Tại sao các ống kính không được thiết kế với khẩu độ cực lớn để lấy nét tự động ngoài những gì được sử dụng để chụp ảnh?

Trong lịch sử, việc thiết kế ống kính khẩu độ lớn rất khó khăn vì việc điều chỉnh quang sai phát sinh từ khẩu độ lớn đòi hỏi thiết kế phức tạp và lượng kính rất lớn. Về mặt lý thuyết, nếu người ta không quan tâm đến quang sai, sẽ dễ dàng thiết kế một ống kính với gần như bất kỳ khẩu độ tùy ý nào. Trong trường hợp như vậy, sự khác biệt duy nhất giữa nói, thiết kế f / 1.4 và f / 4 sẽ là kích thước vật lý của khẩu độ, và do đó là phần tử phía trước.

Cho rằng đây là trường hợp, việc thiết kế một ống kính luôn dừng ở khẩu độ chấp nhận được để chụp ảnh, nhưng vẫn ở mức f-stop nhỏ khi lấy nét là tương đối tầm thường. Ví dụ: nếu chúng ta sử dụng ống kính 200mm f / 4 giả thuyết, ống kính sẽ chỉ chụp ảnh ở khẩu độ f / 4 hoặc hẹp hơn, nhưng nó có thể lấy nét ở mức f / 2.8 hoặc thậm chí f / 2.

Lượng kính bổ sung trong thiết kế như vậy chỉ cần vừa đủ để điều chỉnh quang sai cho tiêu cự đủ chính xác để đạt được và cho đủ ánh sáng vào, cho phép một người tiết kiệm trọng lượng và vật liệu và do đó giảm giá. Trong trường hợp tốt nhất, thiết kế phải giống hệt với một ống kính có khẩu độ "thật" giống như khẩu độ "chụp ảnh" của ống kính giả thuyết, ngoài yếu tố phía trước lớn hơn.

Tôi đặc biệt đề cập đến các thiết kế ống kính không thể hiện sự thay đổi tiêu cự đáng kể khi dừng lại. Rõ ràng, các thiết kế ống kính có đủ độ chụm hình cầu để điều này trở thành một vấn đề không thể được thiết kế theo cách này.

Thiết kế như vậy sẽ có lợi cho ống kính ở mọi mức giá, vì nó có thể giúp thu phóng người tiêu dùng lấy nét nhanh hơn ở mức giá cao hơn một chút mà còn tạo ra các ống kính cực cao lấy nét nhanh (như ống kính 800mm lấy nét ở f / 4 nhưng bắn ở f / 5.6).

Có một lý do kỹ thuật hoặc thương mại tại sao các thiết kế như vậy không được sử dụng rộng rãi?

Động lực cơ bản của chi phí trong ống kính không phải là hiệu chỉnh quang sai, mặc dù việc điều chỉnh quang sai làm tăng thêm chi phí của ống kính và có thể là yếu tố quan trọng hơn trong ống kính góc rộng hơn. Nói chung, chi phí chính của ống kính là "kính". Tôi đặt kính trong dấu ngoặc kép, bởi vì đôi khi nó là các vật liệu khác, chẳng hạn như Fluorite hoặc nhiễu xạ nhiễu xạ hoặc phân tán hạt nhiễu xạ, tuy nhiên các thấu kính tiên tiến thường có giá HƠN.

Bạn không thể đạt được khẩu độ xác định mà không có độ phóng đại thích hợp từ cả hai đầu của ống kính để khẩu độ đó có vẻ đúng kích thước . Khái niệm "khẩu độ vật lý" nói chung là một cách hiểu sai. Cái mà chúng ta gọi là khẩu độ của ống kính, thường được gọi là khẩu độ vật lý, được gọi chính xác là đồng tử vào . Đồng tử vào là khẩu độ được quan sát qua mặt trước của ống kính ở khoảng cách "vô cực" (hay nói cách khác, khoảng cách đủ lớn để quan sát là ánh sáng chuẩn.) Đồng tử vào của thấu kính 600mm có khẩu độ tương đối f / 4 phải là 150mm như được quan sát qua mặt trước của ống kính. Để đạt được độ phóng đại đó, hai điều phải là:

1. Các thành phần thấu kính bên phải, mỗi phần có độ phóng đại phù hợp phải được sử dụng để đạt được độ phóng đại đó.
2. Phần tử phía trước phải có đường kính ít nhất 150mm.

Hãy suy nghĩ về điều này trong giây lát ... một thành phần ống kính phía trước đường kính 150mm. Đó là đường kính 6 ", rộng khoảng một bàn tay. Đó là RẤT NHIỀU. Trên hết, nửa trước của nòng súng cho đến màng loa chỉ hơi thon và có một số thành phần thấu kính bổ sung phải được sử dụng trong Ngoài phần tử phía trước để đạt được điểm số 1 cũng như chính xác cho quang sai. Vì vậy, bạn có số phần tử thấu kính 4 "đến 6" ở nửa trước của nòng súng, bên trên tất cả các phần tử thấu kính phía sau màng chắn chiếu đúng hình ảnh trực tuyến lên cảm biến, mỗi hình ảnh vẫn có đường kính từ một inch đến vài inch. Tất cả các CHI PHÍ thủy tinh đó!

Thay thế một yếu tố hình cầu điều chỉnh quang sai bằng một yếu tố hình cầu có thể sẽ không làm giảm chi phí, nhưng không phải bằng một lượng đặc biệt đáng kể trừ khi chúng ta đang nói về độ dài tiêu cự rất ngắn là zoom góc rộng (trong đó chi phí điều chỉnh quang sai có xu hướng một yếu tố chi phí đáng kể hơn, vì tổng lượng kính thấp hơn nhiều so với độ dài tiêu cự dài hơn.) Bất kể loại ống kính nào, tuy nhiên, thông thường phần chi phí lớn hơn là phần tử phía trước, có thể là cặp phần tử phía trước.

Ngay cả trong ống kính góc rộng, phần tử phía trước thường sẽ lớn hơn nhiều lần so với mức cần thiết để đạt được đồng tử vào chính xác, chỉ trong trường hợp này, cần phải bẻ cong ánh sáng từ một góc đủ rộng, thay vì thu thập lượng ánh sáng cần thiết . Trong ống kính góc rộng, phần tử phía trước có thể gấp nhiều lần tổng thể tích của bất kỳ phần tử thấu kính đơn nào khác. Chi phí kính.

Như bạn nêu, lượng kính bổ sung chỉ cần đủ để cho phép khẩu độ lớn hơn. Hãy nhớ rằng mỗi điểm dừng trong khẩu độ là một YẾU TỐ CỦA HAI thay đổi trong KHU VỰC khẩu độ. Nếu bạn có ống kính 600mm f / 5.6, khẩu độ là 107mm, hoặc ~ 11,500mm ^ 2. Nếu bạn muốn tạo ống kính 600mm f / 4, ngay cả khi bạn không quan tâm đến việc điều chỉnh quang sai, đó là khẩu độ 150mm ... hoặc 22.500mm ^ 2 !! Bạn đã CHẠM diện tích tối thiểu cần thiết để hỗ trợ khẩu độ, và có khả năng tăng gấp đôi âm lượng (các phần tử lớn hơn cũng thường dày hơn, do đó, tổng âm lượng tăngcó thể nhiều hơn gấp đôi). Và đó chỉ là yếu tố phía trước ... vẫn còn khoảng 12-18 nữa! Lượng kính, về mặt khối lượng, yêu cầu chỉ vừa đủ để hỗ trợ khẩu độ lớn hơn gấp đôi những gì cần thiết cho lần dừng tiếp theo. Đừng đánh giá thấp chi phí đó.

Như những người khác đã đề cập, rất nhiều ống kính đã thực hiện chính xác những gì bạn đã đưa ra: Cho phép IQ chịu được khẩu độ tối đa, yêu cầu ống kính phải dừng lại càng nhiều càng tốt để nhận ra tiềm năng độ sắc nét tối đa. Nói chung, ống kính cấp tiêu dùng rẻ hơn làm như vậy, thường là kết quả của vô số yếu tố (kính rẻ hơn, quy trình sản xuất đơn giản hơn và hoàn toàn tự động, lắp ráp tự động, v.v.)

Lý do chính duy nhất tại sao ống kính rẻ hơn rẻ hơn, tuy nhiên ... là khẩu độ tối đa nhỏ hơn. Hầu hết các ống kính cấp tiêu dùng, cũng như hầu hết các ống kính của bên thứ ba, sử dụng khẩu độ tối đa nhỏ hơn. Hầu hết các góc phóng to và ống kính tele ở mức tiêu dùng tối đa ở mức f / 3.5, thường là không cố định nên f / 3.5-5.6. Nhiều zoom tele của bên thứ ba bắt đầu ở f / 5.6 trong khi tên thương hiệu bắt đầu ở f / 4 và zoom tele của bên thứ ba thường sử dụng f / 5.6-6.3 trong khi zoom tele thương hiệu thường cung cấp f / 4 hoặc thậm chí f / 2.8 khẩu độ không đổi. Khẩu độ tối đa là yếu tố chính chi phí, vì nó điều khiển rõ ràng tổng khối lượng kính cần thiết.

Các thành phần thấu kính hiệu chỉnh được thiết kế để giảm quang sai, chẳng hạn như các phần tử hình cầu, các phần tử Fluorite, các phần tử nhiễu xạ, các phần tử tán sắc cực thấp, v.v. tốn kém hơn so với chế tạo phần tử fluorite 3 for cho ống kính tele f / 5.6. Một lần nữa ... mỗi lần thay đổi khẩu độ là một yếu tố của hai thay đổi về diện tích và sự thay đổi lớn hơn nữa trong tổng khối lượng kính.

Có lẽ bạn đã từng nghe người ta mô tả một số ống kính là "mở rộng mềm mại khác thường, nhưng có thể qua được ở f / 2.8 và xuất sắc từ f / 4", hoặc tương tự. Đó là bởi vì, về cơ bản, các ống kính này đã được thiết kế theo cách bạn đề xuất, mặc dù bị hạn chế thêm bởi kích thước, trọng lượng, độ phức tạp, chi phí và các yếu tố thiết kế khác. Và họ cũng cho phép bạn sử dụng ống kính ở khẩu độ rộng hơn nếu bạn thực sự muốn chụp ảnh theo cách đó, như một phần thưởng.

Ngoài vấn đề cơ bản về dịch chuyển lấy nét, nhiều ống kính không thực hiện điều này theo một cách cực đoan hơn bởi vì trong thế giới thực, những yếu tố khác rất quan trọng - và nói chung, quan trọng hơn lợi ích này . Việc tăng khẩu độ tối đa, thậm chí không quan tâm đến chất lượng hình ảnh đòi hỏi ống kính phải to hơn, nặng hơn và đắt hơn, chỉ vì kính là tất cả những thứ đó. Rất ít người muốn thực hiện những sự đánh đổi đó để đổi lấy lấy nét tự động tốt hơn một chút.

Có một lỗ hổng nhỏ ở tuổi thiếu niên trong kế hoạch: quang sai (đặc biệt, nhưng không phải là quang sai hình cầu) là thủ phạm chính gây ra hiện tượng dịch chuyển trọng tâm. Về cơ bản, điều đó có nghĩa là "ống kính lấy nét" của bạn sẽ không có độ dài tiêu cự chính xác như "ống kính chụp" của bạn, do đó, hình ảnh tập trung hoàn toàn ở khẩu độ lớn hơn sẽ nằm ngoài tiêu cự ở khẩu độ nhỏ hơn (ít nhất là cho đến độ sâu trường ảnh phát triển đủ lớn để che / che dấu sự khác biệt).

Có nhiều cách xung quanh vấn đề, tất nhiên. Hasselblad ánh xạ sự dịch chuyển tiêu cự đã biết của ống kính ở các khẩu độ khác nhau như là một phần của hệ thống Lấy nét thật của nó. Nhưng để đến đó, và làm điều đó một cách đáng tin cậy, yêu cầu Hasselblad phải đóng hệ thống. (Cũng như kết hôn với cơ thể và lưng. Đừng lo lắng quá nhiều về điều đó; hệ thống cho phép một xã hội đa thê / giao phối phức tạp, với điều kiện là tất cả các mối nối đều được ban phước tại nhà máy.) đối với tất cả thế giới của máy ảnh DSLR định dạng APS-C / 135 và máy ảnh EVIL / MILC, điều đó có nghĩa là loại ống kính mới sẽ chỉ hoạt động trên các thân máy mới và cơ thể sẽ phải "biết" các đặc điểm của ống kính bằng cách sử dụng chiến lược đó. Và điều đó có nghĩa là dung sai thậm chí còn chặt hơn mức cho phép hiện tại (và chúng tôi cần các điều chỉnh vi mô để tạo ra chúnglàm việc ở mức cao) để dịch chuyển tiêu điểm dự đoán và dịch chuyển tiêu điểm thực tế tương ứng tốt.

Vì vậy, bạn tiết kiệm một ít tiền cho một phần của ống kính (kính) bằng cách làm cho cả phần còn lại của ống kính và thân máy trở nên đắt hơn. Và bạn phải giải thích cho mọi người tại sao ống kính f / 1.2 rõ ràng của họ thực sự chỉ là f / 2.8, sẽ mất một chút tiếp thị. Và bạn có thể sẽ cắt nguồn cung cấp máu của bên thứ ba. Điều đó có thể ổn nếu bạn là Hasselblad, đơn giản hóa những gì đã từng là trải nghiệm của Frankenstein (nó thực sự là kỹ thuật số MF có thể hoán đổi cho nhau mà không cảm thấy như các bộ phận ngẫu nhiên bị mắc kẹt vào lúc này), đang ở trong một thị trường hạn chế và hiếm có, và chỉ có một đối thủ cạnh tranh. Đó là một rủi ro lớn với rất nhiều mặt trái tiềm năng trong thị trường "hàng hóa".

Kính bổ sung trong ống kính nhanh không chỉ ở đó để điều chỉnh quang sai. Khẩu độ đầy đủ phải được hiển thị trên toàn bộ trường nhìn có nghĩa là đối với ống kính vừa hoặc rộng, bạn không thể chỉ làm cho khẩu độ lớn hơn mà bạn phải làm cho tất cả các yếu tố phía trước khẩu độ cũng lớn hơn nhiều.

Nhưng ý tưởng của bạn là loại có hiệu lực với các ống kính định dạng lớn. Nhiều trong số các ống kính này là f / 5.6, nhưng đó chỉ là để chứng minh hình ảnh đủ sáng để lấy nét bằng kính mặt đất, bạn sẽ chụp ở khẩu độ này do các vấn đề về độ sâu trường ảnh, góc và độ sắc nét.