イメージングに使用されている以上のオートフォーカス用の超大口径で設計されていないのはなぜですか？

歴史的に、大口径レンズからの光学収差を補正するには複雑な設計と非常に大量のガラスが必要になるため、大口径レンズの設計は困難でした。理論的には、収差を気にしないのであれば、ほぼ任意の口径のレンズを設計するのは簡単でしょう。このような場合、たとえばf / 1.4とf / 4の設計の唯一の違いは、開口部の物理的なサイズ、したがってフロントエレメントのサイズです。

これが事実であるとすると、画像を撮るために常に許容可能な絞りまで絞ったレンズを設計することは比較的簡単なはずですが、焦点を合わせたときに小さなFストップのままでした。たとえば、架空の200mm f / 4レンズを撮影する場合、レンズはf / 4以下の絞りでのみ画像を撮影しますが、f / 2.8やf / 2に焦点を合わせる場合があります。

このような設計の追加のガラスは、十分に正確な焦点が達成されるように光学収差を補正し、十分な光を入れるだけで十分であるため、重量と材料を節約し、したがって価格を下げることができます。最良の場合、設計は、より大きな前部要素を除き、仮想レンズの「写真撮影」開口部と同じ「真の」開口部を備えたレンズと本質的に同一でなければなりません。

具体的には、停止時に大きな焦点シフトを示さないレンズ設計について言及しています。明らかに、これが問題になるのに十分な球面収差を持つレンズ設計は、このように設計することはできません。

そのようなデザインは、わずかに高い価格でより速く焦点を合わせる消費者ズームを可能にするだけでなく、高速焦点のプレミアムな極端な望遠（f /に焦点を合わせる800mmレンズなど） 4、ただしf / 5.6で撮影）。

そのような設計が普及していない技術的または商業的な理由はありますか？

レンズのコストの基本的な要因は収差の補正ではありませんが、収差の補正はレンズのコストを増加させ、広角レンズではより重要な要因になる可能性があります。一般的に、レンズの主なコストは「ガラス」です。ガラスを引用符で囲みます。蛍石や回折格子、回折粒子の分散など、他の材料である場合もありますが、通常、高度なレンズ要素の方が費用がかかります。

レンズの両端から適切な倍率を持たないと指定された開口を達成できないため、その開口は正しいサイズに見えます。「物理的開口」の概念は一般に誤った呼び名です。私たちがレンズの開口部と呼ぶもの、しばしば物理的開口部と呼ばれるものは、正確に入射瞳と呼ばれます。入射瞳とは、レンズの前面から「無限」の距離で観察される開口部のことです（言い換えれば、コリメート光の観察に十分な距離です）。レンズの前面から観察した場合、f / 4の相対開口 は 150mmでなければなりません。その倍率を達成するには、次の2つが必要です。

1. それぞれ適切な倍率の適切なレンズ要素を使用して、その倍率を達成する必要があります。
2. 前部要素の直径は少なくとも 150mmでなければなりません。

これについて少し考えてみてください...直径150mmのフロントレンズエレメント。それは直径6インチ、手の幅の広さです。それは巨大です。その上、ダイヤフラムまでのバレルの前半分はわずかに先細りになっており、使用する必要がある追加のレンズ要素がいくつかあります収差を補正するだけでなく、ポイント＃1を達成するための前部要素に加えて、バレルの前半分に、絞りの後ろにあるすべてのレンズ要素の上に、4〜6インチのレンズ要素があります。センサー上に直線画像を適切に投影しますが、それぞれの直径はまだ1インチから数インチです。

収差を補正する非球面要素を、おそらくコストを削減しない球面要素に置き換えることはできますが、非常に短い焦点距離について話さない限り、特に大きな量ではありませんが、広角ズームです（収差補正のコストは全体的なガラスの量は長い焦点距離よりもはるかに少ないため、より重要なコスト要因となります。）ただし、レンズの種類に関係なく、通常、コストの大部分は前部要素、おそらく前部要素です。

広角レンズであっても、通常、前の要素は正しい入射瞳を達成するために必要な数倍大きくなります。この場合のみ、必要な光量を集めるのではなく、十分に広い角度から光を曲げる必要があります。広角レンズでは、前部要素は他の単一レンズ要素の総体積の何倍にもなります。ガラスの費用。

あなたが述べているように、追加のガラスの量は、より大きな開口を可能にするのに十分である必要があります。 開口部のすべての絞りは、開口部面積の2つの変化の要因であることを忘れないでください。600mm f / 5.6レンズを使用している場合、開口部は107mm、または〜11,500mm ^ 2です。600mm f / 4レンズを作りたいなら、たとえ収差の補正を気にしないとしても、それは150mmの口径...または22,500mm ^ 2です!! 開口部をサポートするために必要な最小面積を倍増し、おそらく体積を2倍以上にしました（通常、より大きな要素もより厚いため、体積の合計増加は倍以上にすることができます）。そして、それはフロント要素のためだけです...まだ約12-18です！大きな開口部をサポートするのにかろうじて十分であるために必要なガラスの量は、次のストップダウンに必要な量の2倍以上です。そのコストを過小評価しないでください。

他の人が述べたように、多くのレンズはすでにあなたが理論したことを正確にしています：IQが最大口径で苦しむことを可能にします。一般的に言えば、安価な消費者グレードのレンズは、通常、多数の要因（より安価なガラス、よりシンプルで完全に自動化された製造プロセス、自動化されたアセンブリなど）の結果としてそうなります。

しかし、安価なレンズが安くなる唯一の主な理由は、最大開口が小さいことです。ほとんどの民生用レンズとほとんどのサードパーティ製レンズは、より小さな最大開口を使用しています。ほとんどの消費者グレードの広角および望遠ズームはf / 3.5で最大になり、通常はf / 3.5-5.6で一定ではありません。多くのサードパーティの望遠ズームはf / 5.6から始まり、ブランド名はf / 4から始まり、サードパーティの望遠ズームはf / 5.6-6.3を使用しますが、ブランド名の望遠ズームはf / 4またはf / 2.8を提供します。一定の開口。それが明示的総ドライブとして最大口径は、コストの主要なドライバでボリュームガラスのが必要。

非球面要素、蛍石要素、回折要素、超低分散要素などの収差を低減するように設計された補正レンズ要素はすべてコストを追加しますが、f / 4望遠レンズ用に大きな5インチ蛍石要素を作成することはかなり重要ですf / 5.6望遠レンズ用に3インチの蛍石を作るよりもコストがかかります。繰り返しますが、開口部のすべての絞りの変化は、面積の2つの変化の要因であり、ガラスの総体積のさらに大きな変化です。

おそらく、人々はいくつかのレンズを「使い物にならないほど広く開いているが、f / 2.8で通用し、f / 4からは優れている」などと説明するのを聞いたことがあるでしょう。それは、基本的に、これらのレンズは、サイズ、重量、複雑さ、コスト、およびその他の設計要因によってさらに制約されるものの、あなたが提案する方法ですでに設計されているためです。そして、彼らはまた、あなたがそのような方法で写真を撮りたいなら、広い開口部でレンズを使用できるようにします、一種のボーナスとして。

そして、より一般的に、より重要-現実の世界では、これらの他の要因が非常に重要であるため、焦点シフトの基本的な問題に加えて、複数のレンズはもっと極端な方法でこれをしないこの利点。画質に関係なく、最大口径を大きくするには、レンズがより大きく、重く、より高価である必要があります。これは、ガラスがすべてだからです。わずかに優れたオートフォーカスと引き換えにそれらのトレードオフを行うことを望む人はほとんどいません。

計画には、ちょっとした小さな欠陥が1つあります。収差（特に、球面収差だけでなく、球面収差）がフォーカスシフト現象の主な原因です。基本的に、それはあなたの「フォーカシングレンズ」があなたの「撮影レンズ」と正確に同じ焦点距離を持たないことを意味するので、大きな開口部で完全に焦点を合わせた画像は小さな開口部で焦点がずれます（少なくとも被写界深度まで）違いをカバー/マスクするのに十分なほど大きくなります）。

もちろん、問題を回避する方法はいくつかあります。ハッセルブラッドは、トゥルーフォーカスシステムの一部として、さまざまな開口部でのレンズの既知のフォーカスシフトをマッピングします。しかし、そこに到達し、確実に実行するには、ハッセルブラッドがシステムを閉じる必要がありました。（身体と背部との結婚も。それについてはあまり心配しないでください。システムは、すべてのフックアップが工場で適切に祝福されている限り、複雑な一夫多妻/仲間交換社会を可能にします。） APS-C / 135形式のDSLRとEVIL / MILCカメラのすべての世界では、新しいレンズタイプは新しいボディでのみ機能し、ボディは使用するレンズの特性を「知る」必要があります。その戦略。そして、それは現在許可されているよりも厳しい公差を意味します（そして、それらを作るためにマイクロフォーカス調整が必要です予測されたフォーカスシフトと実際のフォーカスシフトがよく一致するように、高レベルで動作します）。

そのため、レンズの残りの部分とカメラ本体の両方をより高価にすることで、レンズの一部（ガラス）を少し節約できます。そして、明らかにf / 1.2レンズがf / 2.8にすぎない理由を人々に説明する必要があります。そして、あなたはサードパーティの血液供給を断ち切るでしょう。ハッセルブラッドなら、フランケンシュタインの経験を単純化して（現時点ではランダムなパーツがくっついているようには感じない、交換可能なバックMFデジタルだけです）、限られた希少な市場にいる場合は、競争相手は1人だけです。「商品」市場に多くの潜在的なマイナス面があるため、これは大きなリスクです。

高速レンズの余分なガラスは、収差を補正するためだけのものではありません。開口部全体が視野全体にわたって見える必要があります。つまり、中程度または広いレンズの場合、開口部を大きくするだけでなく、開口部の前にあるすべての要素も大きくする必要があります。

しかし、あなたのアイデアは、大きなフォーマットのレンズで効果を発揮します。これらのレンズの多くはf / 5.6ですが、それはすりガラスを使用して焦点を合わせるのに十分な明るさ​​の画像を証明するためだけです。被写界深度、コーナー、シャープネスの問題により、この絞りで撮影します。