In der Vergangenheit war das Entwerfen von Linsen mit großer Apertur schwierig, da das Korrigieren der optischen Aberrationen, die sich aus großen Aperturen ergeben, komplexe Konstruktionen und sehr große Glasmengen erfordert. Wenn man sich nicht um Aberrationen kümmern würde, wäre es theoretisch einfach, ein Objektiv mit nahezu jeder beliebigen Apertur zu entwerfen. In einem solchen Fall wäre der einzige Unterschied zwischen einem f / 1.4- und einem f / 4-Design die physikalische Größe der Apertur und daher des Frontelements.
Da dies der Fall ist, sollte es relativ trivial sein, ein Objektiv zu entwerfen, das für die Aufnahme von Bildern immer auf eine akzeptable Blende eingestellt ist, jedoch beim Fokussieren auf einer kleinen Blende bleibt. Wenn wir zum Beispiel ein hypothetisches 200-mm-1: 4-Objektiv nehmen würden, würde das Objektiv nur Bilder mit 1: 4 oder schmaleren Blenden aufnehmen, aber es könnte beispielsweise auf 1: 2,8 oder sogar 1: 2 fokussieren.
Die zusätzliche Menge an Glas in einem solchen Design muss nur gerade genug sein, um die optischen Aberrationen zu korrigieren, um eine ausreichend genaue Fokussierung zu erreichen und genügend Licht einzulassen, was es einem ermöglicht, Gewicht und Material zu sparen und somit den Preis zu senken. Das Design sollte im besten Fall im Wesentlichen identisch sein mit einem Objektiv mit der gleichen "wahren" Blende wie die "Fotoaufnahme" der hypothetischen Linse, abgesehen von dem größeren Frontelement.
Ich beziehe mich speziell auf Linsendesigns, die beim Anhalten keine signifikante Fokusverschiebung aufweisen. Es ist offensichtlich, dass Linsendesigns, die genügend sphärische Abberationen aufweisen, damit dies zu einem Problem wird, nicht auf diese Weise entworfen werden können.
Ein solches Design würde Objektiven in allen Preisklassen zugute kommen, da es möglich wäre, schneller fokussierende Consumer-Zooms zu nur geringfügig höheren Preisen zu erzielen, aber auch Premium-Tele-Extremfotos mit schneller Fokussierung (z. B. ein 800-mm-Objektiv mit f / 4 aber schießt bei f / 5.6).
Gibt es einen technischen oder kommerziellen Grund, warum solche Designs nicht weit verbreitet sind?
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Antworten:
Der grundlegende Kostentreiber in einem Objektiv ist nicht die Korrektur von Aberrationen, obwohl die Korrektur von Aberrationen zu den Kosten eines Objektivs beiträgt und bei Weitwinkelobjektiven ein wichtigerer Faktor sein kann. Im Allgemeinen sind die Hauptkosten einer Linse das "Glas". Ich setze Glas in Anführungszeichen, weil es manchmal andere Materialien wie Fluorit oder ein Beugungsgitter oder eine diffraktive Partikeldispersion sind, jedoch kosten fortschrittliche Linsenelemente normalerweise MEHR.
Sie können eine bestimmte Blende nicht erreichen, ohne an beiden Enden des Objektivs die richtige Vergrößerung zu haben, damit diese Blende die richtige Größe aufweist . Der Begriff einer "physischen Apertur" ist im Allgemeinen eine Fehlbezeichnung. Was wir als Apertur einer Linse bezeichnen, was häufig als physikalische Apertur bezeichnet wird, wird zu Recht als Eintrittspupille bezeichnet . Die Eintrittspupille ist die Apertur, die durch die Vorderseite der Linse in einem Abstand von "unendlich" (oder mit anderen Worten einem ausreichend großen Abstand, dass die Beobachtung von kollimiertem Licht ist) beobachtet wird. Die Eintrittspupille einer 600 mm Linse mit einer Die relative Blende von 1: 4 muss 150 mm betragen, wie durch die Vorderseite des Objektivs beobachtet. Um diese Vergrößerung zu erreichen, müssen zwei Dinge sein:
Denken Sie einen Moment darüber nach ... ein Frontlinsenelement mit 150 mm Durchmesser. Das ist 6 "Durchmesser, ungefähr eine Handbreite. Das ist RIESIG. Darüber hinaus ist die vordere Hälfte des Tubus bis zur Blende nur geringfügig verjüngt, und es gibt eine Reihe zusätzlicher Linsenelemente, die verwendet werden müssen Zusätzlich zum Frontelement zur Erreichung des Punktes # 1 sowie zur Korrektur von Aberrationen. Sie haben also eine Anzahl von 4 "bis 6" Linsenelementen in der vorderen Hälfte des Tubus, über allen Linsenelementen hinter der Blende zu Projizieren Sie richtig ein geradliniges Bild auf den Sensor, von denen jedes noch einen Zoll bis mehrere Zoll im Durchmesser hat.
Das Ersetzen eines asphärischen Elements, das Aberrationen korrigiert, durch ein sphärisches Element, das die Kosten wahrscheinlich nicht, jedoch nicht in besonders hohem Maße reduziert, es sei denn, es handelt sich bei sehr kurzen Brennweiten um Weitwinkelzooms (bei denen die Kosten für Aberrationskorrekturen tendenziell höher sind) ein signifikanterer Kostenfaktor, da die Gesamtglasmenge viel geringer ist als bei längeren Brennweiten.) Unabhängig von der Art der Linse ist jedoch normalerweise der größere Teil der Kosten das vordere Element, möglicherweise das vordere Elementpaar.
Selbst bei einem Weitwinkelobjektiv ist das vordere Element in der Regel um ein Vielfaches größer als erforderlich, um die richtige Eintrittspupille zu erreichen. Nur in diesem Fall muss das Licht aus einem ausreichend großen Winkel gebogen werden, anstatt die erforderliche Lichtmenge zu sammeln . Bei einem Weitwinkelobjektiv kann das vordere Element das Vielfache des Gesamtvolumens jedes anderen einzelnen Linsenelements betragen. Glaskosten.
Wie Sie angeben, muss die Menge an zusätzlichem Glas nur ausreichen, um die größere Blende zu berücksichtigen. Denken Sie daran, dass jede Blende ein Faktor von zwei Änderungen in der Blendenfläche ist. Wenn Sie ein 600 mm 1: 5,6-Objektiv haben, beträgt die Blende 107 mm oder ~ 11.500 mm ^ 2. Wenn Sie ein 600-mm-1: 4-Objektiv herstellen möchten, auch wenn Sie sich nicht für die Korrektur von Aberrationen interessieren, ist das eine 150-mm-Blende ... oder 22.500 mm ^ 2 !! Sie haben die minimale Fläche, die zur Unterstützung der Blende erforderlich ist , VERDOPPELT und wahrscheinlich das Volumen mehr als verdoppelt (größere Elemente sind in der Regel auch dicker, sodass die Lautstärke insgesamt zunimmt)kann mehr als verdoppeln). Und das ist nur für das vordere Element ... es gibt noch ungefähr 12-18 mehr! Die Menge an Glas, gemessen am Volumen, die gerade noch ausreicht, um die größere Blende zu stützen, ist mehr als doppelt so groß wie die Menge, die für die nächste Unterbrechung erforderlich ist. Unterschätze diese Kosten nicht.
Wie andere bereits erwähnt haben, tun viele Objektive bereits genau das, was Sie theoretisch vermutet haben: Lassen Sie den IQ bei maximaler Blende leiden, und setzen Sie voraus, dass das Objektiv bis zu einer Blende heruntergefahren wird, um das maximale Schärfepotenzial voll auszuschöpfen. Im Allgemeinen tun dies billigere Objektive für Endverbraucher, in der Regel aufgrund einer Vielzahl von Faktoren (billigeres Glas, einfacherer und vollautomatisierter Herstellungsprozess, automatisierte Montage usw.).
Der einzige Hauptgrund, warum billigere Objektive billiger sind, sind ... kleinere maximale Blenden. Die meisten Objektive für Endverbraucher sowie die meisten Objektive von Drittanbietern verwenden kleinere maximale Blenden. Die meisten Weitwinkel- und Tele-Zooms für Privatanwender sind maximal bei 1: 3,5, normalerweise nicht konstant, also bei 1: 3,5-5,6. Viele Telezooms von Drittanbietern beginnen bei 1: 5,6, während Markennamen bei 1: 4 beginnen, und Telezooms von Drittanbietern verwenden oft 1: 5,6-6,3, während Markennamen-Telezooms oft 1: 4 oder sogar 1: 2,8 bieten konstante Blende. Maximale Blende ist die primären Treiber der Kosten, da es explizit die Gesamt treibt Volumen von Glas erforderlich.
Korrekturlinsenelemente, die zur Verringerung von Aberrationen ausgelegt sind, wie asphärische Elemente, Fluoritelemente, diffraktive Elemente, Elemente mit extrem geringer Dispersion usw., erhöhen die Kosten, machen jedoch wiederum ein großes 5 "-Fluoritelement für ein f / 4-Teleobjektiv erheblich teurer als die Herstellung eines 3 "-Fluorit-Elements für ein 1: 5,6-Teleobjektiv. Nochmals ... jede Blendenänderung ist ein Faktor von zwei Änderungen der Fläche und eine noch größere Änderung des gesamten Glasvolumens.
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Sie haben wahrscheinlich gehört, dass Leute einige Objektive als "ungewöhnlich weich weit offen, aber bei 1: 2,8 passierbar und bei 1: 4 exzellent" oder ähnlich beschrieben haben. Das liegt daran, dass diese Objektive im Grunde genommen bereits in der von Ihnen vorgeschlagenen Weise entworfen wurden, obwohl sie zusätzlich durch Größe, Gewicht, Komplexität, Kosten und andere Designfaktoren eingeschränkt sind. Außerdem können Sie das Objektiv bei größeren Blenden verwenden, wenn Sie als Bonus ein Bild auf diese Weise aufnehmen möchten.
Zusätzlich zu dem Grundproblem der Fokusverschiebung tun dies mehr Objektive nicht in noch extremerer Weise, da in der realen Welt diese anderen Faktoren sehr bedeutend sind - und im Allgemeinen wichtiger als dieser Vorteil. Um die maximale Blende auch ohne Rücksicht auf die Bildqualität zu erhöhen, muss ein Objektiv größer, schwerer und teurer sein, nur weil Glas all das ist. Nur wenige Leute würden diese Kompromisse im Gegenzug für einen etwas besseren Autofokus eingehen wollen.
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Es gibt einen winzigen kleinen Fehler im Plan: Die Aberrationen (insbesondere, aber nicht ausschließlich, die sphärische Aberration) sind der Hauptschuldige für das Phänomen der Fokusverschiebung. Dies würde im Wesentlichen bedeuten, dass Ihr "Fokussierobjektiv" nicht genau die gleiche Brennweite wie Ihr "Aufnahmeobjektiv" hat, sodass Bilder, die perfekt auf die größere Blende fokussiert sind, bei kleineren Blenden (zumindest bis zur Schärfentiefe) unscharf sind wird groß genug, um den Unterschied zu überdecken.
Natürlich gibt es Möglichkeiten, das Problem zu umgehen. Hasselblad bildet die bekannten Fokusverschiebungen seiner Linsen bei verschiedenen Blenden als Teil seines True Focus-Systems ab. Um jedoch dorthin zu gelangen und dies zuverlässig zu tun, musste Hasselblad das System schließen. (Auch um Körper und Rücken zu heiraten. Machen Sie sich darüber keine allzu großen Sorgen; das System ermöglicht eine komplexe polygame / Partner-Tausch-Gesellschaft, vorausgesetzt, alle Anschlüsse werden in der Fabrik ordnungsgemäß gesegnet.) Für die gesamte Welt der DSLRs im APS-C / 135-Format und EVIL / MILC-Kameras würde dies bedeuten, dass der neue Linsentyp nur bei neuen Körpern funktioniert und dass die Körper die Eigenschaften der verwendeten Objektive "kennen" müssen diese Strategie. Und es würde bedeuten , noch engere Toleranzen als bisher erlaubt sind (und wir brauchen Mikrofokus- adjstments zu machen sieauf einem hohen Niveau arbeiten), so dass die vorhergesagte Fokusverschiebung und die tatsächliche Fokusverschiebung gut übereinstimmen.
Sie sparen also ein wenig Geld für einen Teil des Objektivs (das Glas), indem Sie sowohl den Rest des Objektivs als auch das Kameragehäuse teurer machen. Und man muss den Leuten erklären, warum ihre offensichtlich f / 1.2-Objektive wirklich nur f / 2.8s sind, was ein bisschen Marketing erfordern würde. Und Sie würden wahrscheinlich die Blutversorgung von Drittanbietern unterbrechen. Das mag in Ordnung sein, wenn Sie Hasselblad sind und das vereinfachen, was ein Frankenstein-Erlebnis war (es ist wirklich das einzige MF-Digital mit austauschbarer Rückseite, das sich im Moment nicht wie zufällige Teile anfühlt, die zusammengeklebt sind). und nur einen Konkurrenten haben. Es ist ein riesiges Risiko mit einer Menge potenzieller Nachteile auf dem "Rohstoff" -Markt.
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Das zusätzliche Glas in einem Objektiv dient nicht nur zur Korrektur von Aberrationen. Die volle Blende muss über das gesamte Sichtfeld sichtbar sein, was für mäßige oder breite Objektive bedeutet, dass Sie nicht nur die Blende vergrößern können, sondern auch alle Elemente vor der Blende erheblich vergrößern müssen.
Bei großformatigen Objektiven ist Ihre Idee jedoch praktisch. Viele dieser Objektive haben eine Lichtstärke von 1: 5,6, aber nur um zu beweisen, dass das Bild hell genug ist, um mit dem Mattglas scharf zu stellen, würden Sie aufgrund von Problemen mit der Schärfentiefe, den Ecken und der Schärfe auf diese Blende schießen.
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