Зум-объективы

Зум-объективы позволяют непрерывно изменять фокусное расстояние в определенном диапазоне и поддерживать фокусировку во время зуммирования. (Зум- объективы, в которых фокус изменяется при изменении фокусного расстояния, называются «объективами с переменным фокусом».) В зум-объективах часть системы перемещается вдоль оптической оси для изменения фокусного расстояния, а другая часть одновременно перемещается, компенсируя смещение фокуса.

Поэтому в зум-объективах должно быть не менее двух групп линз, которые можно перемещать вдоль оптической оси. На рис. 1 показана конструкция объектива EF 28-80mm f/3.5-5.6 V USM, типичного короткого зум-объектива с двумя перемещающимися группами (короткими называются зум-объективы длиной не более 40 мм в положении с минимальным фокусным расстоянием).

Рис. 1 — Конструкция короткого зум-объектива (EF 28-80mm f/3.5-6.6 V USM)

2-я группа называется «вариатором»; эта группа перемещается для изменения фокусного расстояния. 1-я группа на конце объектива перемещается одновременно со 2-й группой, компенсируя смещение фокуса, и поэтому называется «компенсатором». 2-я группа также служит для фокусировки путем регулировки фокусной точки.

В коротком положении зуммирования 1-я группа обеспечивает отрицательное преломление (расхождение лучей), 2-я группа положительное преломление (схождение), а весь объектив относится к типу конструкций с задним фокусом. Этот тип оптических схем особенно хорошо подходит для широкоугольных зум- объективов, так как обладает следующими характеристиками:

1. Передняя линза имеет малый диаметр, упрощая получение компактной и недорогой конструкции.
2. В положении кратчайшего фокусного расстояния бочкообразная дисторсия невелика.
3. Конструкция с 1-й фокусирующей группой позволяет выполнять фокусировку вплоть до очень малых расстояний.

Этот тип конструкции, однако, представляет проблему: если коэффициент масштабирования короткого зум-объектива становится слишком большим, возрастает диапазон перемещения 2-й группы, тем самым увеличивая как длину объектива, так и максимальное изменение апертуры. При большом коэффициенте зуммирования необходимо также увеличить преломляющую силу 2-й группы, а это, соответственно, увеличивает число линз, необходимых для компенсации аберраций, и общий размер объектива, поэтому весьма сложно достичь большого коэффициента зуммирования при компактном размере объектива. Решение этой проблемы лежит в области разработки объективов с несколькими группами. Эта технология разработана для преодоления ограничений, присущих небольшим зум-объективам, и достижения большого коэффициента зуммирования при малом размере объектива.

В коротких зум-объективах изменение фокусного расстояния (зуммирование) выполняется одной только 2-й группой; в зум-объективах с несколькими группами эта задача распределяется между несколькими группами линз. Таким образом, зум-объектив с несколькими группами — это зум-объектив, содержащий три и более подвижных групп линз.

Рис. 2 — Конструкция зум-объектива с несколькими группами (EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS USM)

Схема зуммирования с несколькими группами имеет следующие преимущества:

1. Так как для изменения фокусного расстояния перемещается несколько групп линз, диапазон перемещения каждой группы линз можно сделать небольшим, что позволяет создать компактную конструкцию объектива. Более того, требуемые изменения апертуры можно выполнять без использования сложных механизмов диафрагм.
2. Благодаря тому, что зуммирование распределено между несколькими группами линз, каждая группа может иметь относительно слабое преломление, позволяя компенсировать аберрации с использованием сравнительно небольшого числа линз.
3. Так как используется несколько групп линз, возрастает степень свободы выбора оптической схемы и для компенсации аберраций можно использовать большее число вариантов, например разрабатывать группы линз, которые совместно нейтрализуют соответствующие аберрации (кросс-компенсация).

Технология зуммирования с несколькими группами является оптической технологией высокого уровня, которая может отвечать широкому набору требований при проектировании объективов, но она возможна только при наличии технологий проектирования, обработки и производства улучшенных тубусов объективов, позволяющих выполнять совместное перемещение нескольких групп. В настоящее время в конструкциях объективов EF 28-90mm f/4-5.6 III, EF 24-85mm f/3.5-4.5 USM, EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS USM и всех остальных зум-объективах EF используется технология зуммирования с несколькими группами, обеспечивающая большой коэффициент зуммирования, компактный размер и выдающееся качество фотографий одновременно.

Фото 1 — Кулачковое кольцо для зуммирования с высокой точностью (EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS USM)