Spielt die Sensorgröße bei der Größe und dem Gewicht eines gleichwertigen Objektivs eine Rolle? Warum?

Spielt die Größe des projizierten Bildkreises eine Rolle bei der Größe und dem Gewicht zweier Objektive mit derselben Blende / DOF (unterschiedliche Blendenzahl) und demselben Sichtfeld (unterschiedliche mm)?

Ein Objektiv hat also (sagen wir) ein Sichtfeld von 20 mm, f/2, 20 Grad und das andere ein Sichtfeld von 40 mm, f/4, 20 Grad? Die beiden Linsen haben das gleiche Sichtfeld und die gleiche Größe der Eintrittspupille (ungefähr Blende). Das 40-mm-Objektiv muss länger sein, wenn die Designs gleich, aber skaliert sind.

Aus Sicht des optischen Designs sind die beiden nicht gleichwertig. Ein 20-Grad-1: 4-Objektiv ist viel einfacher zu konstruieren als ein 20-Grad-1: 2-Objektiv, und die Zunahme der Aberrationen von 1: 4 auf 1: 2 (bei einigen Aberrationen beträgt diese Zunahme 4 ^ 8 oder 65.000-mal) ist viel größer als die Reduzierung geometrischer Aberrationen (genau 2x) durch Skalierung der Brennweite.

Wenn die Linsen den Sensor nicht berühren dürfen und kürzer als eine bestimmte Länge sein müssen, sind die Designs in gewisser Weise eingeschränkt . Wenn beispielsweise der Bildabstand größer als 38 mm sein muss, wie bei der EF-Fassung, dann ist das 20-mm-Design weitaus schwieriger als das 40-mm-Design, da es sowohl eine schnellere Blende als auch viel mehr inverses Tele ist.

Wenn alle anderen Dinge gleich sind, wird ein 40-mm-F4-Vollformatobjektiv in Abmessungen und Gewicht mit einem 20-mm-F2-Micro-4/3-Objektiv identisch sein? Oder größer? Oder kleiner? Warum?

Auf diese Frage gibt es keine allgemeingültige Antwort. Erlauben Sie mir, einige Qualifizierungen hinzuzufügen.

1. Das M4/3-Objektiv hat einen Bildabstand > 16 mm.
2. Das FF-Objektiv ist für Sony E- oder Leica M-Mount mit Bildabstand > 18 mm.
3. Die beiden Objektive müssen die gleiche Bildauflösung haben ( z. B. 20 MP, obwohl MP eine ungeeignete Einheit für ein Objektiv ist).

Unter diesen Bedingungen muss das M4/3-Objektiv besser korrigiert werden als das FF-Objektiv und sollte daher etwas länger, aber wahrscheinlich leichter sein. Wenn Sie die Blenden auf 1: 2,8 und 1: 5,6 ändern, wäre das FF-Objektiv wahrscheinlich als Triplett- oder 4-Element-Ding machbar. Das M4/3-Objektiv erfordert möglicherweise 5 Elemente.

Wenn Sie die Dinge so weit vorantreiben, dass beide weit von einem beugungsbegrenzten Bereich entfernt sind, z. B. f / 1 für M4/3 und f / 2 für FF, kann das FF-Objektiv aufgrund der Abstandsbeschränkung größer werden. Oder genauer gesagt das Verhältnis der Abstandsbeschränkung zur Brennweite.

Als Nebenfrage muss das Design beider Objektive völlig unterschiedlich sein?

Sie wollen natürlich anders sein, aber sie könnten nur skalierte Versionen voneinander mit suboptimaler Leistung für eines oder beide Designs sein.

Oder müssen nur ein oder zwei Glaselemente an der Basis des Objektivs ausgetauscht werden, um die Größe des projizierten Bildes anzupassen?

Das geht, Angenieux bietet es für einige Cine-Objektive an, zB für dieses . Ich überlasse es Ihnen, den Preis für dieses Objektiv zu finden.

Im Allgemeinen ist der Gestaltungsspielraum für „Rückwandkonverter“ oder „Speedbooster“ stärker eingeschränkt als die vollständige Freiheit, die APS-C- und FF-Objektive in den unterschiedlichen Designs zu lassen, die sie sein möchten. Damit das funktioniert, müssen Booster und Objektiv unabhängig voneinander korrigiert werden, und Sie müssen hoffen, dass das Vorzeichen ihrer Aberrationen entgegengesetzt und die Größe ungefähr gleich ist. Oder der Booster muss beugungsbegrenzt sein. Dies ist ziemlich schwierig zu bewerkstelligen, während ein kompaktes Gesamtdesign aufrechterhalten wird.

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Im ersten Teil habe ich verstanden, dass Objektive für kleinere Sensoren wegen des kleineren Brennweitenbereichs kürzer sein werden, aber vielleicht schwerer, weil mehr Glas benötigt wird, um die Aberrationen zu korrigieren.

Das ist richtig; Wenn Sie das Fokusdesign um 1/2 skalieren, wird es halb so lang. Wenn Sie ein oder zwei Objektive hinzufügen, um die Leistung zu bereinigen, wird es nicht verdoppelt.

Aber dann haben Sie im zweiten Teil gesagt, dass das M4/3-Objektiv etwas länger und wahrscheinlich leichter sein sollte? Ist es länger, weil es ein retrofokales Design verwenden muss, das die 40 mm nicht benötigten?

Nochmals richtig – betrachten Sie das Doppel-Gauss-Objektiv, das in der Vergangenheit für die meisten 50-mm-SLR-Objektive verwendet wurde, und auch für einige der 40-mm-1: 2- und 40-mm-1: 2,8-Objektive. Die Brennweite beträgt 50 mm und das hintere Element des Objektivs befindet sich (ca.) 38 mm vom Bild ¹ entfernt - die Hauptebene befindet sich irgendwo innerhalb des Objektivs.

Bei einem Teleobjektiv liegt die Hauptebene im Allgemeinen vor und außerhalb des Objektivs. Bei einem inversen Teleobjektiv befindet es sich im Allgemeinen außerhalb und hinter dem Objektiv. In einem "milden" Retrofokus-Design kann es sich immer noch im Objektiv befinden, aber nahe an der Rückseite.

Wenn Sie mit einem Doppelgauß-ähnlichen Design beginnen, besteht der erste Schritt zur Verbesserung seiner Korrektur darin, die hintere Gruppe zu teilen (in 2 zu verwandeln) oder zu verbinden (Zement in ein Dublett). Dann die Vorderseite, dann wieder die Rückseite, endlos wiederholen. Dadurch wird das Objektiv gestreckt, und Sie stoßen auf die Einschränkung des Bildabstands und müssen zu einer Retrofokusform wechseln. Die Retrofokusform ist naturgemäß länger als die sehr kompakte Doppelgauß.

Ich sagte, das M4/3-Objektiv wäre wahrscheinlich leichter, weil die Hersteller dazu neigen, viele leichtere Materialien in der Mechanik der Objektive zu verwenden. Diese sind für den Großteil des Gewichts in einem Objektiv wie diesem Beispiel verantwortlich.

¹ EF-Halterung hat einen Flanschabstand von 44 mm, aber dieser wird an der größeren flachen Oberfläche gemessen, nicht an der Spitze des Bajonetts. Objektive wie das 85 mm 1: 1,2 platzieren Elemente so nah wie die Spitze des Bajonetts, und daher kann gesagt werden, dass die Abstandsanforderung 38 mm beträgt.

Aber ich verstehe nicht, warum F2.8 so ein "magischer" Wendepunkt ist.

Theoretisch gibt es keinen solchen magischen Wendepunkt. Aber in der Praxis neigen viele Kamerasysteme mit unterschiedlichen Objektivhalterungsdesigns und sogar sehr unterschiedlichen Ausrichtungsabständen (oder Flanschbrennweiten) dazu, nahezu denselben Halsdurchmesser zu haben . Der Halsdurchmesser ist die Breite des Lochs in der Mitte des Rings, an dem ein Wechselobjektiv befestigt wird.

Der Grund, warum der Halsdurchmesser ein Faktor ist, liegt darin, dass selbst wenn Objektive nur Eintrittspupillen (die Öffnung durch die Vorderseite des Objektivs gesehen) benötigen, die kleiner sind als die eines Objektivs mit einem Durchmesser, der gerade groß genug ist, um das Loch in der Vorderseite der Kamera abzudecken Die Linse hat immer noch einen etwas größeren Durchmesser als der Halsdurchmesser. Die Notwendigkeit, dass der Durchmesser des Objektivtubus zumindest an der Rückseite des Objektivs größer ist als der Halsdurchmesser, sollte offensichtlich sein.

Für die typischen Halsdurchmesser der meisten gängigen SLR/DSLR und sogar einiger spiegelloser Systeme entspricht dieser minimale Objektivtubusdurchmesser ungefähr dem Durchmesser, der für die Herstellung eines normalen Zoomobjektivs erforderlich ist (ein Objektiv mit einer Brennweite, die zwischen etwa dem 0,65-fachen und dem 1,5-fachen der Diagonale liegt des Filmformats oder digitalen Sensors) mit einer maximalen Blendenöffnung von etwa 1:3,5 oder 1:4 am breiten Ende und etwa 1:5,6 am langen Ende.

Bei Weitwinkelobjektiven ist der Blickwinkel genauso wichtig, wenn nicht sogar wichtiger als die maximale Blende, um die Mindestgröße des vorderen Elements eines Objektivs zu bestimmen. Aber bis man in den Ultraweitwinkel- oder Telebereich gelangt, benötigen viele typische Objektive immer noch Frontelemente, die etwa so groß sind wie die eines Objektivtubus, der groß genug ist, um die Halsöffnung der Kameras abzudecken, für die sie hergestellt wurden. Um Zoomobjektive mit konstanter Blende f/2,8 im gleichen Brennweitenbereich zu erhalten, müssen die vorderen Elemente größer sein als die „minimale“ Objektivtubusgröße, die durch den Halsdurchmesser der meisten SLR/DSLR/spiegellosen Kamerasysteme bestimmt wird.

Das ist einer der Gründe, warum Kit-Objektive in der Regel 18-55 f/3.5-5.6 für Erntekörper von Nikon, Canon, Sony, Pentax usw. haben. Für eine 18-mm-APS-C-Kamera ist der Objektivtubus, der zum Anbringen der Halterung benötigt wird, gerade groß genug, nachdem alles andere, was benötigt wird, hineingequetscht wird, für ein Frontelement, das zu einer 18-mm-1: 3,5-Eintrittspupille sowie einem 55 mm f/5,6 Eintrittspupille. Dasselbe gilt für 70-300 mm f/4-4,6 Teleobjektive. Die für solche Objektive benötigten Frontelemente passen gerade in ein Objektiv mit einem Tubus, der etwas größer ist als die Halsdurchmesser/Flanschringe der gängigsten Wechselsysteme.

Als Nebenfrage muss das Design beider Objektive völlig unterschiedlich sein? Oder müssen nur ein oder zwei Glaselemente an der Basis des Objektivs ausgetauscht werden, um die Größe des projizierten Bildes anzupassen?

Nun, sie müssen nicht vollständig seinanders. Aber ein Objektiv mit gleicher Brennweite, das einen größeren Bildkreis projiziert als ein anderes Objektiv mit gleicher Brennweite, muss auch einen größeren Blickwinkel an der Vorderseite des Objektivs aufnehmen. FF-Sensoren haben eine Diagonale von etwa 43 mm Länge. APS-C-Sensoren haben eine Diagonale von etwa 28 mm Länge. Die mittleren 28 mm des von einem FF-Objektiv projizierten Bildkreises haben dasselbe Sichtfeld wie der volle 28 mm-Bildkreis, der von einem APS-C-Objektiv mit derselben Brennweite projiziert wird. Die Teile des Bildkreises, die vom FF-Objektiv außerhalb der mittleren 28 mm projiziert werden, sind Teile der Szene, die nicht von der Vorderseite des APS-C-Objektivs erfasst werden. Dies erfordert ein größeres Frontelement für Weitwinkelobjektive. Dort'

Aus diesem Grund sehen Sie viele nur APS-C-Nahwinkel-Zoomobjektive und sehr wenige nur APS-C-Teleobjektive. Die, die Sie sehen, sind im Allgemeinen 55-200 mm oder 55-250 mm. Diese reinen APS-C-Objektive sind in der Lage, den gleichen Blickwinkel für einen APS-C-Sensor bei 200-250 mm bereitzustellen, der ein 300-400-mm-Objektiv für eine FF-Kamera erfordert. Die dortigen Größen- und Gewichtseinsparungen basieren auf der weniger leistungsstarken Brennweite, die benötigt wird, um das gleiche Sichtfeld zu erhalten.

Aber wenn der Hersteller so minimale Änderungen an den Objektiven vornehmen kann, um diese Nachteile zu vermeiden, warum habe ich noch nie gesehen, dass sie zwei Versionen desselben Objektivs gleichzeitig herausbringen, eine für APS-C und eine für Vollformat, wie sie es für tun verschiedene Halterungen?

Objektive, die von den Herstellern herausgebracht werden, gehen in Bezug auf Blickwinkel und maximale Öffnungen größtenteils nicht sehr viel neue Wege. Stattdessen sind sie weitere Verfeinerungen früherer Linsendesigns. Für jemanden, der mit früheren Objektivangeboten und den unterschiedlichen Brennweiten, die erforderlich sind, um das gleiche FoV auf Kamerasystemen mit unterschiedlich großen Sensoren bereitzustellen, nicht vertraut ist, sind die entsprechenden Objektivangebote für jedes Format möglicherweise nicht offensichtlich.

Nehmen Sie das typische 24–70 mm 1: 2,8-Zoom, das von den meisten (wenn nicht allen) großen Kameraherstellern für ihre FF-Kameras angeboten wird. Das APS-C-Äquivalent in Bezug auf den Blickwinkel wäre ein 17-50 mm 1: 2,8. Nicht wenige Hersteller bieten sowohl 24–70 mm 1:2,8 FF-Objektive als auch 17–50 mm 1:2,8 APS-C-Objektive an, die sehr ähnliche Designs haben. Ein weiteres typisches FF-Weitwinkelobjektiv ist 16-35 mm. Das APS-C "Äquivalent" ist ein 10-22 mm. Viele Hersteller bieten beide Objektivoptionen an. Wenn die Winkel größer werden, wird die gleiche Blendenzahl schwieriger und teurer in der Wartung, sodass die 10-22-mm-APS-C-Objektive nur kleinere maximale Blendenwerte haben als die schnellsten 16-35-mm-Objektive. Am anderen Ende des Brennweitenbereichs liefert ein 55-200-mm-APS-C-Objektiv ungefähr den gleichen FoV wie ein 75/80-300-Objektiv an einer FF-Kamera.