Dlaczego niektóre obiektywy zwiększają kąt widzenia przy bliskiej ostrości?

Niedawno wybrałem obiektyw superzoom, Nikon 28-300 mm. Chociaż mam go przede wszystkim ze względu na jego wszechstronność, moja intuicja polegała na tym, że obiektyw, który może osiągnąć ogniskową 300 mm przy 50 cm, jak to rzeczywiście jest, może również oferować rozsądne powiększenie dla zdjęć makro.

Byłem zszokowany, gdy odkryłem, że w odległości około 5 metrów mój obiektyw makro 105 mm z telekonwerterem 2x oferuje znacznie węższe pole widzenia przy 210 mm niż mój obiektyw 28-300 mm przy 300 mm! Znalazłem wątek forum na temat tego obiektywu, który wyjaśnia:

Każdy, kto spodziewa się, że będzie mógł używać go jako makra, powinien dokładnie sprawdzić maksymalne powiększenie: 0,32x. Będąc obiektywem IF, Nikkor radykalnie zwiększa kąt widzenia po bliższym ustawieniu ostrości. [...] 0,32x przy 50 cm z grubsza oblicza na ogniskową 92 mm przy [minimalnej odległości ogniskowania] ... więc „dramatycznie” można było napisać nawet dużymi literami.

Chciałbym lepiej zrozumieć, jakie zasady budowy soczewki i / lub fizyki prowadzą do tego sprzecznego z intuicją zachowania. Na poziomie pragmatycznym: jasne jest, że mogę uzyskać efektywne pole widzenia przy minimalnej odległości ogniskowania od maksymalnego powiększenia wymienionego w specyfikacji, ale jak mam zająć się określaniem efektywnego pola widzenia przy innych odległościach? Na przykład, jak miałbym określić pole widzenia mojego obiektywu 28–300 mm przy 300 mm i 3 metrach? Czy można je obliczyć, czy należy je ustalić empirycznie? Jeśli trzeba je ustalić empirycznie, czy są ludzie, którzy publicznie dokumentują tego rodzaju rzeczy?

Zasada fizyki leżąca u podstaw tego zachowania jest niczym innym jak formułą cienkich soczewek:

1/o + 1/i = 1/f

Gdzie o to odległość obiektu (odległość od obiektywu do obiektu), i to odległość obrazu (odległość od obiektywu do czujnika), a f to ogniskowa.

Dla bardzo dużej odległości obiektu (zbliżającej się do nieskończoności) składnik 1 / o spada do zera, stąd:

1/i = 1/f
i = f

Oznacza to, że prosty obiektyw 300 mm utworzy zogniskowany obraz bardzo bardzo odległego obiektu w odległości około 300 mm za obiektywem. Oznacza to, że jeśli zostanie on zamontowany w tubie, która umieszcza obiektyw w odległości 300 mm od matrycy, otrzymasz ostre zdjęcia obiektów na horyzoncie.

Co powiesz na obiekt blisko obiektywu w odległości 600 mm?

1/600 + 1/i = 1/300
1/i = 1/600
i = 600

Ten sam obiektyw 300 mm zamontowany w tubusie 300 mm będzie wytwarzał obrazy obiektów w tej odległości, które są całkowicie nieostre, jednak jeśli wydłużysz tubus do 600 mm, nasz obiekt z bliska zostanie ostry.

Stworzyliśmy obiektyw „zogniskowany na jednostce”. Problem z takimi soczewkami polega na tym, że podczas ogniskowania znacznie zwiększają długość fizyczną.

Aby uniknąć tak ogromnej zmiany długości fizycznej w obiektywie o bliskim ogniskowaniu, takim jak 28–300 mm, projektanci stosują „tylne ogniskowanie”, które działa poprzez zmianę długości ogniskowej podczas ogniskowania z bliska. Wracając do formuły cienkich soczewek, jeśli obiektyw 300 mm zamontowany w stałej odległości zmieni się na obiektyw 100 mm, ostrość zmieni się z nieskończoności na:

1/o + 1/300 = 1/100
1/o = 1/150
o = 150

Sto pięćdziesiąt milimetrów (co jest cholernie blisko!).

Teoretycznie możesz użyć tych samych wzorów do obliczenia względnych długości ogniskowej przy różnych odległościach ogniskowania, ale z zastrzeżeniem, że w złożonej soczewce wieloelementowej odległość o odpowiada odległości obiektu od przedniej płaszczyzny głównej i odległości i odpowiada do odległości obrazu od tylnej płaszczyzny głównej. Lokalizacja tych płaszczyzn zależy od konstrukcji obiektywu i nie jest często określana przez producenta.

Ostatecznie tylne ogniskowanie sprawia, że ​​względnie łatwo jest obniżyć minimalną odległość ogniskowania, co pozwala producentom uderzyć „makro” w opis i sprzedać więcej obiektywów, ale ponieważ ogniskowe są z reguły zawsze podawane z obiektywem przy ogniskowaniu nieskończoności, w którym znajduje się klient ciemność na temat tego, co się właściwie dzieje. Jedyne, co możesz naprawdę zrobić, to traktować podane wartości ogniskowej i wartości przysłony jako wartości przybliżone tylko dla średnich odległości ogniskowania.