عدسة تقريب

العدسة المقربة هي نظام من عناصر عدسة الكاميرا التي يمكن تغيير البعد البؤري لها (وبالتالي زاوية الرؤية )، على عكس العدسة ذات البعد البؤري الثابت ( العدسة الأساسية ).

العدسة المقربة الحقيقية ، أو عدسة التكبير البصري، هي نوع من العدسات المتوافقة البؤري ، أي أنها تحافظ على التركيز عند تغيير بُعدها البؤري. ^{[ 1 ]} معظم عدسات التكبير المخصصة للمستهلكين لا تحافظ على تركيز مثالي، ولكنها مع ذلك تقترب من التوافق البؤري. أما معظم كاميرات الهواتف التي يُعلن عنها بأنها مزودة بتكبير بصري، فهي في الواقع تستخدم عدة كاميرات بأبعاد بؤرية مختلفة ولكنها ثابتة، بالإضافة إلى التكبير الرقمي لتكوين نظام هجين.

تأتي سهولة استخدام العدسات ذات البعد البؤري المتغير على حساب التعقيد، وبعض التنازلات في جودة الصورة، والوزن، والأبعاد، وفتحة العدسة، وأداء التركيز التلقائي، والتكلفة. على سبيل المثال، تعاني جميع العدسات المقربة من فقدان طفيف، إن لم يكن كبيرًا، في دقة الصورة عند أقصى فتحة عدسة ، خاصةً عند أقصى مدى للبعد البؤري. يظهر هذا التأثير بوضوح في زوايا الصورة عند عرضها بحجم كبير أو بدقة عالية. وكلما زاد مدى البعد البؤري الذي توفره العدسة المقربة، كلما ازدادت هذه التنازلات وضوحًا. ^{[ 2 ]}

تُوصَف عدسات التكبير عادةً بنسبة أطول بُعد بؤري إلى أقصر بُعد بؤري فيها. على سبيل المثال، يمكن وصف عدسة تكبير ذات بُعد بؤري يتراوح بين 100  مم و400 مم بأنها عدسة تكبير بنسبة 4:1 أو "4×". يُستخدم مصطلح "التكبير الفائق " أو "التكبير المفرط" لوصف عدسات التكبير الفوتوغرافية ذات معاملات البُعد البؤري الكبيرة جدًا، والتي تتجاوز عادةً 5× وتصل إلى 19× في عدسات كاميرات SLR و22× في الكاميرات الرقمية للهواة . قد تصل هذه النسبة إلى 300× في عدسات كاميرات التلفزيون الاحترافية. ^{[ 3 ]} اعتبارًا من عام 2009 لا تستطيع عدسات التكبير الفوتوغرافي التي تتجاوز 3 أضعاف تقريبًا إنتاج جودة صور تضاهي العدسات الثابتة . وعادةً ما تقتصر عدسات التكبير ذات الفتحة السريعة الثابتة (عادةً f / 2.8 أو f / 2.0) على هذا النطاق من التكبير. يكون تدهور الجودة أقل وضوحًا عند تسجيل الصور المتحركة بدقة منخفضة، ولهذا السبب تتميز عدسات الفيديو والتلفزيون الاحترافية بنسب تكبير عالية. عدسات التلفزيون ذات نسب التكبير العالية معقدة، إذ تحتوي على عشرات العناصر البصرية، وغالبًا ما يزيد وزنها عن 25 كيلوغرامًا (55 رطلاً) . ^{[ 4 ]} كما يمكن للتصوير الرقمي استيعاب خوارزميات تعوض العيوب البصرية، سواءً داخل معالجات الكاميرا أو في برامج ما بعد الإنتاج.  

بعض عدسات التكبير/التصغير الفوتوغرافية عدسات ذات بُعد بؤري طويل ، أي أطول من العدسات العادية ، وبعضها عدسات واسعة الزاوية (أوسع من العدسات العادية )، بينما تغطي عدسات أخرى نطاقًا واسعًا من الزاوية الواسعة إلى البُعد البؤري الطويل. وقد حلت العدسات من المجموعة الأخيرة، والتي يُشار إليها أحيانًا باسم عدسات التكبير/التصغير "العادية"، ^{[ 5 ]} محل العدسات ذات البُعد البؤري الثابت كخيار شائع في العديد من الكاميرات الحديثة. وعادةً ما تحمل هذه العدسات الرمزين W و T للدلالة على "واسعة" و"مقربة". ويُطلق عليها اسم "مقربة" لأن البُعد البؤري الأطول الذي توفره العدسة المفرقة السالبة أطول من مجموع العدسات ككل (حيث تعمل العدسة المفرقة السالبة كمجموعة "مقربة"). ^{[ 6 ]}

تتيح بعض الكاميرات الرقمية قص الصورة الملتقطة وتكبيرها، لمحاكاة تأثير عدسة التكبير ذات البعد البؤري الأطول (زاوية رؤية أضيق). يُعرف هذا عادةً بالتكبير الرقمي ، وينتج عنه صورة بدقة بصرية أقل من التكبير البصري. يمكن الحصول على التأثير نفسه تمامًا باستخدام برامج معالجة الصور الرقمية على الكمبيوتر لقص الصورة الرقمية وتكبير الجزء المقصوص. تحتوي العديد من الكاميرات الرقمية على كليهما، حيث تجمع بينهما باستخدام التكبير البصري أولًا، ثم التكبير الرقمي.

تُستخدم عدسات التكبير والتصغير الفائق بشكل شائع مع كاميرات الصور الثابتة والفيديو والسينمائية ، وأجهزة العرض ، وبعض المناظير ، والمجاهر ، والتلسكوبات ، والمناظير التلسكوبية ، وغيرها من الأدوات البصرية . إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام الجزء غير البؤري من عدسة التكبير كمنظار ذي تكبير متغير لإنشاء موسّع شعاع قابل للتعديل . ويمكن استخدام ذلك، على سبيل المثال، لتغيير حجم شعاع الليزر بحيث يمكن تغيير شدة إشعاعه.

استُخدمت أشكال مبكرة من العدسات المُكبّرة في التلسكوبات البصرية لتوفير تغيير مستمر في تكبير الصورة، وقد نُشر هذا لأول مرة في وقائع الجمعية الملكية عام ١٨٣٤. كما تضمنت براءات الاختراع المبكرة للعدسات المقربة عناصر عدسة متحركة يمكن ضبطها لتغيير البعد البؤري الكلي للعدسة. تُسمى هذه العدسات الآن بالعدسات متغيرة البؤرة ، لأنه عند تغيير البعد البؤري، يتغير موضع مستوى البؤرة أيضًا، مما يستلزم إعادة ضبط بؤرة العدسة بعد كل تغيير.

تم تسجيل براءة اختراع أول عدسة تكبير/تصغير حقيقية ، والتي حافظت على تركيز شبه حاد مع تغيير البعد البؤري الفعال لمجموعة العدسة، في عام 1902 بواسطة كليل سي. ألين ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 696,788 ). ^{[ 8 ] : 155} ويمكن رؤية استخدام مبكر لعدسة التكبير/التصغير في السينما في اللقطة الافتتاحية لفيلم "إت" من بطولة كلارا بو، من عام 1927. وكان أول إنتاج صناعي هو عدسة "فارو" من بيل آند هاول كوك،  بقياس 40-120 مم، لكاميرات الأفلام 35 مم، والتي طُرحت في عام 1932. ^{[ 8 ] : 156} وكانت عدسة "فاروتال 3" من إنتاج شركة رانك تايلور هوبسون البريطانية ، والتي صُنعت عام 1953، هي عدسة التكبير/التصغير التلفزيونية المبكرة الأكثر إثارة للإعجاب .

• 
  عدسة Voigtländer Zoomar من شركة Kilfitt، مقاس 36-82  ملم f / 2.8
• 
  مقطع عرضي لعدسة التكبير Fujinon XF100-400mm
• 
  كاميرا كانون مزودة بعدسة تكبير/تصغير 35-70 مم بفتحة عدسة f /2.8-3.5 . تتميز عدسات التكبير/التصغير بمرونتها، لكن يعيبها جودة الصورة. أما العدسات الثابتة فتتمتع بجودة صورة أفضل.

كانت عدسة كيلفيت 36-82  مم/2.8 زوومار، التي طُرحت عام 1959، أول عدسة متغيرة البؤرة تُنتج بانتظام للتصوير الفوتوغرافي الثابت بقياس 35 مم . ^{[ 9 ]} صُممت أول عدسة تكبير حديثة للأفلام، وهي بان-سينور، حوالي عام 1950 على يد المهندس الفرنسي روجر كوفيلييه ، الذي كان يعمل لدى شركة SOM-Berthiot . وكانت مزودة بنظام تكبير بصري للتعويض. في عام 1956، قدم بيير أنجينيو نظام التعويض الميكانيكي، الذي يُتيح التركيز الدقيق أثناء التكبير، في عدسته 17-68 مم لفيلم 16 مم، والتي صدرت عام 1958. في العام نفسه، استُخدم النموذج الأولي لعدسة أنجينيو 35-140 مم، وهي نسخة 35 مم من عدسة التكبير 4x من أنجينيو، لأول مرة من قِبل مدير التصوير السينمائي روجر فيلوس في إنتاج فيلم جولي لا روس. حصل أنجينيو على جائزة تقنية عام 1964 من أكاديمية الصور المتحركة لتصميم عدسات التكبير 10 إلى 1، بما في ذلك عدسة 12-120 ملم لكاميرات الأفلام 16 ملم وعدسة 25-250 ملم لكاميرات الأفلام 35 ملم.

بسبب حجمها النسبي، لم يتم تصميم عدسة تكبير بأبعاد صغيرة بما فيه الكفاية إلا في عام 1986، ووجدت أخيرًا طريقها إلى كاميرا مدمجة للمستهلكين (كاميرا التصوير الفوري)، وهي كاميرا Pentax Zoom 70.

منذ ذلك الحين، سهّلت التطورات في تصميم العدسات البصرية ، ولا سيما استخدام الحواسيب في تتبع الأشعة الضوئية ، تصميم وبناء عدسات التكبير بشكل كبير، وهي تُستخدم الآن على نطاق واسع في التصوير الفوتوغرافي الاحترافي والهواة. ^{[ 8 ] : 167}

تتعدد تصاميم عدسات التكبير، وأكثرها تعقيدًا قد تحتوي على أكثر من ثلاثين عنصرًا عدسيًا منفردًا وأجزاء متحركة متعددة. مع ذلك، تتبع معظمها نفس التصميم الأساسي. تتكون عمومًا من عدد من العدسات المنفردة، إما ثابتة أو متحركة محوريًا على طول جسم العدسة. عند تغيير تكبير عدسة التكبير، من الضروري تعويض أي حركة في مستوى البؤرة للحفاظ على وضوح الصورة. يمكن إجراء هذا التعويض ميكانيكيًا (تحريك مجموعة العدسة بالكامل أثناء تغيير التكبير) أو بصريًا (ضبط موضع مستوى البؤرة بحيث يتغير بأقل قدر ممكن أثناء تكبير العدسة).

يقسم مخطط بسيط لعدسة التكبير/التصغير التجميع إلى جزأين: عدسة تركيز مشابهة لعدسة التصوير الفوتوغرافي القياسية ذات البعد البؤري الثابت، تسبقها نظام تكبير/ تصغير لا بؤري ، وهو عبارة عن ترتيب لعناصر عدسة ثابتة ومتحركة لا تركز الضوء، ولكنها تغير حجم شعاع الضوء الذي يمر من خلالها، وبالتالي التكبير الكلي لنظام العدسة.

في هذه العدسة التكبيرية البسيطة ذات التعويض البصري، يتكون النظام البؤري من عدستين محدبتين (متقاربتين) متساويتين في البعد البؤري (العدستان _L1 و L3 ) _مع عدسة سالبة (مفرقة) _{بينهما ، ببعد بؤري مطلق} أقل من نصف البعد البؤري للعدستين المحدبتين. العدسة L3 ثابتة، بينما يمكن تحريك العدستين _L1 و L2 محوريًا بعلاقة غير خطية محددة. عادةً ما تتم هذه الحركة بواسطة مجموعة معقدة من التروس والكامات داخل هيكل العدسة، على الرغم من _{أن بعض العدسات التكبيرية الحديثة تستخدم} محركات مؤازرة يتم التحكم فيها بواسطة الحاسوب لتنفيذ هذا التموضع.

بينما تتحرك العدسة السالبة L2 _من مقدمة العدسة إلى مؤخرتها، تتحرك العدسة _L1 للأمام ثم للخلف في قوس مكافئ. ونتيجةً لذلك، يتغير التكبير الزاوي الكلي للنظام، مما يُغير البعد البؤري الفعال لعدسة التكبير الكاملة. عند كل نقطة من النقاط الثلاث الموضحة، يكون نظام العدسات الثلاث لا بؤريًا (لا يُباعد الضوء ولا يُجمّعه)، وبالتالي لا يُغير موضع مستوى بؤرة العدسة. بين هذه النقاط، لا يكون النظام لا بؤريًا تمامًا، ولكن قد يكون الاختلاف في موضع مستوى البؤرة صغيرًا بما يكفي (حوالي ±0.01 مم في عدسة مصممة جيدًا) بحيث لا يُحدث تغييرًا ملحوظًا في وضوح الصورة. 

تُعدّ معالجة الانحرافات البصرية (مثل الانحراف اللوني ، وخاصةً انحناء المجال ) عبر نطاق تشغيل العدسة بأكمله مسألةً بالغة الأهمية في تصميم العدسات المُقرّبة؛ إذ تُعتبر هذه المعالجة أصعب بكثير في العدسات المُقرّبة مقارنةً بالعدسات الثابتة، التي لا تحتاج إلا إلى تصحيح الانحرافات عند بُعد بؤري واحد. وقد شكّلت هذه المشكلة سببًا رئيسيًا لبطء انتشار العدسات المُقرّبة، حيث كانت التصاميم الأولى أقل جودةً بكثير من العدسات الثابتة المعاصرة، ولم تكن قابلةً للاستخدام إلا مع نطاق ضيق من أرقام البؤرة . وقد مكّنت تقنيات التصميم البصري الحديثة من تصنيع عدسات مُقرّبة ذات تصحيح جيد للانحرافات عبر نطاق واسع من الأبعاد البؤرية وفتحات العدسة.

بينما تتطلب العدسات المستخدمة في التصوير السينمائي والفيديو الحفاظ على التركيز عند تغيير البعد البؤري، لا يوجد مثل هذا الشرط في التصوير الفوتوغرافي الثابت أو عدسات التكبير/التصغير المستخدمة كعدسات عرض. ولأن من الصعب تصميم عدسة لا يتغير تركيزها بنفس جودة الصورة التي توفرها عدسة يتغير تركيزها، فإن هذه التطبيقات الأخيرة غالبًا ما تستخدم عدسات تتطلب إعادة ضبط التركيز بعد تغيير البعد البؤري (وبالتالي تُعتبر، بالمعنى الدقيق، عدسات متغيرة البؤرة ، وليست عدسات تكبير/تصغير). وبما أن معظم كاميرات التصوير الفوتوغرافي الثابتة الحديثة مزودة بخاصية التركيز التلقائي ، فإن هذا لا يُشكل مشكلة.

غالبًا ما يضحي مصممو العدسات المقربة ذات نسب التكبير العالية بواحد أو أكثر من عيوب الصورة مقابل الحصول على وضوح أعلى. على سبيل المثال، يُسمح بدرجة أكبر من تشوه البرميل والوسادة في العدسات التي تغطي نطاق البعد البؤري من الزاوية العريضة إلى التقريب البعيد بنسبة تكبير 10 أضعاف أو أكثر، مقارنةً بما هو مقبول في العدسات ذات البعد البؤري الثابت أو العدسات المقربة ذات النسبة الأقل. ورغم أن أساليب التصميم الحديثة تعمل باستمرار على تقليل هذه المشكلة، إلا أن تشوه البرميل الذي يزيد عن واحد بالمئة شائع في هذه العدسات ذات النسبة العالية. ومن التكاليف الأخرى التي تُدفع، أنه عند ضبط العدسة على أقصى مدى للتقريب البعيد، يتغير البعد البؤري الفعلي بشكل ملحوظ عند تركيز العدسة على الأجسام القريبة. وقد ينخفض ​​البعد البؤري الظاهري إلى أكثر من النصف عند تركيز العدسة من اللانهاية إلى مسافة متوسطة. ويُلاحظ هذا التأثير، بدرجة أقل، في العدسات ذات البعد البؤري الثابت التي تُحرك عناصر العدسة الداخلية، بدلاً من العدسة بأكملها، لإحداث تغييرات في التكبير.

العديد من العدسات التي تسمى "عدسات التكبير"، وخاصة في حالة الكاميرات ذات العدسات الثابتة، هي في الواقع عدسات متغيرة البؤرة ، مما يمنح مصممي العدسات مرونة أكبر في المفاضلات المتعلقة بالتصميم البصري (نطاق البعد البؤري، والفتحة القصوى، والحجم، والوزن، والتكلفة) مقارنة بعدسات التكبير البؤرية الحقيقية، وهو أمر عملي بسبب التركيز التلقائي، ولأن معالج الكاميرا يمكنه تحريك العدسة للتعويض عن التغيير في موضع مستوى البؤرة أثناء تغيير التكبير ("التكبير")، مما يجعل التشغيل مماثلاً بشكل أساسي لعدسة التكبير البؤرية الحقيقية.

• التكبير (صناعة الأفلام)
• كاميرا بانورامية قابلة للإمالة والتكبير (PTZ)
• كاميرا فيديو احترافية
• عدسة زوومار
• سوبر زوم

حسب البعد البؤري

• عدسة واسعة الزاوية
• عدسة عادية
• عدسة تقريب