Perché gli obiettivi non sono progettati con aperture extra-large per l'autofocus oltre a quello utilizzato per l'imaging?

Storicamente, la progettazione di obiettivi a grande apertura è stata difficile perché la correzione delle aberrazioni ottiche derivanti da aperture di grandi dimensioni richiede design complessi e grandi quantità di vetro. Teoricamente, se non ci si preoccupasse delle aberrazioni, sarebbe facile progettare un obiettivo con quasi qualsiasi apertura arbitraria. In tal caso, l'unica differenza tra diciamo, un design f / 1.4 e un design f / 4 sarebbe la dimensione fisica dell'apertura, e quindi dell'elemento frontale.

Dato che questo è il caso, dovrebbe essere relativamente banale progettare un obiettivo che si è sempre fermato ad un'apertura accettabile per scattare le foto, ma è rimasto a un piccolo f-stop durante la messa a fuoco. Ad esempio, se dovessimo prendere un ipotetico obiettivo 200mm f / 4, l'obiettivo catturerebbe immagini solo con f / 4 o aperture più strette, ma potrebbe mettere a fuoco ad esempio, f / 2.8 o anche f / 2.

La quantità aggiuntiva di vetro in un tale progetto deve essere solo sufficiente per correggere le aberrazioni ottiche per ottenere una messa a fuoco sufficientemente precisa e far entrare abbastanza luce, consentendo di risparmiare peso e materiale e quindi ridurre il prezzo. Nel migliore dei casi, il design dovrebbe essere sostanzialmente identico a un obiettivo con la stessa apertura "vera" dell'apertura "fotografica" dell'ipotetico obiettivo, a parte l'elemento frontale più grande.

Mi riferisco in particolare ai design degli obiettivi che non mostrano un significativo spostamento della messa a fuoco quando ci si ferma. Ovviamente, non è stato possibile progettare in questo modo i progetti di lenti che presentano sufficienti aberrazioni sferiche perché questo diventi un problema.

Un tale design andrebbe a beneficio degli obiettivi a tutte le fasce di prezzo, poiché consentirebbe di zoomare i consumatori con una messa a fuoco più rapida a prezzi solo leggermente più elevati, ma anche di realizzare telefoni estremi premium con messa a fuoco rapida (come un obiettivo da 800 mm che si concentra su f / 4 ma scatta af / 5.6).

C'è un motivo tecnico o commerciale per cui tali progetti non sono ampiamente utilizzati?

Il driver fondamentale del costo in una lente non è la correzione delle aberrazioni, sebbene la correzione delle aberrazioni si aggiunga al costo di una lente e possa essere un fattore più significativo nelle lenti ad angolo più ampio. In generale, il costo principale di un obiettivo è il "vetro". Metto il vetro tra virgolette, perché a volte si tratta di altri materiali, come la fluorite o un reticolo di diffrazione o dispersione di particelle diffrattive, tuttavia gli elementi avanzati delle lenti di solito costano DI PIÙ.

Non è possibile ottenere un'apertura specifica senza avere l'ingrandimento appropriato da entrambe le estremità dell'obiettivo affinché quell'apertura appaia della dimensione corretta . La nozione di "apertura fisica" è generalmente un termine improprio. Ciò che chiamiamo apertura di un obiettivo, ciò che viene spesso definito apertura fisica, viene correttamente definito pupilla di ingresso . La pupilla d'ingresso è l'apertura osservata attraverso la parte anteriore dell'obiettivo a una distanza di "infinito" (o, in altre parole, una distanza sufficientemente grande da consentire l'osservazione della luce collimata). La pupilla d'ingresso di un obiettivo da 600 mm con un l' apertura relativa f / 4 deve essere di 150 mm, osservata attraverso la parte anteriore dell'obiettivo. Per ottenere questo ingrandimento, due cose devono essere:

1. Per ottenere tale ingrandimento è necessario utilizzare gli elementi dell'obiettivo giusto, ciascuno con l'ingrandimento giusto.
2. L'elemento frontale deve avere un diametro di almeno 150 mm.

Pensaci un attimo ... un elemento per obiettivo anteriore con diametro di 150 mm. Ha un diametro di 6 ", circa un'ampiezza delle mani. È ENORME. Inoltre, la metà anteriore della canna fino al diaframma è solo leggermente affusolata e ci sono un numero di elementi aggiuntivi dell'obiettivo che devono essere utilizzati in Oltre all'elemento frontale per raggiungere il punto n. 1 e corretto per le aberrazioni. Quindi hai un numero di elementi dell'obiettivo da 4 "a 6" nella metà anteriore del barilotto, sopra tutti gli elementi dell'obiettivo dietro il diaframma per proiettare correttamente un'immagine rettilinea sul sensore, ognuno dei quali ha ancora un diametro compreso tra un pollice e qualche pollice. Tutto quel vetro COSTI!

Sostituire un elemento asferico che corregge le aberrazioni con un elemento sferico che probabilmente non ridurrà i costi, ma non di una quantità particolarmente significativa a meno che non stiamo parlando di lunghezze focali molto brevi sono zoom grandangolari (dove il costo delle correzioni dell'aberrazione tende ad essere un fattore di costo più significativo, poiché la quantità complessiva di vetro è molto più bassa rispetto alle lunghezze focali più lunghe.) Indipendentemente dal tipo di obiettivo, tuttavia, di solito la parte maggiore del costo è l'elemento frontale, forse la coppia di elementi anteriori.

Anche in un obiettivo grandangolare, l'elemento frontale sarà di solito molte volte più grande del necessario per raggiungere la pupilla d'ingresso corretta, solo in questo caso è necessario piegare la luce da un angolo sufficientemente ampio, piuttosto che raccogliere la quantità di luce richiesta . In un obiettivo grandangolare, l'elemento frontale può essere molte volte il volume totale di qualsiasi altro singolo elemento obiettivo. Costi del vetro.

Come si afferma, la quantità di vetro aggiuntivo deve essere sufficiente per consentire l'apertura maggiore. Ricorda che ogni arresto nell'apertura è un FATTORE DI DUE variazioni nell'AREA dell'apertura. Se si dispone di un obiettivo 600mm f / 5.6, l'apertura è 107mm o ~ 11.500mm ^ 2. Se vuoi realizzare un obiettivo da 600 mm f / 4, anche se non ti interessa correggere le aberrazioni, questa è un'apertura di 150 mm ... o 22.500 mm ^ 2 !! Hai raddoppiato l' area minima richiesta per supportare l'apertura e probabilmente hai più che raddoppiato il volume (anche gli elementi più grandi sono generalmente più spessi, quindi l'aumento totale del volumepuò più del doppio). E questo è solo per l'elemento frontale ... ce ne sono ancora circa 12-18 in più! La quantità di vetro, in termini di volume, necessaria per essere appena sufficiente per supportare l'apertura più grande è più del doppio di quanto è necessario per il prossimo arresto. Non sottovalutare quel costo.

Come altri hanno già detto, molti obiettivi fanno già esattamente ciò che hai teorizzato: consentire al QI di soffrire alla massima apertura, richiedendo che l'obiettivo venga arrestato di circa un arresto per realizzare pienamente il massimo potenziale di nitidezza. In generale, le lenti per uso professionale più economiche lo fanno, di solito a causa di una moltitudine di fattori (vetro più economico, processo di produzione più semplice e completamente automatizzato, assemblaggio automatizzato, ecc.)

L'unico motivo principale per cui le lenti più economiche sono più economiche, tuttavia ... sono le aperture massime più piccole. La maggior parte degli obiettivi di consumo, così come la maggior parte degli obiettivi di terze parti, utilizzano aperture massime più piccole. La maggior parte degli ingrandimenti grandangolari e dei teleobiettivi massimizza af / 3.5, di solito non costante, quindi f / 3.5-5.6. Molti teleobiettivi di terze parti iniziano da f / 5.6 mentre i marchi commerciali iniziano da f / 4, e i teleobiettivi di terze parti usano spesso f / 5.6-6.3 mentre i teleobiettivi di marca spesso offrono f / 4 o anche f / 2.8 apertura costante. L'apertura massima è il principale fattore di costo, in quanto guida esplicitamente il volume totale di vetro richiesto.

Gli elementi correttivi dell'obiettivo progettati per ridurre le aberrazioni, come gli elementi asferici, gli elementi di fluorite, gli elementi di diffrazione, gli elementi a bassissima dispersione, ecc. Contribuiscono tutti al costo, anche se è ancora considerevole realizzare un grande elemento di fluorite da 5 "per un teleobiettivo f / 4 più costoso rispetto alla realizzazione di un elemento in fluorite da 3 "per un teleobiettivo f / 5.6. Ancora una volta ... ogni cambiamento di stop nell'apertura è un fattore di due cambiamenti nell'area e un cambiamento ancora maggiore nel volume totale del vetro.

C'è un piccolo difetto da ragazzino nel piano: le aberrazioni (in particolare, ma non solo, l'aberrazione sferica) sono il principale colpevole del fenomeno del focus focus. In sostanza, ciò significherebbe che il tuo "obiettivo di messa a fuoco" non avrà esattamente la stessa lunghezza focale del tuo "obiettivo di ripresa", quindi le immagini messe a fuoco in modo perfetto con l'apertura maggiore saranno sfocate con aperture più piccole (almeno fino alla profondità di campo diventa abbastanza grande da coprire / mascherare la differenza).

Esistono modi per ovviare al problema, ovviamente. Hasselblad mappa i cambiamenti di messa a fuoco noti dei suoi obiettivi a varie aperture come parte del suo sistema True Focus. Ma per arrivarci, e farlo in modo affidabile, è stato necessario Hasselblad per chiudere il sistema. (Oltre a sposare corpi e schiene. Non preoccuparti troppo di ciò; il sistema consente una complessa società poligama / scambiatrice, a condizione che tutti gli agganci siano adeguatamente benedetti in fabbrica). per tutto il mondo di reflex digitali in formato APS-C / 135 e fotocamere EVIL / MILC, ciò significherebbe che il nuovo tipo di obiettivo funzionerebbe solo su nuovi corpi e che i corpi dovrebbero "conoscere" le caratteristiche degli obiettivi usando quella strategia. E vorrebbe dire con tolleranze estremamente ridotte rispetto a quelle attualmente consentito (e abbiamo bisogno adjstments microfocus per rendere lorolavorare ad alto livello) in modo che lo spostamento della messa a fuoco previsto e lo spostamento della messa a fuoco effettivo corrispondano bene.

In questo modo risparmi un po 'di denaro su una parte dell'obiettivo (il vetro) rendendo più costosi sia il resto dell'obiettivo che il corpo della fotocamera. E devi spiegare alla gente perché i loro obiettivi ovviamente f / 1.2 sono davvero solo f / 2.8, il che richiederebbe un po 'di marketing. E probabilmente taglierai l'afflusso di sangue di terze parti. Questo potrebbe andare bene se sei Hasselblad, semplificando quella che era stata un'esperienza Frankenstein (è davvero l'unico digitale MF con retro intercambiabile che al momento non si sente come parti casuali incollate insieme), si trovano in un mercato limitato e rarefatto, e hanno un solo concorrente. È un rischio enorme con molti potenziali lati negativi nel mercato delle "materie prime".

Probabilmente hai sentito la gente descrivere alcuni obiettivi come "insolitamente morbidi spalancati, ma percorribili a f / 2.8 ed eccellenti da f / 4", o simili. Questo perché, fondamentalmente, questi obiettivi sono già progettati nel modo da te suggerito, sebbene ulteriormente vincolati da dimensioni, peso, complessità, costo e altri fattori di progettazione. Inoltre, ti consentono di utilizzare l'obiettivo ad aperture più ampie se desideri davvero scattare una foto in quel modo, come una sorta di bonus.

Oltre al problema di base del focus shift, più obiettivi non lo fanno in un modo ancora più estremo perché nel mondo reale quegli altri fattori sono molto significativi e, in generale, più importanti di questo vantaggio. Aumentare l'apertura massima, anche senza riguardo alla qualità dell'immagine, richiede che un obiettivo sia più grande, più pesante e più costoso, solo perché il vetro è tutto ciò. Poche persone vorrebbero fare questi compromessi in cambio di una messa a fuoco automatica leggermente migliore.

Il vetro extra in una lente veloce non è solo lì per correggere le aberrazioni. L'intera apertura deve essere visibile su tutto il campo visivo, il che significa che per obiettivi moderati o larghi, non puoi semplicemente allargare l'apertura, ma anche tutti gli elementi davanti all'apertura dovrebbero essere molto più grandi.

Ma la tua idea è in qualche modo in effetto con obiettivi di grande formato. Molti di questi obiettivi sono f / 5.6, ma questo è solo per dimostrare un'immagine abbastanza luminosa da mettere a fuoco usando il vetro smerigliato, si scatta a questa apertura a causa di problemi di profondità di campo, angolo e nitidezza.