Почему объективы не разработаны с очень большой диафрагмой для автофокусировки, помимо того, что используется для получения изображений?

Исторически, проектирование линз с большой апертурой было трудным, потому что исправление оптических аберраций, возникающих из-за больших апертур, требует сложных конструкций и очень большого количества стекла. Теоретически, если не заботиться об аберрациях, было бы легко спроектировать объектив с почти любой произвольной апертурой. В таком случае единственной разницей между, скажем, дизайном f / 1.4 и f / 4 будет физический размер апертуры и, следовательно, переднего элемента.

Учитывая, что это так, следует разработать относительно простой проект объектива, который всегда останавливался до приемлемой апертуры для съемки изображений, но оставался на небольшой диафрагме при фокусировке. Например, если бы мы взяли гипотетический объектив 200 мм f / 4, объектив получал бы изображения только с диафрагмой f / 4 или более узкой апертурой, но он мог бы фокусироваться, скажем, на f / 2,8 или даже f / 2.

Дополнительное количество стекла в такой конструкции должно быть достаточным только для коррекции оптических аберраций для достижения достаточно точной фокусировки и для обеспечения достаточного количества света, что позволяет сэкономить вес и материал и, следовательно, снизить цену. Конструкция должна, в лучшем случае, быть по существу идентичной объективу с такой же «истинной» апертурой, что и «фотографическая» апертура гипотетической линзы, за исключением большего переднего элемента.

Я имею в виду конкретно конструкции линз, которые не показывают значительного смещения фокуса при остановке. Очевидно, что конструкции линз, которые имеют достаточные сферические аберрации для того, чтобы это стало проблемой, не могут быть разработаны таким образом.

Такой дизайн будет полезен для объективов во всех ценовых диапазонах, поскольку он позволит делать более быструю фокусировку при небольшом увеличении цены при небольшом увеличении, но также позволяет быстро фокусировать премиум-экстримальные снимки премиум-класса (такие как объектив 800 мм, который фокусируется на f / 4, но стреляет в f / 5.6).

Есть ли техническая или коммерческая причина, по которой такие конструкции не получили широкого распространения?

Фундаментальный фактор стоимости объектива - это не коррекция аберраций, хотя коррекция аберраций действительно увеличивает стоимость линзы и может быть более существенным фактором в широкоугольных объективах. Вообще говоря, основная стоимость линзы - это «стекло». Я помещаю стекло в кавычки, потому что иногда это другие материалы, такие как флюорит или дифракционная решетка или дисперсия дифракционных частиц, однако усовершенствованные линзовые элементы обычно стоят БОЛЬШЕ.

Вы не можете получить указанную апертуру, не имея соответствующего увеличения с обоих концов объектива, чтобы эта апертура выглядела как правильный размер . Понятие «физической апертуры» обычно неверно. То, что мы называем апертурой линзы, которую часто называют физической апертурой, правильно называют входным зрачком . Входной зрачок - это апертура, наблюдаемая через переднюю часть объектива на расстоянии «бесконечности» (или, другими словами, на достаточно большом расстоянии, на котором можно наблюдать коллимированный свет.) Входной зрачок объектива 600 мм с Относительная диафрагма f / 4 должна составлять 150 мм, если смотреть через переднюю часть объектива. Чтобы достичь этого увеличения, две вещи должны быть:

1. Правильные линзовые элементы, каждый с правильным увеличением, должны использоваться для достижения этого увеличения.
2. Передний элемент должен быть не менее 150 мм в диаметре.

Подумайте об этом на мгновение ... элемент передней линзы диаметром 150 мм. Это 6 "в диаметре, примерно на ширину руки. Это ОГРОМНО. Вдобавок к этому передняя половина ствола до диафрагмы лишь слегка сужена, и есть ряд дополнительных линзовых элементов, которые должны использоваться в добавление к переднему элементу для достижения точки # 1, а также для исправления аберраций. Таким образом, у вас есть ряд линз от 4 "до 6" в передней половине ствола, поверх всех элементов линзы за диафрагмой до правильно проецировать прямолинейное изображение на сенсор, каждый из которых по-прежнему диаметром от дюйма до нескольких дюймов. Все это стекло стоит!

Замена асферического элемента, который исправляет аберрации, на сферический элемент, который, вероятно, не приведет к снижению затрат, но не на особенно значительную величину, если мы не говорим об очень коротких фокусных расстояниях, это широкоугольные зумы (где стоимость коррекции аберраций имеет тенденцию быть более существенный фактор стоимости, так как общее количество стекла намного меньше, чем при более длинных фокусных расстояниях.) Однако, независимо от типа объектива, обычно большую часть стоимости составляет передний элемент, возможно, передняя пара элементов.

Даже в широкоугольном объективе передний элемент обычно будет во много раз больше, чем необходимо для достижения правильного входного зрачка, только в этом случае необходимо изгибать свет под достаточно широким углом, а не собирать необходимое количество света , В широкоугольном объективе передний элемент может во много раз превышать общий объем любого другого объектива. Стекло стоит.

Как вы утверждаете, количество дополнительного стекла должно быть достаточным только для увеличения апертуры. Помните, что каждая остановка в диафрагме является фактором двух изменений в области диафрагмы. Если у вас объектив с фокусным расстоянием 600 мм f / 5,6, то диафрагма будет 107 мм, или ~ 11 500 мм ^ 2. Если вы хотите сделать объектив с фокусным расстоянием 600 мм f / 4, даже если вас не волнует исправление аберраций, это диафрагма 150 мм ... или 22 500 мм ^ 2 !! Вы удвоили минимальную площадь, необходимую для поддержки диафрагмы, и, вероятно, более чем удвоили объем (более крупные элементы обычно также толще, поэтому общее увеличение объемаможет более чем вдвое). И это только для переднего элемента ... их еще около 12-18! Количество стекла, с точки зрения объема, которого едва хватает для поддержания большей апертуры, более чем вдвое превышает необходимое для следующей остановки вниз. Не стоит недооценивать эту стоимость.

Как уже упоминали другие, многие объективы уже делают именно то, что вы теоретизировали: позволяют IQ страдать при максимальной диафрагме, требуя, чтобы объектив был остановлен на столько же, сколько остановка или около того, чтобы полностью реализовать максимальный потенциал резкости. Вообще говоря, более дешевые линзы потребительского класса делают это, как правило, в результате множества факторов (более дешевое стекло, более простой и полностью автоматизированный процесс производства, автоматизированная сборка и т. Д.)

Единственная основная причина, почему более дешевые линзы дешевле, однако ... это меньшие максимальные диафрагмы. Большинство объективов потребительского уровня, а также большинство объективов сторонних производителей используют меньшие максимальные значения диафрагмы. Большинство широкоугольных и телеобъективов потребительского уровня максимально увеличиваются при f / 3,5, обычно не постоянны, поэтому f / 3,5-5,6. Многие телеобъективы сторонних производителей начинаются с f / 5.6, а названия брендов начинаются с f / 4, а сторонние телеобъективы часто используют f / 5.6-6.3, в то время как телеобъективы известных брендов часто предлагают f / 4 или даже f / 2.8. постоянная апертура. Максимальная апертура является основным фактором, влияющим на стоимость, поскольку она явно определяет общий объем необходимого стекла.

Корректирующие линзовые элементы, разработанные для уменьшения аберраций, такие как асферические элементы, флюоритовые элементы, дифракционные элементы, элементы со сверхнизкой дисперсией и т. Д., Все увеличивают стоимость, однако, опять же, создание большого 5-дюймового флюоритового элемента для телеобъектива f / 4 значительно дороже, чем изготовление 3 "флюоритового элемента для телеобъектива f / 5.6. Опять же ... каждое изменение диафрагмы является фактором двухкратного изменения площади и еще большего изменения общего объема стекла.

В этом плане есть небольшой недостаток: аберрации (в частности, сферическая аберрация, но не только) являются основной причиной явления смещения фокуса. По сути, это будет означать, что ваша «фокусирующая линза» не будет иметь точно такое же фокусное расстояние, что и ваша «снимающая линза», поэтому изображения, сфокусированные идеально на большей диафрагме, будут не сфокусированы на меньших диафрагмах (по крайней мере, до глубины резкости). становится достаточно большим, чтобы скрыть / скрыть разницу).

Конечно, есть способы обойти эту проблему. Hasselblad отображает известные смещения фокуса своих линз при различных значениях диафрагмы как часть своей системы True Focus. Но чтобы попасть туда и сделать это надежно, Хасселбладу пришлось закрыть систему. (Как и жениться на телах и спинах. Не беспокойтесь об этом; система допускает сложное полигамное / обменное общество, при условии, что все подключения должным образом благословлены на заводе.) для всего мира зеркальных фотокамер формата APS-C / 135 и камер EVIL / MILC, это будет означать, что новый тип объектива будет работать только на новых телах, и что телам придется «знать» характеристики линз, используя эта стратегия. И это будет означать даже более жесткие допуски, чем разрешено в настоящее время (и нам нужны микрофокусные приспособления, чтобы сделать ихработать на высоком уровне), чтобы прогнозируемое смещение фокуса и фактическое смещение фокуса хорошо соответствовали.

Таким образом, вы экономите немного денег на одной части объектива (стекла), делая как остальную часть объектива, так и корпус камеры более дорогой. И вы должны объяснить людям, почему их объективы f / 1.2 на самом деле всего лишь f / 2.8s, что потребовало бы немного маркетинга. И вы, скорее всего, отключите стороннее кровоснабжение. Это может быть хорошо, если вы Hasselblad, упрощая то, что было опытом Франкенштейна (это действительно единственная цифровая СЧ с взаимозаменяемыми задними частями, которая на данный момент не похожа на случайные части, склеенные вместе), на ограниченном и редком рынке. и только один конкурент. Это огромный риск с большим количеством потенциальных недостатков на «товарном» рынке.

Вы, наверное, слышали, как люди описывают некоторые объективы как «необычно мягкие широко открытые, но проходимые при f / 2,8 и отличные от f / 4» или подобные. Это связано с тем, что в основном эти линзы уже спроектированы так, как вы предлагаете, хотя они дополнительно ограничены размером, весом, сложностью, стоимостью и другими конструктивными факторами. И они также позволяют использовать объектив с более широкой диафрагмой, если вы действительно хотите сделать снимок таким образом, в качестве своего рода бонуса.

В дополнение к основной проблеме смещения фокуса, больше линз не делают это еще более экстремальным способом, потому что в реальном мире эти другие факторы очень важны - и, как правило, более важны, чем это преимущество. Увеличение максимальной диафрагмы, даже без учета качества изображения, требует, чтобы объектив был больше, тяжелее и дороже, потому что стекло - это все эти вещи. Мало кто захочет добиться такого компромисса в обмен на чуть лучший автофокус.

Дополнительное стекло в быстром объективе предназначено не только для исправления аберраций. Полная диафрагма должна быть видна по всему полю зрения, то есть для объективов средней или большой ширины, вы не можете просто увеличить апертуру, вы должны сделать все элементы перед диафрагмой намного больше.

Но ваша идея в некотором роде с объективами большого формата. Многие из этих объективов имеют f / 5,6, но это просто для того, чтобы получить достаточно яркое изображение, чтобы сфокусироваться с помощью матового стекла. Вы бы снимали в этой диафрагме из-за глубины резкости, угла и резкости.