回答:
残念ながら、他の答えは、どちらかを設計することを選択することに関与するかもしれない動機を示唆する以上のものではありません。それらのどれも、固定絞りと可変絞りの実際の違いをほのめかすものでもありません。
そこでの設計ではかなり基本的な違いは、実際に。ほとんどすべてのレンズの絞り（開口部を形成する部分）は、レンズの中央付近にあります。固定絞りズームでは、絞りの後ろの要素のみが動き回ってズームを行います。変数の口径ズームでは、背後の両方の要素と、今後の開口移動の周りには、ズームを行います。
少なくとも通常の場合、開口部の直径はズームしても変わりません。これは確認するのがかなり簡単です-いくつかの焦点が合っていないハイライトで異なるズーム比と最大開口で写真を撮ります 少なくとも通常のズームレンズでは、焦点が合っていないハイライトはすべての焦点距離で丸いままで、開口部が広く開いたままであることを示します（丸い場所）。レンズを数回停止すると、絞り羽根が閉じることで形状が見え始めます（ただし、特に丸い羽根の多いレンズは、他よりもやや丸みのあるハイライトを保持します）。
ズーム中に開口部の前にある要素が動き回る場合は、レンズのその部分の（有効な）焦点距離を変更します。次に、固定直径の開口部を通して光を送信します。つまり、（効果的な）f /ストップの変化を意味します。ダイアフラムの前にある要素の有効焦点距離の変化によってのみ影響を受けるため、この変更は（通常）全体の有効焦点距離の変化と正確には相関しません-ダイアフラムの後ろの要素を動かすと、有効焦点距離が変わります有効な開口部を変更せずに長さ（たとえば、私の28-135のズーム範囲はほぼ5：1ですが、開口部はf / 4.0からf / 4.5までしか変化しません）。
それらは異なる光学系を持ち、通常、同じ焦点範囲に対して実質的に大きなレンズです（70-200mm f / 2.8と70-300mm f / 4.5-5.6を比較し、後者が小さいことを確認してください）。長い端で一定の開口を得るには、開口が焦点距離に対する比率であるため、より大きなバレルが必要です。ただし、例の計算を行う場合：
18mm f / 3.5は開口部5.14mmを意味します55mm f / 5.6は開口部9.82mmを意味します
17mm f / 4.0は開口部4.25mmを意味します40mm f / 4.0は10mm開口部を意味します
どちらの場合も、開口部の物理的直径が大きくなる可能性があることは明らかです。そのため、どちらの場合でも、最も広い範囲でf / 2.0またはその前後になり、サンドバッグシナリオが両方に適用されると理論付けます。一方、後者の場合、光学系が簡素化され、結果として最高品質に近づきます。だから...トレードオフ。
いずれにせよ、ズームには複雑な構造が含まれており、これは主レンズよりもはるかに複雑なため、さまざまな焦点距離での光学補正、その補正に対する絞りの影響などについて多くの考慮事項があります。レンズの設計と関連するコストを考えると、短端で幅を広げようとすると、画像または他の何らかの収差の許容できないほどの柔らかさが生じる可能性があります。
最後に、確かに2つの間に異なる光学構造があります。ヘック、同じ構成のレンズでもメーカーが異なると、光学構造が異なります。それはすべて、コスト対利益、そして最終的に、市場が特定の構造のレンズに対して負担する価格に帰着します。
簡単に言えば、比率f / 4.0は、開口の有効サイズが焦点距離を4で割ったものであることを意味します-600mm f / 4.0の場合、これは文字通り開口ブレードがある150mmの穴があることを意味しません。あるかのように振る舞います。（Canon 600 f / 4.0のデザインを見ると、レンズの中央に150mmの開口部があるスペースがないことが明らかです）。
これは一定開口レンズの背後にある原理であり、仮想開口のサイズはズーム範囲全体で変化しますが、物理的な開口は明らかに同じサイズのままです。
すべてのズームは、ズーム中に仮想開口または有効開口のサイズを変更します。「一定開口」（実際には一定のf比）は、開口と焦点距離の比率を同じに保つのに十分なだけ開口を変更します。「一定口径」レンズの設計は根本的な違いはなく、見かけの口径が変化する程度だけです。
ジョンの答えから数字を盗むために（それらをもう一度解くために）言及された2つのレンズの仮想開口のサイズは次のとおりです。
Canon EF-S 18-55mm f / 3.5-5.6 5.14mm @ 18mm-9.82mm @ 55mm
Canon EF 17-40mm f / 4.0 4.25mm @ 17mm-10mm @ 40mm
18-55の光学系が長い端で15mmの仮想開口を作った場合、一定の開口レンズ（@ f / 3.5）になりますが、[比較的]ズーム範囲が大きいため、非常に高価になります。安価なレンズ、f / 5.6のまま
一定口径レンズではサンドバッギングは発生しません。レンズのワイド端では、できる限り一生懸命に努力していますが、ロングエンドでより速く動作するように設計されているだけです！
私の質問は、これらの良いレンズはより広い設定でサンドバッグするのか、それともズーム範囲全体で同じ口径を維持することを可能にする異なる光学システムを持っているのですか？
絞り値を表すためにF値を使用する場合、焦点距離の一部として表されるため、ズームすると、同じ絞り有効径が異なる数として表されることに注意してください。20mmでのf / 2.8は、40mmでのf / 2.8の開口有効径の半分です。したがって、あなたの一定開口ズームは、実際には「ズーム範囲全体で同じ開口を維持する」というわけではありません。実際、ズーム範囲全体で同じ口径有効直径を維持する18-55ズームは、f / 3.5-10.7のようなものになります。
したがって、どちらのタイプのズームレンズも、実際には同じ口径の有効径を維持しません。 ズーム効果の一部は開口リング自体が拡大されることであるため、有効径は必ずしも開口リングの真の直径でもないことに注意してください。しかし、有効径は関連するものです。
レンズ設計者は、色収差、歪み、シャープネス、ケラレなどの多くの問題を解決するために戦います。ズームレンズでは、単一の焦点距離だけでなくズーム範囲全体でこれらの問題を解決する必要があるため、これはさらに困難です。ただし、すべてのレンズ設計は、非常に多くの対立する力があるために妥協します。ズームレンズの場合、レンズ設計者は、ズーム範囲の各焦点距離で、口径食などの過度のソフト化や他の問題なしに、どの絞りで逃げることができるかを決定します。
画像が拡大されるにつれて、センサー/フィルムに当たるのに同じ量の光が必要になるため、望遠端ではズームレンズの開口有効径が広角端よりも広いことが望ましいです。つまり、同じF値に到達するためだけに、もっと広くする必要があります。
安価なズームは、多くの場合、より高価なズームよりもテレエンドでの速度を犠牲にします。
前述のCanon EF 17-40mm f / 4.0 Lのような一定の開口ズームは、別の妥協をもたらします。彼らは望遠端でより広い有効口径を得ることにより多くの努力をしました。その結果、しかし、彼らはより多くのガラスを使用し、より重いレンズを作成します。すべてが妥協であるため、望遠端で口径を広げて広角端の柔らかさや口径食を増やす努力を望まないため、広口端の最大口径が制限されます。したがって、安価で軽い「可変」（実際には実際の開口径の変動が実際に少ない）開口ズームと比較して、開口サイズのバランスが異なり、実際に依存するのは、どのようなトレードオフが行われたかですレンズ設計。
凹面と凸面の要素を適切に組み合わせて、ズーム範囲全体で光の損失を減らすことが重要です。f / 4.0は、より速い絞りにだまされているように見えるかもしれませんが、ズームと焦点範囲全体で一貫したタイミングと照明を維持しながら、色収差のないシャープな画像を取得した結果です。
キヤノンには、これを説明する非常に優れた文献がいくつかあります。また、新しいレンズの一部で光学回折を使用して、通常の光学系の以前のすべての欠点に対抗しています。見つけたらすぐに投稿します。
面白いことに、（現在）受け入れられている答えは完全に間違っています。それ、または「開口部の前」と「開口部の後ろ」という用語は、フロントレンズではなく、センサーの側面（あまり意味をなさない）から見られます。
入射瞳、前面レンズを通して見られるように、絞り開口の画像は、一定でズーム焦点距離に直径比例有する数値で作業を写真家、通常物理的開口の開口サイズに対応するものであり、開口部を（ブレード）。明らかに、この見かけのサイズの変更には、開口部と前部レンズの間のレンズ要素の変更が必要です。この変化は、一定の数値で焦点距離の望ましい変化に影響を与えるのに十分ですシンプルなデザインの開口部。しかし、最新のズームレンズには、焦点距離を決定する要素だけでなく、多くの補正要素も含まれています。したがって、前部グループに加えて後部グループが移動するかどうかは、正確な光学レシピの問題です。