Comment les fabricants atteignent-ils des niveaux de zoom élevés (83x) sur les caméras hybrides?

Évidemment, le plus grand zoom hybride du marché (Nikon Coolpix P900 je pense) ne va pas de 24 mm à 2 mètres de longueur physique, mais quel type de systèmes optiques les fabricants utilisent-ils pour amener les zooms optiques à des niveaux aussi élevés (83x)?

Ces caméras hybrides à zoom élevé sont relativement bon marché par rapport aux super téléobjectifs DSLR standard, il ne semble donc pas qu'elles utilisent du tout les mêmes éléments optiques coûteux. Ils parviennent à emballer 83x dans 20 cm environ, tandis que les meilleurs objectifs DSLR 600 mm sont environ deux fois plus longs pour environ 12x, alors je me demande comment ils le font, combien de lumière est perdue dans le processus, etc.

Un autre sujet sur les artefacts P900 me fait me demander si ce qu'ils prétendent être un zoom "optique" 83x comprend un traitement électronique.

Je pense que l'utilisation du terme 83X, bien que vraie, est très trompeuse. Le Coolpix fait un travail remarquable en ce qui concerne sa plage optique qui est 83X. Il s'agit en fait de la plage de zoom. Le calcul est le suivant: la puissance de l'objectif de l'appareil photo est réglable du grand angle 4,3 mm au téléobjectif 357 mm, soit 357 ÷ 4,3 = 83. En d'autres termes, la portée du zoom est de 83X. . Certains sont collés ensemble, certains sont des espaces aériens. Il y a 12 groupes de lentilles chacun espacés de l'air. Lorsque vous zoomez, la distance air-espace change et cet acte fait changer la puissance de l'objectif. La portée du zoom va du grand angle à 4,3 mm au téléobjectif à 357 mm.

Lorsque les photographes discutent de leurs objectifs, le fait que la plage de zoom couvre de 4,3 mm à 357 mm est peu compris. En effet, un appareil photo argentique beaucoup plus grand est utilisé comme critère qui définit les performances de l'objectif. Il s'agit de l'appareil photo 35 mm qui est avec nous depuis près de 100 ans. En raison de sa popularité, nous parlons d'objectifs d'appareil photo en termes qui ne s'appliquent réellement qu'à ces types de caméras vénérables. Cependant, nous pouvons faire des comparaisons

Cela se passe comme ceci: Le Nikon Coolpix P900 est un appareil photo super miniature, il crée donc des images miniatures qui ne représentent qu'environ 18% de la taille de l'appareil photo 35 mm estimé. Le 35 mm est en fait 5,6 fois plus grand. Nous multiplions donc 4,3 X 5,6 = 24 et 357 X 5,6 = 2000. Maintenant, nous pouvons dire que ce Coolplix fonctionne comme si la plage de zoom était de 24 mm à 2000 mm. Maintenant, 50 mm est considéré comme «normal». Un objectif plus court est appelé «grand angle». Un objectif plus long est appelé téléobjectif. Étant donné que 50 mm est «normal» au zoom complet, ce qui équivaut à 2000 mm, les objets apparaissent 2000 ÷ 50 = 40X plus grands. En d'autres termes, un oiseau dans l'arbre à 1000 pieds de distance se représentera comme s'il n'était qu'à 25 pieds de distance.

Comment parviennent-ils à 83x?

Taille du capteur (1 / 2,3 "), longueur physique, perte d'ouverture (f / 2,8-8).

Le téléphone Samsung S9 + utilise un capteur 1 / 2,55 ", le Nikon P900 et P1000 utilisent un capteur 1 / 2,3".

Évidemment, le plus grand zoom hybride du marché (Nikon Coolpix P900 je pense) ne va pas de 24 mm à 2 mètres de longueur physique, mais quel type de systèmes optiques les fabricants utilisent-ils pour amener les zooms optiques à des niveaux aussi élevés (83x)?

Distance focale de l'objectif:

P900 : 4,3-357 mm (angle de vue équivalent à un objectif 24-2000 mm au format 35 mm) Filtre 67 mm

Nombre de f / objectifs: f / 2,8-6,5, construction de l'objectif: 16 éléments en 12 groupes, zoom de l'objectif: 83x

P1000 : 4,3-539 mm (angle de vue équivalent à un objectif 24-3000 mm au format 35 mm) Filtre 77 mm

Nombre de f / objectifs: f / 2.8-8, construction de l'objectif: 17 éléments en 12 groupes, zoom de l'objectif: 125x

Longueur sans corps: 181,3 mm ( 7,2 po). Un zoom entièrement doublé.

Ces caméras hybrides à zoom élevé sont relativement bon marché par rapport aux super téléobjectifs DSLR standard, il ne semble donc pas qu'elles utilisent du tout les mêmes éléments optiques coûteux. Ils parviennent à emballer 83x dans 20 cm environ, tandis que les meilleurs objectifs DSLR 600 mm sont environ deux fois plus longs pour environ 12x, alors je me demande comment ils le font, combien de lumière est perdue dans le processus, etc.

Nikon AF-S 200-500 mm f / 5.6E ED VR, filtre 95 mm. Environ. Dimensions (diamètre x longueur): 4,2 x. Dans 10,5 . Cet objectif ne double pas sa longueur lorsqu'il est zoomé et il n'est pas aussi sombre ou long qu'un zoom; cela coûte aussi 1300 U $, plus qu'un P1000 U $ 1000, soit plus du double du prix d'un P900 U 600 $.

Objectif f / -nombre: f / 5,6, construction de l'objectif: 19 éléments en 12 groupes, zoom de l'objectif: 200/35 = 5,71 et 500/35 = 14,29 si vous voulez le comparer de cette façon.

Sigma 300-800 mm F5.6 HSM APO CONV EX DG D, filtre arrière 46 mm, env. Dimensions (diamètre x longueur): 6,2 x 21,3 in . Construction de l'objectif: 18 éléments en 16 groupes. Zoom d'objectif: 300/35 = 8,57 et 800/35 = 22,86 si vous voulez le comparer de cette façon. Prix ​​U $ 8000 (disponible en août 2018).

Comparez ces objectifs grand public avec un objectif professionnel, le Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900mm et avec 2x extender intégré 16.8-1800mm, c'est 214x . Lors d'un match de football, une caméra à 1000 pieds de distance semble être à moins de 5 pieds. Taille du filtre: plus de 250 mm (10 pouces), revêtement HT-EBC et stabilisé. Il a une ouverture af / 1,7 à 8,4-340 mm, réduisant à 4,5 à 900 mm, avec le 2x, il tombe à f3,4-f9.

Hauteur x largeur x longueur: 258x264x610mm. Cela ne change pas la longueur lors d'un zoom et dispose de diverses options de préréglage, de mise au point et de zoom. Conçu pour une taille de capteur de 9,6 x 5,4 mm (2/3 "), il a un facteur de recadrage d'environ 4x par rapport au cadre complet. Disponible pour seulement U $ 198 750, plus frais de livraison.

... combien de lumière est perdue dans le processus, etc.

Vous perdez près de la moitié de votre lumière et une qualité d'image considérable, et beaucoup de longueur et de poids, en choisissant un appareil photo bridge plutôt qu'un reflex numérique; ainsi que beaucoup d'autres considérations.

Un autre sujet sur les artefacts P900 me fait me demander si ce qu'ils prétendent être un zoom "optique" 83x comprend un traitement électronique.

Quand ils disent optique c'est ce qu'ils veulent dire, les P900 et P1000 ont un zoom numérique 4x.

Commençons par l'idée de base d'un zoom assez simple. Par exemple, nous pouvons commencer avec trois éléments. Les éléments arrière et grossissant, et le milieu est un élément réducteur. Les éléments grossissants réunissent les rayons de lumière. L'élément réducteur les écarte.

Donc, si nous déplaçons l'élément central complètement vers l'arrière par l'élément arrière, la lumière traverse l'élément avant, de sorte que les rayons lumineux commencent à se rapprocher. Ils continuent de se rassembler pour bien des façons, jusqu'à ce qu'ils atteignent l'élément réducteur, ce qui les sépare - mais comme il est juste à côté de l'élément arrière, ils ne se propagent pas beaucoup avant d'arriver à l'élément arrière et commencent à venir À nouveau ensemble. Ainsi, l'élément arrière prend pratiquement tout ce qui est passé par l'élément avant et le met au point sur le capteur, offrant une vue assez large.

D'un autre côté, si nous déplaçons cet élément central vers le haut par l'élément avant, la lumière passe à travers l'élément avant, se rassemble un tout petit peu, puis traverse l'élément réducteur de sorte qu'elle commence immédiatement à se propager. Il s'étale un peu avant de revenir à l'élément arrière. Ainsi, seule une petite partie du centre de l'image qui a traversé l'élément avant frappe l'élément arrière, et seule cette petite partie de l'image est mise au point sur le capteur, nous obtenons donc une vue beaucoup plus étroite. Avec cette conception, le rapport de zoom est limité par la distance entre les éléments avant et arrière - pour obtenir un zoom 83x, nous avions besoin d'un objectif physiquement extrêmement long.

Pour obtenir un taux de zoom plus élevé, nous reproduisons essentiellement cette idée de base à plusieurs reprises. Par exemple, imaginons que chacun de ces trois éléments soit remplacé par un ensemble de trois éléments.Nous déplaçons donc non seulement le groupe central d'avant en arrière, mais nous modifions également le niveau d'agrandissement ou de réduction que chacun d'eux fournit.

Supposons que l'original ait un rapport de zoom de 3: 1. Avec chaque élément remplacé par un groupe de trois éléments qui lui-même a donné un rapport de 3: 1, notre rapport global serait théoriquement quelque chose comme 3x3x3 = 27x. Ajoutez un quatrième groupe similaire et nous sommes à environ 80x (ou presque).

Pour obtenir une qualité suffisante même pour un appareil photo bas de gamme, vous devez faire un peu plus que cela. Même un objectif assez bon marché utilisera différents types de verre dans les différents éléments pour aider à réduire l'aberration chromatique, probablement certains éléments asphériques pour contrôler l'aberration sphérique, etc.

Néanmoins, l' idée de base de tous les zooms se résume principalement à cette situation assez simple d'avoir (au moins) un élément grossissant et un élément réducteur, et de les déplacer l'un par rapport à l'autre. Pour atteindre des taux de zoom élevés, il s'agit principalement de reproduire cette idée de base plusieurs fois et d'en faire suffisamment pour garder les aberrations, les distorsions, etc., au moins quelque peu sous contrôle.

Il y a un peu plus d'une seule question dans votre requête. En se concentrant sur le premier:

Évidemment ... [le] Nikon Coolpix P900 ... ne va pas de 24 mm à 2 mètres de longueur physique, mais quel type de systèmes optiques les fabricants utilisent-ils pour amener les zooms optiques à des niveaux aussi élevés (83x)?

Tout d'abord, ne confondez pas les focales équivalentes 35 mm (24 mm à 2000 mm) avec les focales réelles de l'objectif du P900, qui varient de 4,3 mm à 357 mm. Pour en savoir plus à ce sujet, voir la question connexe, Qu'est-ce que le facteur de recadrage et comment est-il lié à la distance focale?

Pourtant, vous avez raison, la longueur physique de l'objectif du P900 n'est évidemment pas aussi courte que 4,3 mm, ni aussi longue que 357 mm. Nous devons donc répondre à la question fondamentale, quelle est la distance focale ?

• Quelle est la distance focale et comment affecte-t-elle mes photos?
• Quelle est la différence technique entre la mise au point et le zoom?

Si vous pouviez remplacer la focale grand angle du P900 par une seule lentille symétrique (comme une loupe) avec le même grossissement que l'extrémité large du P900, les rayons lumineux parallèles entrant dans cette lentille à élément unique se concentreraient sur un point de 4,3 mm. , près d'un sixième de pouce, au-delà de l'objectif. Voilà ce que signifie la distance focale .

Le véritable objectif du P900 n'est pas si court. Tous les objectifs du monde réel contiennent plusieurs éléments optiques. Ces éléments travaillent ensemble pour plier et "déplier" (diverger) les rayons lumineux plusieurs fois. Le point de ces multiples éléments (et groupes d'éléments) sont:

• pour permettre à l'objectif de se concentrer, plutôt que de déplacer l'ensemble de l'objectif vers l'intérieur ou vers l'extérieur pour mettre au point (ces éléments constituent le (s) groupe (s) de mise au point);
• pour permettre à l'objectif de zoomer, c'est-à-dire de changer la distance focale;
• pour contrôler les aberrations telles que l'aberration chromatique (qui est une conséquence naturelle de la flexion de la lumière à travers des matériaux ayant différentes propriétés de réfraction).

Les concepteurs d'objectifs ajoutent donc beaucoup d'éléments pour rendre l'objectif plus utile qu'une gamme étroite de conditions de fonctionnement. Cela ajoute de la longueur à l'ensemble de l'objectif, mais dans le cas des objectifs grand angle, il est optiquement "équivalent" (en utilisant ce mot de manière lâche) à un objectif simple à élément unique avec une distance focale plus courte que la longueur physique de l'objectif réel.

De même, à l'autre extrémité de la plage de zoom du P900, à une distance focale de 357 mm, l'objectif mesure physiquement moins de 357 mm de long. C'est parce que l'objectif a un groupe de téléobjectifs , un groupe d'éléments qui permettent à un objectif d'être physiquement plus court que son objectif mince - une distance focale équivalente le dicterait. Voir aussi, Quelle est la différence entre un téléobjectif et un zoom?

Maintenant, pour autant, comment obtiennent-ils spécifiquement des plages de zoom aussi élevées que 83x (ou même plus, comme le zoom 125x du P1000 de Nikon récemment annoncé ), eh bien ... la science. La magie. Un peu des deux?

Ces caméras hybrides à zoom élevé sont relativement bon marché par rapport aux super téléobjectifs DSLR standard, il ne semble donc pas qu'elles utilisent du tout les mêmes éléments optiques coûteux. Ils parviennent à emballer 83x dans 20 cm environ, tandis que les meilleurs objectifs DSLR 600 mm sont environ deux fois plus longs pour environ 12x, alors je me demande comment ils le font, combien de lumière est perdue dans le processus, etc.

En ce qui concerne la comparaison du zoom et de la longueur de l'objectif, n'oubliez pas de comparer comme contre. Dans ce cas, la loi-cube Carré (Wikipedia) entre en jeu: comme un objet est mis à l' échelle de la taille par un facteur S , sa surface est réduite par S ², et son volume est mis à l' échelle par S ³.

Le P900 a un facteur de recadrage de 5,6, ce qui signifie que le facteur d'échelle linéaire entre les caméras comme le P900 avec un capteur 1 / 2,3 "et les caméras plein format 35 mm est S = 5,6 (de P900 à 35 mm FF). Donc, pour créer" équivalent " systèmes optiques (en ce qui concerne la géométrie de l'optique), l'objectif 83x de type P900 agrandi, mais conçu pour un corps FF de 35 mm, permettrait:

• ont un diamètre environ 5,6 fois plus grand, et

• pèse environ 5,6³ = 175 fois le poids de l'objectif P900! ¹

  Remarque 1: l'objectif ne pèserait probablement pas autant; une simple mise à l'échelle S ³ implique que tous les composants, y compris les moteurs de focalisation, les tubes de lentille, les hélices et les commandes de focalisation, etc., redimensionnent leur épaisseur de paroi 5,6 fois. Ce n'est pas nécessaire, il y aurait beaucoup de poids à raser. Mais, d'un point de vue optique (sans changer la formule optique), le poids du verre augmenterait de S ³.

Et notez que même la longueur de l'objectif de ~ 20 cm augmente de S jusqu'à environ 112 cm, soit plus d'un mètre de long.

Je ne veux même pas savoir comment le coût évoluerait, mais 175 fois le coût de 1000 $ du nouveau P1000 ne serait en fait pas totalement hors de portée pour une bête aussi ridiculement monstrueuse s'il s'agissait de corps plein format 35 mm.

• L' ultra-téléobjectif Sigma 200-500 mm ƒ / 2,8 APO EX DG coûte 26000 $. Pour un zoom 2,5x. Sérieusement. (Bien que les critiques d'Amazon soient décidément sans gravité )
• L'objectif Canon EF 1200 mm ƒ / 5,6 L USM est un téléobjectif fixe qui coûte 100 000 $. B&H Photo Video en a vendu un d'occasion en 2015 pour 180 000 $ , alors voilà.
• Le CINE-SERVO 50-1000 mm T5.0-8.9 EF de Canon est un objectif cinéma à zoom 20x pour la monture EF Canon, pour seulement 70 000 $. Il dispose également d'un prolongateur 1,5x sélectionnable intégré (téléconvertisseur). Peut-être qu'il n'est pas juste d'inclure des objectifs de cinéma spécialement conçus dans un contexte photographique, mais c'est une monture EF, donc c'est bon pour la photographie DSLR, non?

Après cela, il y a eu plusieurs lentilles uniques en leur genre à des prix astronomiques, mais ne soyons pas ridicules (!).

Il y a donc des avantages de coûts non linéaires évidents à la réduction. Mais comme les P900 et P1000 ne sont pas destinés au marché professionnel ou prosommateur haut de gamme, ils peuvent prendre d'autres décisions de réduction des coûts, telles que:

• utiliser du verre optique de qualité inférieure dans certains des éléments de lentille;
• réduire le nombre de revêtements optiques (tels que la faible dispersion et antireflet);
• éliminer l'étanchéité aux intempéries;
• fournir moins de couverture de garantie;
• et tous les autres suspects habituels lorsque les entreprises se lancent dans la segmentation du marché.