Dlaczego obiektywy nie są zaprojektowane z bardzo dużymi otworami do autofokusa poza tym, co jest używane do obrazowania?

Historycznie projektowanie soczewek o dużej aperturze było trudne, ponieważ korekcja aberracji optycznych powstających przy dużych otworach wymaga skomplikowanych konstrukcji i bardzo dużych ilości szkła. Teoretycznie, gdyby nie przejmować się aberracjami, łatwo byłoby zaprojektować soczewkę z niemal dowolną aperturą. W takim przypadku jedyną różnicą między powiedzmy f / 1.4 i konstrukcją f / 4 byłby fizyczny rozmiar przysłony, a zatem przedniego elementu.

Biorąc pod uwagę, że tak jest, zaprojektowanie obiektywu, który zawsze zatrzymywał się do akceptowalnej wartości przysłony, by robić zdjęcia, powinno być względnie trywialne, ale podczas ustawiania ostrości pozostawało na niewielkiej wartości przysłony. Na przykład, jeśli weźmiemy hipotetyczny obiektyw 200 mm f / 4, obiektyw będzie robił zdjęcia tylko przy f / 4 lub węższych przysłonach, ale może ustawić ostrość na powiedzmy f / 2.8 lub nawet f / 2.

Dodatkowa ilość szkła w takim projekcie wystarczy tylko do skorygowania aberracji optycznych, aby uzyskać wystarczająco precyzyjne ustawienie ostrości i wpuścić wystarczającą ilość światła, pozwalając zaoszczędzić na wadze i materiale, a tym samym obniżyć cenę. Konstrukcja powinna w najlepszym przypadku być zasadniczo identyczna z soczewką o tym samym „prawdziwym” otworze, co przysłona „do robienia zdjęć” hipotetycznej soczewki, z wyjątkiem większego elementu przedniego.

Mam na myśli szczególnie konstrukcje obiektywów, które nie wykazują znacznego przesunięcia ostrości podczas przymykania. Oczywiście konstrukcje soczewek, które mają wystarczającą aberrację sferyczną, aby stało się to problemem, nie mogły być zaprojektowane w ten sposób.

Taki projekt byłby korzystny dla obiektywów we wszystkich przedziałach cenowych, ponieważ umożliwiłby szybsze ustawianie ogniskowych zoomów konsumenckich tylko przy nieznacznie wyższych cenach, ale także umożliwiłby szybkie ekstremalne teleobiektywy premium (takie jak obiektyw 800 mm, który ustawia ostrość na f / 4, ale strzela do f / 5.6).

Czy istnieje techniczny lub handlowy powód, dla którego takie projekty nie są szeroko stosowane?

Podstawowym czynnikiem wpływającym na koszt obiektywu nie jest korekcja aberracji, chociaż korekcja aberracji zwiększa koszty obiektywu i może być bardziej znaczącym czynnikiem w przypadku obiektywów o szerszym kącie. Ogólnie rzecz biorąc, głównym kosztem soczewki jest „szkło”. Umieszczam szkło w cudzysłowie, ponieważ czasami są to inne materiały, takie jak fluoryt lub siatka dyfrakcyjna lub dyfrakcyjna dyspersja cząstek, jednak zaawansowane elementy soczewki zwykle kosztują WIĘCEJ.

Nie można uzyskać określonej wartości przysłony bez odpowiedniego powiększenia z obu końców obiektywu, aby ta przysłona miała właściwy rozmiar . Pojęcie „fizycznej apertury” jest ogólnie mylące. To, co nazywamy aperturą obiektywu, często nazywane aperturą fizyczną, jest prawidłowo określane jako źrenica wejściowa . Źrenica wejściowa to otwór obserwowany przez przód soczewki w odległości „nieskończoności” (lub innymi słowy, wystarczająco duża odległość, aby obserwacja była kolimowana). Źrenica wejściowa obiektywu 600 mm z Przysłona względna f / 4 musi wynosić 150 mm, jak widać z przodu obiektywu. Aby osiągnąć to powiększenie, dwie rzeczy muszą być:

1. Aby uzyskać to powiększenie, należy użyć odpowiednich elementów soczewki, każdy o odpowiednim powiększeniu.
2. Przedni element musi mieć co najmniej 150 mm średnicy.

Pomyśl o tym przez chwilę ... przedni element o średnicy 150 mm. To ma średnicę 6 cali, mniej więcej szerokość dłoni. To jest OGROMNE. Ponadto przednia połowa lufy do przysłony jest tylko lekko zwężona i istnieje szereg dodatkowych elementów soczewek, które należy zastosować w oprócz przedniego elementu, aby osiągnąć punkt # 1, a także skorygować aberracje. Masz więc liczbę soczewek od 4 "do 6" w przedniej połowie tubusu, na wierzchu wszystkich elementów soczewki za przysłoną, aby prawidłowo rzutuje obraz prostoliniowy na czujnik, z których każdy ma jeszcze cal do kilku cali. Wszystkie te szklane KOSZTY!

Zastąpienie elementu asferycznego, który koryguje aberracje, elementem sferycznym, który prawdopodobnie nie zmniejszy kosztów, ale nie o szczególnie znaczącą kwotę, chyba że mówimy o bardzo krótkich ogniskowych to zoomy szerokokątne (gdzie koszt korekcji aberracji bywa bardziej znaczący czynnik kosztowy, ponieważ ogólna ilość szkła jest znacznie niższa niż w przypadku dłuższych ogniskowych.) Jednak niezależnie od rodzaju obiektywu zwykle większą część kosztu stanowi przedni element, może przednia para elementów.

Nawet w obiektywie szerokokątnym przedni element będzie zwykle wielokrotnie większy niż to konieczne, aby uzyskać prawidłową źrenicę wejściową, tylko w tym przypadku konieczne jest zgięcie światła pod wystarczająco szerokim kątem, a nie zebranie wymaganej ilości światła . W obiektywie szerokokątnym przedni element może być wielokrotnością całkowitej objętości dowolnego innego pojedynczego elementu soczewki. Koszty szkła

Jak twierdzisz, ilość dodatkowego szkła wystarczy tylko, aby pozwolić na większy otwór. Pamiętaj, że każde zatrzymanie przysłony jest CZYNNIKIEM DWÓCH zmian OBSZARU apertury. Jeśli masz obiektyw 600 mm f / 5.6, przysłona wynosi 107 mm lub ~ 11 500 mm ^ 2. Jeśli chcesz zrobić obiektyw 600 mm f / 4, nawet jeśli nie zależy ci na korygowaniu aberracji, jest to apertura 150 mm ... lub 22 500 mm ^ 2 !! PODWYŻSZONO minimalną powierzchnię wymaganą do obsługi apertury i prawdopodobnie ponad dwukrotnie podniosłem głośność (większe elementy są zwykle również grubsze, więc całkowity wzrost głośnościmoże więcej niż dwukrotnie). A to tylko z przodu elementu ... jest jeszcze około 12-18 więcej! Ilość szkła, pod względem objętości, wymagająca zaledwie wystarczającej ilości, aby utrzymać większy otwór, jest ponad dwukrotnie większa niż jest to konieczne do następnego przymknięcia. Nie lekceważ tego kosztu.

Jak wspomnieli inni, wiele obiektywów już robi dokładnie to, co teoretyzowałeś: pozwól, aby IQ cierpiało na maksymalnym otworze, wymagając, aby obiektyw był przymykany aż do zatrzymania, aby w pełni zrealizować maksymalny potencjał ostrości. Ogólnie rzecz biorąc, tańsze soczewki klasy konsumenckiej to robią, zwykle z powodu wielu czynników (tańsze szkło, prostszy iw pełni zautomatyzowany proces produkcji, zautomatyzowany montaż itp.)

Jedynym głównym powodem, dla którego tańsze soczewki są tańsze, jest jednak ... maksymalny otwór przysłony. Większość obiektywów konsumenckich, a także większość obiektywów innych firm, używa mniejszych maksymalnych otworów. Większość szerokokątnych i teleobiektywów klasy konsumenckiej maksymalizuje wartość przysłony na przysłonie f / 3.5, zwykle nie jest stała, więc f / 3.5-5.6. Wiele teleobiektywów innych firm zaczyna się od f / 5.6, a nazwy marek zaczynają się od f / 4, a teleobiektywy innych firm często używają f / 5.6-6.3, podczas gdy markowe teleobiektywy często oferują f / 4 lub nawet f / 2.8 stały otwór. Maksymalny otwór jest głównym czynnikiem napędzającym koszty, ponieważ wyraźnie wpływa na całkowitą wymaganą objętość szkła.

Elementy soczewek korekcyjnych zaprojektowane w celu zmniejszenia aberracji, takie jak elementy asferyczne, elementy fluorytowe, elementy dyfrakcyjne, elementy o ultra-niskiej dyspersji itp. - wszystko to kosztuje, jednak ponowne wykonanie dużego elementu fluorytowego 5 "dla teleobiektywu f / 4 jest znacznie droższe niż wykonanie 3-elementowego fluorytu dla teleobiektywu f / 5.6. Znowu ... każda zmiana przysłony przy każdym zatrzymaniu jest czynnikiem dwóch zmian powierzchni i jeszcze większej zmiany całkowitej objętości szkła.

W planie jest jedna drobna wada od wieku młodzieńczego: aberracje (szczególnie, ale nie wyłącznie, aberracja sferyczna) są głównym winowajcą zjawiska przesunięcia ostrości. Zasadniczo oznaczałoby to, że „soczewka ogniskująca” nie będzie miała dokładnie takiej samej ogniskowej, co „soczewka odbierająca”, więc obrazy precyzyjnie zogniskowane na większym otworze będą nieostre na mniejszych przysłonach (przynajmniej do głębi pola) staje się wystarczająco duży, aby ukryć / zamaskować różnicę).

Oczywiście istnieje wiele sposobów rozwiązania tego problemu. Hasselblad odwzorowuje znane zmiany ogniskowej obiektywów na różnych otworach w ramach systemu True Focus. Ale aby się tam dostać i zrobić to niezawodnie, Hasselblad musiał zamknąć system. (Poza tym, aby ożenić się z ciałami i plecami. Nie martw się zbytnio o to; system pozwala na złożone społeczeństwo poligamiczne / zmieniające partnerów, pod warunkiem, że wszystkie połączenia są odpowiednio błogosławione w fabryce.) dla całego świata lustrzanek cyfrowych w formacie APS-C / 135 i kamer EVIL / MILC, oznaczałoby to, że nowy typ obiektywu działałby tylko na nowych korpusach i że korpusy musiałyby „znać” charakterystykę obiektywów ta strategia. A to oznaczałoby nawet ciaśniejsze tolerancje niż są obecnie dozwolone (i musimy adjstments Microfocus aby jepracować na wysokim poziomie), aby przewidywane przesunięcie ostrości i faktyczne przesunięcie ostrości dobrze odpowiadały.

Zaoszczędzisz więc trochę pieniędzy na jednej części obiektywu (szybie), zwiększając koszt reszty obiektywu i korpusu aparatu. I musisz wyjaśnić ludziom, dlaczego ich obiektywy f / 1.2 to tak naprawdę tylko f / 2.8s, co wymagałoby trochę marketingu. I prawdopodobnie odetniesz dopływ krwi innej firmy. To może być w porządku, jeśli jesteś Hasselblad, upraszczając to, co było doświadczeniem Frankensteina (to tak naprawdę jedyny cyfrowy wymienny MF, który nie wydaje się w tej chwili przypadkiem połączonych ze sobą części), jest na ograniczonym i zróżnicowanym rynku, i ma tylko jednego konkurenta. Jest to ogromne ryzyko z wieloma potencjalnymi wadami na rynku „towarów”.

Prawdopodobnie słyszałeś, jak ludzie opisują niektóre obiektywy jako „niezwykle miękkie szeroko otwarte, ale dające się prześledzić na f / 2.8 i doskonałe od f / 4” lub podobne. Dzieje się tak dlatego, że zasadniczo te soczewki są już zaprojektowane w sposób, jaki sugerujesz, choć dodatkowo są ograniczone przez rozmiar, wagę, złożoność, koszt i inne czynniki konstrukcyjne. Pozwalają także używać obiektywu na szerszych otworach, jeśli naprawdę chcesz zrobić zdjęcie w ten sposób, jako swego rodzaju bonus.

Oprócz podstawowego problemu przesunięcia ostrości, więcej obiektywów nie robi tego w jeszcze bardziej ekstremalny sposób, ponieważ w prawdziwym świecie te inne czynniki są bardzo znaczące - i, ogólnie rzecz biorąc, ważniejsze niż ta korzyść. Zwiększenie maksymalnej przysłony, nawet bez względu na jakość obrazu, wymaga, aby obiektyw był większy, cięższy i droższy, tylko dlatego, że szkło to wszystko. Niewielu ludzi chciałoby, aby te kompromisy w zamian za nieco lepszy autofocus.

Dodatkowe szkło w szybkim obiektywie służy nie tylko do korygowania aberracji. Pełny otwór musi być widoczny w całym polu widzenia, co oznacza, że ​​dla średnich i szerokich obiektywów, nie można po prostu zwiększyć przysłony, trzeba by również powiększyć wszystkie elementy przed przysłoną.

Ale twój pomysł jest skuteczny w przypadku obiektywów wielkoformatowych. Wiele z tych obiektywów ma przysłonę f / 5.6, ale to tylko po to, aby udowodnić wystarczająco jasny obraz, aby można było ustawić ostrość za pomocą szkła naziemnego, strzelałbyś z tą aperturą z powodu problemów z głębią ostrości, kątem i ostrością.