なぜ一部のズームレンズは焦点距離範囲の両端で「ソフト」なのですか？
回答:
警告：これは私の「本の長さ」の答えのもう1つです... :-)
まず、ズームレンズのしくみについて簡単に説明します。最も単純なレンズ設計、つまり単一の要素を考えてみましょう。単一要素レンズの大きな問題の1つは、シーンの焦点を合わせるために、レンズの焦点距離によって要素がフィルムプレーン/センサーから離れている必要があるため、300 mmレンズ（たとえば）がセンサーから300mm離れて無限遠に焦点を合わせます。逆に、広角レンズは、無限遠に焦点を合わせるには、フィルム面/センサーに本当に近い必要があります。
レンズデザイナーはすぐにかなりクールなトリックを見つけました。前に短い焦点距離の要素を配置し、その後ろに（少し弱い）負の要素を配置することで、長い有効焦点距離を作成できます。ネガティブエレメントを使用すると、長いレンズで屈折した場合とまったく同じ角度で光がフィルム面に当たります。少し（または多く）誇張すると、次のような置換が行われます。
どちらのレンズも同じ有効焦点距離を持っていますが、（明らかに十分ですが）2番目のレンズは物理的にかなり短いです-カメラの前面をほとんど遠くに突き出す必要はありません。
ただし、2番目の設計で二重になっている上部の線は、2番目のポイントである色収差をもたらします。「内側」の線はレンズを通過する青色光を表し、「外側」の線は赤色光を表します。波長が短いため、青色光は、レンズを通過するときに、赤色光よりも常に屈折（曲がり）します。ただし、ガラスによっては、赤色光と青色光の屈折の差が非常に大きいか、比較的小さい場合があります。
前部要素と後部要素の適切なガラスを選択すると、図に示されているのとほぼ同じ結果が得られます。前部要素の余分な曲げの量は、2番目の要素の余分な曲げの量によって正確に補償されるため、赤と青の光が正確に一緒に焦点を合わせます。
しかし、ズームレンズでは、物事はそれほど簡単にはうまくいきません。ズームレンズを取得するには、2番目のデザインを採用しますが、前部要素に対して後部要素を移動します。この場合、前の要素を前方に移動すると、2番目の要素に入るときに青い光の赤からの発散が少なくなり、2番目の要素の後ろにスペースがないため、より大きく曲がります-としてその結果、正確に一緒に焦点が合うのではなく、青色光が最終的に赤色光の「外側」になり、色収差として画像に表示されます。
逆に、後部要素がセンサーに近づくと、2番目の要素に到達したときに青色光が赤色光から離れて発散します。次に、2番目の要素はセンサーに近いため、赤に収束しません。そのため、センサーに到達しても、赤は「内側」に残ります。ここでも、色収差（ただし、反対方向） ）。
そのままにしておくと、ズームレンズはすべてひどいものになります。焦点距離を変更するたびに、CAが膨大になります。それと戦うために、要素はグループ化されます。前の要素と2番目の要素だけでなく、一方が他方によって導入されたCAを補正する場合、2つの要素グループがあり、それぞれが独自のCAを補正しますが、グループを相互に相対的に移動してもCAを変更します。
それはまだそれほど単純ではありません。要素のグループがCAを完全に補償することは物理的に不可能です。要素は常に、赤い光を曲げる角度よりも大きな角度で青い光を曲げます。よくても、要素を本当に近づけると、赤と青の光が非常に接近してほぼ平行に移動しますが、わずかに離れています。それらをお互いに向かって曲げると、それらは1つの正確な距離でのみ収束します。それ以外の距離では、CAは一方向または他の方向になります。
ただし、すでに述べたように、ズームレンズでは距離が変化する必要があります。レンズ設計者が通常行うことは、最悪の場合のCAを最小限に抑えることです。これは非常に簡単です（少なくとも理論的には）。彼は、後部要素が動く範囲を調べ、その範囲のちょうど真ん中に収束する角度を計算します。この方法で彼は物事を分割しているため、リアエレメントがセンサーに近づくとCAが一方向になり、センサーが遠ざかるともう一方の方向にCAになります。もちろん、それは実際にはリアエレメントだけではありません-彼はすべてのエレメントグループのすべての動きの組み合わせを確認する必要があります（もちろん、それぞれによって導入される分散を考慮に入れなければなりません）。
ただし、範囲を特定したら、通常は差を分割することで最悪のケースを最小限に抑え、範囲のほぼ中央を最適化するため、各方向で少し悪化します。例外は、主に一端または他端で使用されることが予想されるレンズです。この場合、予想される使用範囲にほぼ合わせて最適化し、最悪のケースが実際よりも悪化するという事実に耐えることができます。
もちろん、これはレンズの設計に重要ないくつかの要因の1つだけを見てもいます。設計者は、（少なくとも）コマ収差、非点収差、ケラレ、歪み、球面収差も考慮する必要があります。サイズ、重量、コスト、そして設計した方法で動作する実際のレンズを簡単に製造できることなど、いくつかの細かい詳細。
ズームレンズの設計は、プライム（単一の固定焦点距離）レンズの設計とは異なり、かなり複雑になる傾向があります。プライムレンズを使用すると、色収差、球面収差、ディストーションなどの光学収差を補正するのがはるかに簡単になるため、レンズ要素が少なくなります。レンズの要素が少ないほど（複雑なカメラレンズの構成に使用される個々のガラスレンズ）、ガラスの各部分が光の集束に影響を与えるため、画質は通常より良くなります。
ズームレンズは通常、プライムレンズよりも多くのレンズ要素を備えていますが、かなり多い場合もあります。焦点距離が広い場合、一部のズームレンズは焦点距離よりも長く、背面に「レトロフォーカル」グループが必要です。これらの追加のレンズ要素はすべて光学収差を増加させ、一部は他のレンズ要素の収差を補正します。ズームレンズでは、光学補正は、ズーム範囲全体で最高の全体的な品質が得られるように行う必要があります。これは、通常、どこかで妥協する必要があることを意味します（ケーキを食べて食べることはできません）。
ズームレンズには通常、「より鋭い」ポイントと「より柔らかい」ポイントがあります。それは常に焦点範囲の両極端にあるとは限りません...時には真ん中の右側です。妥協点は、画像の「エッジ」のシャープネスと「中心」のシャープネスを犠牲にすることであり、ある焦点距離では別の焦点距離よりも悪い場合があります。どちらの方法でも、可変焦点範囲に対応するには、必要な複雑さのために妥協が必要です。
より高品質のレンズは、通常、かなりのコストで、収差を補正するために、より高度な光学系を使用することがよくあります。ミッドレンジレンズでは、より多くのレンズを使用して収差を補正し、焦点範囲全体での収差の変化を無視できます。トップグレードのプロフェッショナルレンズは、収差の変動を考慮し、高密度ガラス、低分散ガラス、非球面レンズ要素、蛍石レンズ要素、アポクロマートレンズ要素、追加の矯正グループなどの高度な光学系を使用して、焦点全体で最高の品質を維持しますズームレンズの範囲。妥協はまだプライムレンズに対して行われる必要がありますが、妥協の程度ははるかに少ない傾向があります。
レンズは異常を大幅に修正します。これらの異常は異常として知られています。さまざまな収差があり、より一般的なものには、球面、非点収差、色収差、コマ収差、樽型、糸巻き型、像面湾曲、および焦点外れがあります。
これらの収差がなければ、レンズの設計は非常に簡単になります。1つまたは2つのレンズを一直線に並べるだけで、いつでも完璧な画像が得られます。しかし、これらの異常が存在することはわかっています。これらの収差を1点以外では完全に補正することは不可能です。これらの収差が多いほど、画像はより「柔らかく」見えます。
ほとんどの場合、より高価なレンズを作成することにより、長期間にわたって歪みを最小限に抑えることができます。より高価なレンズは、製造が難しい非球形のレンズを作ることから来ています。
レンズのスイートスポットから離れれば離れるほど、柔らかくなります。焦点距離、絞り、焦点距離の変更はすべて、スイートスポットのインフルエンサーです。したがって、3つのいずれかを変更すると、品質が低下します。レンズの品質が十分高い場合、劣化はほとんど目立ちません。