ズームレンズとコンパクトカメラがズーム範囲全体で最大口径を変えているのはなぜですか？

ズームを大きくすると、カメラの最大（許容）絞りが小さくなるのはなぜですか？

短い答えは、そのようなレンズを製造する方が安価だからです。レンズが長く、口径が広いほど、レンズ内の光学素子が大きくなります。したがって、レンズを製造するための費用が大きくなります。

70-200 / 2.8のようなレンズには、200mm / 2.8 = 72mmの前面光学素子が必要です。これはガラスの塊です。一方、70-300 / 4-5.6は幅300mm / 5.6 = 54mmである必要があります。フルレンジでf / 4の場合、光学素子の幅は75mmである必要があり、はるかに高価な70-200 / 2.8よりも大きくなります。

あなたの質問では、「カメラの最大開口」と言います。カメラには絞りがありません-レンズにはあります。特に一眼レフカメラでは、わずかではありますが重要な違いがあります。レンズを取り外すと、カメラは前面に大きな穴のある軽いバケツであることがわかります。

詳細：

開口部は、レンズの焦点距離と前面光学素子のサイズの比です。本質的に

口径=焦点距離/光学素子サイズ

たとえば、50mm f / 1.8レンズの要素サイズは28 mm（50 / 1.8）です。

なぜF値が線形ではないように見えるのか疑問に思っているのなら、それはレンズによって収集される光の量が、焦点距離を開口の2乗で割ったものに比例するためです。この2の累乗のため、5.6 / 4 = sqrt（2）であるため、f / 4はf / 5.6の2倍の光を収集します。

F値は、開口部と焦点距離の比です。直径が固定され、ズームレンズの前部要素のすぐ後ろにある開口部を想像してください。実際の焦点距離に関係なく。この場合、ズームイン（FLを増加）すると、比率は小さくなります（F番号は大きくなります）。ズームアウトすると、比率が増加します（F値が小さくなります）。

固定開口レンズでは、光学/機械設計により、ズーム範囲全体で比率が維持されます。これにより、ズームイン中にズームインしたり、ズームアウトしたりすることができます。アウトになっているときに最大絞りが必要な場合は、アウト中に絞りを止める心配はありません。