille (lentilles en verre individuelles utilisées dans la construction d'un objectif d'appareil photo complexe), meilleure sera généralement la qualité de votre image, car chaque verre affectera la mise au point de la lumière.
Les objectifs zoom ont généralement plus d'éléments d'objectif que les objectifs principaux, parfois beaucoup plus. En ce qui concerne les focales plus larges, certains zooms sont plus longs que leur focale et nécessitent un groupe "rétrofocal" à l'arrière. Tous ces éléments de lentille supplémentaires s'ajoutent chacun aux aberrations optiques, certains corrigeant les aberrations d'autres éléments de lentille. Dans un objectif zoom, la correction optique doit être effectuée de manière à produire la meilleure qualité globale sur toute la plage de zoom, ce qui signifie généralement qu'un compromis doit être fait quelque part (vous ne pouvez pas avoir votre gâteau et le manger aussi.)
Les objectifs zoom ont généralement des points "plus nets" et des points "plus souples". Ce n'est pas toujours aux extrêmes de la plage focale ... parfois son droit au milieu. Parfois, le compromis se fait au détriment de la netteté des «bords» de l'image par rapport à la netteté «centrale», qui peut être pire à une distance focale qu'à une autre. Dans les deux cas, l'adaptation à une plage focale variable nécessite un compromis en raison de la complexité nécessaire.
Les lentilles de meilleure qualité utilisent souvent des optiques plus avancées pour corriger les aberrations, généralement à un coût considérable. Un objectif de milieu de gamme peut simplement utiliser plus d'objectifs pour corriger les aberrations et ignorer comment les aberrations changent dans toute la plage focale. Un objectif professionnel de qualité supérieure tiendra compte de la variabilité des aberrations, utilisez des optiques avancées comme le verre haute densité, le verre à faible dispersion, les éléments de lentille asphérique, les éléments de lentille en fluorite, les éléments de lentille apochromatique, les groupes correcteurs supplémentaires, etc. pour maintenir la plus haute qualité tout au long de la focale portée d'un objectif zoom. Des compromis doivent encore être faits par rapport aux objectifs principaux, mais le degré de compromis a tendance à être beaucoup moins.
Les lentilles impliquent des corrections importantes des anomalies. Ces anomalies sont appelées aberrations. Il existe une variété d'aberrations, certaines des plus courantes sont sphériques, astigmatisme, chromatique, coma, baril, coussin, courbure de champ et flou.
Si ces aberrations n'existaient pas, la conception de l'objectif serait très facile. Placez simplement un objectif ou deux en ligne droite et vous obtiendrez une image parfaite à chaque fois. Mais, nous savons que ces aberrations existent. Il est impossible de corriger complètement ces aberrations, pour un seul point. Plus il y a d'aberrations, plus une image sera "douce".
On peut minimiser la distorsion sur une longue période de temps, principalement en fabriquant des objectifs plus chers. Les lentilles les plus chères proviennent de la fabrication de lentilles de forme non sphérique, qui sont plus difficiles à fabriquer.
Plus vous vous éloignez du point idéal de l'objectif, plus il sera doux. Les changements de focales, d'ouverture et de distance focale sont tous des influenceurs dans le sweet spot. Ainsi, le changement de l'un des 3 dégradera la qualité. Si l'objectif est d'une qualité suffisamment élevée, la dégradation sera à peine perceptible.