Históricamente, el diseño de lentes de gran apertura ha sido difícil porque la corrección de las aberraciones ópticas que surgen de las grandes aberturas requiere diseños complejos y grandes cantidades de vidrio. Teóricamente, si a uno no le importaran las aberraciones, sería fácil diseñar una lente con casi cualquier apertura arbitraria. En tal caso, la única diferencia entre, digamos, un diseño f / 1.4 y f / 4 sería el tamaño físico de la abertura y, por lo tanto, del elemento frontal.
Dado que este es el caso, debería ser relativamente trivial diseñar una lente que siempre se detuviera a una apertura aceptable para tomar imágenes, pero que permaneciera en una pequeña parada f al enfocar. Por ejemplo, si tuviéramos que tomar una lente hipotética de 200 mm f / 4, la lente solo tomaría imágenes con f / 4 o aberturas más estrechas, pero podría enfocar, por ejemplo, f / 2.8 o incluso f / 2.
La cantidad adicional de vidrio en un diseño tan sólo tiene que ser justo lo suficiente para corregir las aberraciones ópticas para que se logre el enfoque suficientemente precisa y dejar suficiente luz en, que permite una para ahorrar peso y material y por lo tanto reducir el precio. El diseño debería, en el mejor de los casos, ser esencialmente idéntico a una lente con la misma apertura "verdadera" que la apertura de "toma de fotografías" de la lente hipotética, aparte del elemento frontal más grande.
Me refiero específicamente a los diseños de lentes que no muestran un cambio de enfoque significativo cuando se detienen. Obviamente, los diseños de lentes que tienen suficientes aberraciones esféricas para que esto se convierta en un problema no podrían diseñarse de esta manera.
Tal diseño beneficiaría a las lentes en todos los rangos de precios, ya que permitiría hacer zoom de consumo de enfoque más rápido a precios solo ligeramente más altos, pero también hacer teleobjetivos extremos premium de enfoque rápido (como una lente de 800 mm que enfoca a f / 4 pero dispara a f / 5.6).
¿Existe alguna razón técnica o comercial por la cual estos diseños no se usan ampliamente?
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Respuestas:
El factor fundamental del costo en una lente no es la corrección de las aberraciones, aunque la corrección de las aberraciones aumenta el costo de una lente y puede ser un factor más significativo en las lentes de ángulo más amplio. En términos generales, el costo principal de una lente es el "vidrio". Puse el vidrio entre comillas, porque a veces se trata de otros materiales, como Fluorita o una rejilla de difracción o dispersión de partículas difractivas, sin embargo, los elementos avanzados de la lente generalmente cuestan MÁS.
No puede lograr una abertura especificada sin tener el aumento apropiado de ambos extremos de la lente para que esa abertura parezca ser del tamaño correcto . La noción de una "apertura física" es generalmente un nombre inapropiado. Lo que llamamos la apertura de una lente, lo que se conoce con frecuencia como la apertura física, se denomina correctamente la pupila de entrada . La pupila de entrada es la abertura observada a través del frente de la lente a una distancia de "infinito" (o, en otras palabras, una distancia lo suficientemente grande como para que la observación sea de luz colimada). La pupila de entrada de una lente de 600 mm con una La apertura relativa de f / 4 debe ser de 150 mm como se observa a través de la parte frontal de la lente. Para lograr ese aumento, dos cosas deben ser:
Piense en esto por un momento ... un elemento de lente frontal de 150 mm de diámetro. Eso es 6 "de diámetro, aproximadamente una anchura de manos. Eso es ENORME. Además de eso, la mitad frontal del barril hasta el diafragma está solo ligeramente afilada, y hay una serie de elementos de lentes adicionales que deben usarse en Además del elemento frontal para alcanzar el punto n. ° 1 y corregir las aberraciones. Por lo tanto, tiene un número de elemento de lente de 4 "a 6" en la mitad frontal del cilindro, en la parte superior de todos los elementos de lente detrás del diafragma para proyecte correctamente una imagen rectilínea en el sensor, cada una de las cuales todavía tiene un diámetro de una pulgada a varias pulgadas.
Reemplazar un elemento asférico que corrige las aberraciones con un elemento esférico que probablemente no reducirá el costo, pero no en una cantidad particularmente significativa a menos que estemos hablando de distancias focales muy cortas que son zooms de gran angular (donde el costo de las correcciones de aberración tiende a ser un factor de costo más significativo, ya que la cantidad total de vidrio es mucho menor que en distancias focales más largas. Sin embargo, independientemente del tipo de lente, generalmente la mayor parte del costo es el elemento frontal, tal vez el par frontal de elementos.
Incluso en una lente gran angular, el elemento frontal generalmente será mucho más grande de lo necesario para lograr la pupila de entrada correcta, solo en este caso es necesario doblar la luz desde un ángulo suficientemente amplio, en lugar de reunir la cantidad de luz requerida . En una lente gran angular, el elemento frontal puede ser muchas veces el volumen total de cualquier otro elemento de lente único. Costos de vidrio.
Como usted dice, la cantidad de vidrio adicional solo necesita ser suficiente para permitir una mayor apertura. Recuerde que cada parada en la apertura es un FACTOR DE DOS cambios en el ÁREA de la apertura. Si tiene una lente de 600 mm f / 5.6, la apertura es de 107 mm, o ~ 11,500 mm ^ 2. Si quieres hacer una lente de 600 mm f / 4, incluso si no te importa corregir aberraciones, ¡es una apertura de 150 mm ... o 22,500 mm ^ 2! Has DOBLADO el área mínima requerida para soportar la apertura y probablemente duplicó el volumen (los elementos más grandes también suelen ser más gruesos, por lo que el aumento total de volumenpuede más del doble). Y eso es solo para el elemento frontal ... ¡todavía hay alrededor de 12-18 más! La cantidad de vidrio, en términos de volumen, requerida para apenas ser suficiente para soportar la mayor apertura es más del doble de lo necesario para la siguiente parada. No subestimes ese costo.
Como otros han mencionado, muchas lentes ya hacen exactamente lo que teorizaste: permite que el coeficiente intelectual sufra a la máxima apertura, lo que requiere que la lente se detenga tanto como para detenerse para obtener el máximo potencial de nitidez. En términos generales, las lentes de grado de consumo más baratas lo hacen, generalmente como resultado de una multitud de factores (vidrio más barato, proceso de fabricación más simple y totalmente automatizado, ensamblaje automatizado, etc.)
Sin embargo, la razón principal única por la cual las lentes más baratas son más baratas ... es la apertura máxima más pequeña. La mayoría de las lentes de grado de consumo, así como la mayoría de las lentes de terceros, usan aperturas máximas más pequeñas. La mayoría de los zooms de gran angular y teleobjetivo de nivel de consumidor se maximizan en f / 3.5, generalmente no constante, por lo que f / 3.5-5.6. Muchos teleobjetivos de terceros comienzan en f / 5.6, mientras que los nombres de marca comienzan en f / 4, y los zoom de teleobjetivo de terceros a menudo usan f / 5.6-6.3, mientras que los zoom de teleobjetivo de marca a menudo ofrecen f / 4 o incluso f / 2.8 Apertura constante. La apertura máxima es el principal impulsor del costo, ya que explícitamente impulsa el volumen total de vidrio requerido.
Los elementos de lente correctivos diseñados para reducir las aberraciones, como elementos asféricos, elementos de fluorita, elementos difractivos, elementos de dispersión ultrabaja, etc., todos aumentan el costo, sin embargo, hacer un gran elemento de fluorita de 5 "para un teleobjetivo f / 4 es considerablemente más costoso que hacer un elemento de fluorita de 3 "para un teleobjetivo f / 5.6. Una vez más ... cada cambio de parada en la apertura es un factor de dos cambios en el área, y un cambio aún mayor en el volumen total de vidrio.
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Hay un pequeño defecto adolescente en el plan: las aberraciones (en particular, pero no únicamente, la aberración esférica) son el principal culpable del fenómeno del cambio de enfoque. Esencialmente, eso significaría que su "lente de enfoque" no tendrá exactamente la misma distancia focal que su "lente de toma", por lo que las imágenes enfocadas perfectamente en la apertura más grande estarán fuera de foco en las aberturas más pequeñas (al menos hasta la profundidad de campo crece lo suficientemente grande como para cubrir / enmascarar la diferencia).
Hay formas de evitar el problema, por supuesto. Hasselblad mapea los cambios de enfoque conocidos de sus lentes en varias aperturas como parte de su sistema True Focus. Pero para llegar allí, y hacerlo de manera confiable, se requirió que Hasselblad cerrara el sistema. (Además de casarse con cuerpos y espaldas. No se preocupe demasiado por eso; el sistema permite una sociedad compleja de intercambio de polígamos / parejas, siempre que todas las conexiones estén debidamente bendecidas en la fábrica). para todo el mundo de cámaras réflex digitales de formato APS-C / 135 y cámaras EVIL / MILC, eso significaría que el nuevo tipo de lente solo funcionaría en cuerpos nuevos, y que los cuerpos tendrían que "conocer" las características de las lentes usando Esa estrategia. Y significaría tolerancias aún más estrictas que las permitidas actualmente (y necesitamos ajustes de microfocus para hacer hacerlastrabajar a un nivel alto) para que el cambio de enfoque previsto y el cambio de enfoque real se correspondan bien.
Por lo tanto, ahorra un poco de dinero en una parte de la lente (el vidrio) al hacer que tanto el resto de la lente como el cuerpo de la cámara sean más caros. Y tiene que explicar a las personas por qué sus lentes obviamente f / 1.2 son realmente solo f / 2.8s, lo que requeriría un poco de comercialización. Y es probable que esté cortando el suministro de sangre de terceros. Eso puede estar bien si eres Hasselblad, simplificando lo que había sido una experiencia de Frankenstein (en realidad es el único MF digital intercambiable que no se siente como piezas aleatorias pegadas en este momento), están en un mercado limitado y enrarecido, y solo tiene un competidor. Es un gran riesgo con muchas desventajas potenciales en el mercado de "productos básicos".
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Probablemente haya escuchado a la gente describir algunas lentes como "inusualmente suaves y abiertas, pero pasables en f / 2.8 y excelentes desde f / 4", o similares. Esto se debe a que, básicamente, estas lentes ya están diseñadas de la manera que usted sugiere, aunque también están limitadas por el tamaño, el peso, la complejidad, el costo y otros factores de diseño. Y también le permiten usar la lente en aperturas más amplias si realmente desea tomar una foto de esa manera, como una especie de bonificación.
Además del problema básico del cambio de enfoque, más lentes no hacen esto de una manera aún más extrema porque en el mundo real esos otros factores son muy significativos y, en general, más importantes que este beneficio. El aumento de la apertura máxima, incluso sin tener en cuenta la calidad de la imagen, requiere que una lente sea más grande, más pesada y más cara, solo porque el vidrio es todo eso. Pocas personas querrían hacer que esas compensaciones a cambio de un enfoque automático ligeramente mejor.
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El vidrio adicional en una lente rápida no solo está ahí para corregir las aberraciones. La apertura completa debe ser visible en todo el campo de visión, lo que significa que para lentes moderados o anchos, no solo puede hacer que la apertura sea más grande, sino que también debe hacer que todos los elementos delante de la abertura sean mucho más grandes.
Pero su idea está en efecto con lentes de gran formato. Muchas de estas lentes son f / 5.6, pero eso es solo para probar una imagen lo suficientemente brillante como para enfocar usando el vidrio esmerilado, dispararías a esta apertura debido a problemas de profundidad de campo, esquinas y nitidez.
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