Lentes de zoom

Características

Uma fotografia tirada com uma lente de zoom, cuja distância focal variou durante o curso da exposição

As lentes de zoom são frequentemente descritas pela proporção de seus comprimentos focais mais longos e mais curtos. Por exemplo, uma lente de zoom com comprimentos focais variando de 100 mm a 400 mm pode ser descrita como um zoom de 4: 1 ou "4 ×". O termo superzom ou hyperzoom é usado para descrever lentes de zoom fotográficas com fatores de distância focal muito grandes, normalmente mais de 5 × e variando até 19 × nas lentes da câmera SLR e 22 × em câmeras digitais amadoras. Essa proporção pode chegar a 300 × nas lentes profissionais de câmera de televisão. Em 2009, as lentes de zoom fotográficas além de cerca de 3 × geralmente não podem produzir qualidade de imagem a par com as lentes primárias. Os zooms de abertura rápida constante (geralmente f/2.8 ou f/2.0) são tipicamente restritos a essa faixa de zoom. A degradação da qualidade é menos perceptível ao gravar imagens em movimento em baixa resolução, e é por isso que as lentes profissionais de vídeo e TV podem apresentar altas proporções de zoom. As lentes de TV de alta proporção de zoom são complexas, com dezenas de elementos ópticos, geralmente pesando mais de 25 kg (55 lb). A fotografia digital também pode acomodar algoritmos que compensam falhas ópticas, tanto dentro de processadores na câmera quanto no software de pós-produção.

Algumas lentes de zoom fotográficas são lentes de foco longo, com distâncias focais por mais tempo que uma lente normal, outras são lentes de grande angular (mais largas que o normal) e outras cobrem um alcance de grande angular a foco longo. As lentes no último grupo de lentes de zoom, às vezes chamadas de zoom "normal", [a citação necessária] deslocaram a lente focal fixa como a seleção popular de uma lente em muitas câmeras contemporâneas. As marcações nessas lentes geralmente dizem W e T para "largo" e "telefoto". O telefoto é designado porque a distância focal mais longa fornecida pela lente divergente negativa é mais longa que a montagem geral da lente (a lente divergente negativa que atua como o "grupo telefoto").

Vista incomum de zoom de zoom de um telescópio VLT

Algumas câmeras digitais permitem o corte e o aumento de uma imagem capturada, a fim de imitar o efeito de uma lente de zoom mais longa da distância focal (ângulo de visão mais estreito). Isso é comumente conhecido como zoom digital e produz uma imagem de menor resolução óptica do que o zoom óptico. Exatamente o mesmo efeito pode ser obtido usando o software de processamento de imagens digitais em um computador para cortar a imagem digital e aumentar a área cortada. Muitas câmeras digitais têm as duas, combinando -as primeiro usando o óptico e depois o zoom digital.

As lentes Zoom e SuperZoom são comumente usadas com câmeras imobiliárias, de vídeo, filmes, projetores, alguns binóculos, microscópios, telescópios, pontos turísticos telescópicos e outros instrumentos ópticos. Além disso, a parte afocal de uma lente de zoom pode ser usada como um telescópio de ampliação variável para fazer um expansor de feixe ajustável. Isso pode ser usado, por exemplo, para alterar o tamanho de um feixe de laser para que a irradiância do feixe possa variar.

História

O Voigtländer Zoomar, 36-82 mm f/2.8

Formas iniciais de lentes de zoom foram usadas em telescópios ópticos para fornecer variação contínua da ampliação da imagem, e isso foi relatado pela primeira vez nos procedimentos da Sociedade Real em 1834. Patentes iniciais para lentes telefoto também incluíam elementos de lente móvel que poderiam ser ajustados Para alterar a distância focal geral da lente. As lentes desse tipo agora são chamadas de lentes varifocais, pois quando a distância focal é alterada, a posição do plano focal também se move, exigindo reorientação da lente após cada alteração.

A primeira lente Zoom verdadeira, que manteve o foco quase nítido, enquanto a distância focal efetiva da montagem da lente foi alterada, foi patenteada em 1902 por Clile C. Allen (patente dos EUA 696.788). Um uso precoce da lente Zoom no cinema pode ser visto na foto de abertura do filme "It", estrelado por Clara Bow, de 1927. A primeira produção industrial foi o filme Bell and Howell Cooke "Varo" 40–120 mm para 35mm filme As câmeras introduzidas em 1932. A lente de zoom de TV mais impressionante da TV foi a varotal III, da classificação Taylor Hobson do Reino Unido construída em 1953. A Kilfitt 36-82 mm/2.8 Zoomar introduzida em 1959 foi a primeira lente varifocal na produção regular para a ainda 35mm fotografia. A primeira lente Zoom de filme moderna, The Pan-Cinor, foi projetada por volta de 1950 por Roger Cuvillier, um engenheiro francês que trabalha para a Som-Berthiot. Tinha um sistema de zoom de compensação óptica. Em 1956, Pierre Angénieux introduziu o sistema de remuneração mecânica, permitindo foco preciso durante o zoom, em sua lente de 17 a 68 mm por 16mm lançados em 1958. No mesmo ano Usado pelo diretor de fotografia Roger Fellous para a produção de Julie La Rousse. Angénieux recebeu um prêmio técnico de 1964 da Academia de Motões para o design das lentes de 10 a 1 zoom, incluindo as câmeras de filmes de 12 a 120 mm para 16 mm e as câmeras de filme de 25-250 mm para 35 mm.

Desde então, os avanços no design óptico, particularmente o uso de computadores para rastreamento de raios ópticos, tornaram o design e a construção de lentes de zoom muito mais fáceis e agora são amplamente utilizadas na fotografia profissional e amadora.

Seção transversal do Fujinon XF100-400mm lente de zoom

Canon AE-1, uma câmera de 35 mm com uma lente de zoom. A vantagem de uma lente de zoom é a flexibilidade, mas a desvantagem é a qualidade óptica. As lentes primárias têm uma qualidade de imagem maior em comparação.

Projeto

Um sistema simples de lente de zoom. As três lentes do sistema afocal são L1, L2, L3 (da esquerda). L1 e L2 podem se mover para a esquerda e para a direita, alterando a distância focal geral do sistema (veja a imagem abaixo).

Existem muitos projetos possíveis para lentes de zoom, as mais complexas com mais de trinta elementos de lente individuais e várias partes móveis. A maioria, no entanto, segue o mesmo design básico. Geralmente, eles consistem em várias lentes individuais que podem ser fixas ou deslizando axialmente ao longo do corpo da lente. Embora a ampliação de uma lente de zoom altere, é necessário compensar qualquer movimento do plano focal para manter a imagem focada nítida. Essa compensação pode ser feita por meios mecânicos (movendo a montagem completa da lente enquanto a ampliação da lente muda) ou opticamente (organizando a posição do plano focal para variar o mínimo possível enquanto a lente é ampliada).

Um esquema simples para uma lente de zoom divide a montagem em duas partes: uma lente de foco semelhante a uma lente fotográfica padrão, de comprimento fixo, precedido por um sistema de zoom afocal, um arranjo de elementos de lente fixa e móvel que não focam o Luz, mas altera o tamanho de um feixe de luz viajando através dele e, portanto, a ampliação geral do sistema de lentes.

Movimento de lentes em um sistema de zoom afocal

Nesta lente zoom simples compensada opticamente, o sistema afocal consiste em duas lentes positivas (convergentes) de distância focal igual (lentes L1 e L3) com uma lente negativa (divergente) (L2) entre elas, com uma distância focal absoluta menor que a metade o das lentes positivas. A lente L3 é fixa, mas as lentes L1 e L2 podem ser movidas axialmente em um relacionamento específico não linear. Esse movimento é geralmente realizado por um complexo arranjo de engrenagens e cames no alojamento da lente, embora algumas lentes de zoom modernas usem servos controlados por computador para executar esse posicionamento.

Enquanto a lente negativa L2 se move da frente para a parte traseira da lente, a lente L1 se move para frente e depois para trás em um arco parabólico. Ao fazer isso, a ampliação angular geral do sistema varia, alterando a distância focal efetiva da lente zoom completa. Em cada um dos três pontos mostrados, o sistema de três lentes é afocal (nem divergindo ou convergindo a luz) e, portanto, não altera a posição do plano focal da lente. Entre esses pontos, o sistema não é exatamente afocal, mas a variação na posição do plano focal pode ser pequena o suficiente (cerca de ± 0,01 mm em uma lente bem projetada) para não fazer uma alteração significativa na nitidez da imagem.

Uma questão importante no design da lente Zoom é a correção de aberrações ópticas (como aberração cromática e, em particular, curvatura de campo) em toda a faixa operacional da lente; Isso é consideravelmente mais difícil em uma lente de zoom do que uma lente fixa, que precisa apenas corrigir as aberrações por uma distância focal. Esse problema foi uma das principais razões para a lenta captação de lentes de zoom, com os desenhos iniciais sendo consideravelmente inferiores às lentes fixas contemporâneas e utilizáveis ​​apenas com uma variedade estreita de números F. As modernas técnicas de design óptico permitiram a construção de lentes de zoom com boa correção de aberração em comprimentos e aberturas focais amplamente variáveis.

Enquanto as lentes usadas nas aplicações de cinematografia e vídeo são necessárias para manter o foco enquanto a distância focal é alterada, não existe esse requisito para fotografia parada e para lentes de zoom usadas como lentes de projeção. Como é mais difícil construir uma lente que não muda de foco com a mesma qualidade de imagem que uma que faz, os últimos aplicativos geralmente usam lentes que requerem foco quando a distância focal mudou (e, portanto, estritamente falando, são lentes varifocais, não lentes de zoom ). Como as câmeras ainda modernas são focadas automaticamente, isso não é um problema.

Os designers de lentes de zoom com grandes proporções de zoom geralmente negociam uma ou mais aberrações por maior nitidez de imagem. Por exemplo, um maior grau de distorção de barril e almofada é tolerado em lentes que abrangem a faixa de distância focal de grande angular a telefoto com uma proporção focal de 10 × ou mais do que seria aceitável em uma lente focal fixa ou lente de zoom com com zoom com lente com zoom com uma proporção mais baixa. Embora os métodos modernos de design tenham reduzindo continuamente esse problema, a distorção de barril superior a um por cento é comum nessas lentes de grande razão. Outro preço pago é que, na configuração extrema de telefoto da lente, a distância focal efetiva muda significativamente enquanto a lente está focada em objetos mais próximos. A aparente distância focal pode mais do que metade, enquanto a lente é focada do infinito para o close médio. Em menor grau, esse efeito também é visto em lentes focais fixas que movem os elementos da lente interna, em vez de toda a lente, para efetuar mudanças na ampliação.

Lente varifocal

Muitas lentes chamadas "zoom", particularmente no caso de câmeras de lente fixa, são na verdade lentes varifocais, o que oferece aos designers de lentes mais flexibilidade nos trade-offs do projeto óptico (faixa de distância focal, abertura máxima, tamanho, peso, custo) do que o verdadeiro zoom parfocal, e que é prático por causa do foco automático, e porque o processador da câmera pode mover a lente para compensar a mudança na posição do plano focal enquanto altera a ampliação ("zoom"), tornando a operação essencialmente a mesma que uma True Parfocal Zoom. [Citação necessária]

Veja também