Pourquoi les objectifs ne sont-ils pas conçus avec de très grandes ouvertures pour l'autofocus au-delà de ce qui est utilisé pour l'imagerie?

Historiquement, la conception de lentilles à grande ouverture a été difficile car la correction des aberrations optiques qui résultent de grandes ouvertures nécessite des conceptions complexes et de très grandes quantités de verre. Théoriquement, si l'on ne se souciait pas des aberrations, il serait facile de concevoir un objectif avec presque n'importe quelle ouverture arbitraire. Dans un tel cas, la seule différence entre, disons, un design f / 1,4 et un design f / 4 serait la taille physique de l'ouverture, et donc de l'élément avant.

Étant donné que c'est le cas, il devrait être relativement trivial de concevoir un objectif qui s'arrête toujours à une ouverture acceptable pour prendre des images, mais reste à un petit f-stop lors de la mise au point. Par exemple, si nous devions prendre un hypothétique objectif 200 mm f / 4, l'objectif ne prendrait que des images à f / 4 ou à des ouvertures plus étroites, mais il pourrait se concentrer sur disons, f / 2,8 ou même f / 2.

La quantité supplémentaire de verre dans une telle conception ne doit être que suffisante pour corriger les aberrations optiques pour une mise au point suffisamment précise à atteindre et pour laisser entrer suffisamment de lumière, ce qui permet d'économiser du poids et du matériau et donc de réduire le prix. La conception devrait, dans le meilleur des cas, être essentiellement identique à un objectif ayant la même ouverture "vraie" que l'ouverture "de prise de vue" de l'objectif hypothétique, à l'exception de l'élément avant plus grand.

Je fais référence spécifiquement aux conceptions d'objectifs qui ne présentent pas de décalage de mise au point significatif lors de l'arrêt. De toute évidence, les conceptions de lentilles qui ont suffisamment d'aberrations sphériques pour que cela devienne un problème ne pouvaient pas être conçues de cette manière.

Une telle conception bénéficierait aux objectifs dans toutes les gammes de prix, car elle permettrait de réaliser des zooms grand public à mise au point plus rapide à des prix légèrement plus élevés, mais également de réaliser des téléobjectifs extrêmes premium à mise au point rapide (comme un objectif 800 mm qui se concentre sur f / 4 mais tire à f / 5,6).

Y a-t-il une raison technique ou commerciale pour laquelle ces conceptions ne sont pas largement utilisées?

Le facteur déterminant fondamental du coût d'une lentille n'est pas la correction des aberrations, bien que la correction des aberrations augmente le coût d'une lentille et peut être un facteur plus important dans les lentilles à angle plus large. D'une manière générale, le coût principal d'une lentille est le "verre". Je mets le verre entre guillemets, car il s'agit parfois d'autres matériaux, tels que la fluorite ou un réseau de diffraction ou une dispersion de particules diffractives, mais les éléments de lentille avancés coûtent généralement PLUS.

Vous ne pouvez pas atteindre une ouverture spécifiée sans avoir le grossissement approprié des deux extrémités de l'objectif pour que cette ouverture semble avoir la bonne taille . La notion d '"ouverture physique" est généralement impropre. Ce que nous appelons l'ouverture d'une lentille, ce que l'on appelle souvent l'ouverture physique, est correctement appelé pupille d'entrée . La pupille d'entrée est l'ouverture observée à l'avant de l'objectif à une distance «infinie» (ou, en d'autres termes, à une distance suffisamment grande pour que l'observation soit de la lumière collimatée.) La pupille d'entrée d'un objectif de 600 mm avec un L' ouverture relative f / 4 doit être de 150 mm, comme observé à l'avant de l'objectif. Pour atteindre ce grossissement, deux choses doivent être:

1. Les bons éléments de lentille ayant chacun le bon grossissement doivent être utilisés pour atteindre ce grossissement.
2. L'élément avant doit avoir un diamètre d' au moins 150 mm.

Pensez-y un instant ... un élément de lentille avant de 150 mm de diamètre. C'est 6 "de diamètre, environ une largeur de mains. C'est ÉNORME. En plus de cela, la moitié avant du barillet jusqu'au diaphragme n'est que légèrement effilée, et il existe un certain nombre d'éléments de lentille supplémentaires qui doivent être utilisés dans en plus de l'élément avant pour atteindre le point n ° 1 et corriger les aberrations. Vous avez donc un certain nombre d'éléments d'objectif de 4 "à 6" dans la moitié avant du barillet, au-dessus de tous les éléments d'objectif derrière le diaphragme pour projetez correctement une image rectiligne sur le capteur, dont chacun mesure toujours un pouce à plusieurs pouces de diamètre.

Le remplacement d'un élément asphérique qui corrige les aberrations par un élément sphérique qui ne réduira probablement pas le coût, mais pas d'une quantité particulièrement importante, sauf si nous parlons de focales très courtes sont des zooms grand angle (où le coût des corrections d'aberration a tendance à être un facteur de coût plus important, car la quantité globale de verre est beaucoup plus faible que dans les focales plus longues.) Quel que soit le type d'objectif, cependant, la partie la plus importante du coût est généralement l'élément avant, peut-être le couple d'éléments avant.

Même dans un objectif grand angle, l'élément avant sera généralement beaucoup plus grand que nécessaire pour obtenir la pupille d'entrée correcte, mais dans ce cas, il est nécessaire de courber la lumière d'un angle suffisamment grand, plutôt que de recueillir la quantité de lumière requise . Dans un objectif grand angle, l'élément avant peut représenter plusieurs fois le volume total de tout autre élément d'objectif unique. Coûts du verre.

Comme vous le dites, la quantité de verre supplémentaire doit être suffisante pour permettre une plus grande ouverture. N'oubliez pas que chaque arrêt d'ouverture est un FACTEUR DE DEUX changements de ZONE d'ouverture. Si vous avez un objectif 600 mm f / 5,6, l'ouverture est de 107 mm, soit ~ 11 500 mm ^ 2. Si vous voulez faire un objectif 600 mm f / 4, même si vous ne vous souciez pas de corriger les aberrations, c'est une ouverture de 150 mm ... ou 22 500 mm ^ 2 !! Vous avez DOUBLÉ la surface minimale requise pour supporter l'ouverture et probablement plus que doublé le volume (les éléments plus gros sont généralement plus épais également, donc l'augmentation totale du volumepeut plus que doubler). Et c'est juste pour l'élément avant ... il en reste encore environ 12-18! La quantité de verre, en termes de volume, requise pour à peine suffire à supporter la plus grande ouverture est plus du double de ce qui est nécessaire pour le prochain arrêt. Ne sous-estimez pas ce coût.

Comme d'autres l'ont mentionné, beaucoup d'objectifs font déjà exactement ce que vous avez théorisé: permettre à l'IQ de souffrir à l'ouverture maximale, ce qui nécessite l'arrêt de l'objectif jusqu'à un arrêt ou plus pour réaliser pleinement le potentiel de netteté maximal. De manière générale, les lentilles de consommation moins chères le font, généralement en raison d'une multitude de facteurs (verre moins cher, processus de fabrication plus simple et entièrement automatisé, assemblage automatisé, etc.)

La seule raison principale pour laquelle les objectifs moins chers sont moins chers, cependant ... est l'ouverture maximale plus petite. La plupart des objectifs grand public, ainsi que la plupart des objectifs tiers, utilisent des ouvertures maximales plus petites. La plupart des zooms grand angle et téléobjectif grand public sont à f / 3,5, généralement non constants, donc f / 3,5-5,6. De nombreux zooms téléobjectifs tiers commencent à f / 5,6 tandis que les noms de marque commencent à f / 4, et les zooms téléobjectifs tiers utilisent souvent f / 5,6-6,3 tandis que les zooms téléobjectifs de marque proposent souvent f / 4 ou même f / 2,8 ouverture constante. L'ouverture maximale est le principal facteur de coût, car elle entraîne explicitement le volume total de verre requis.

Les éléments d'objectif correcteurs conçus pour réduire les aberrations, tels que les éléments asphériques, les éléments fluorés, les éléments diffractifs, les éléments à dispersion ultra-faible, etc. plus coûteux que de fabriquer un élément en fluorite de 3 "pour un téléobjectif f / 5,6. Encore une fois ... chaque changement d'arrêt de l'ouverture est un facteur de deux changements de surface et un changement encore plus important du volume total de verre.

Il y a une petite faille ados-weensy dans le plan: les aberrations (en particulier, mais pas uniquement, les aberrations sphériques) sont le principal coupable du phénomène de changement de focus. Essentiellement, cela signifierait que votre "objectif de mise au point" n'aura pas exactement la même distance focale que votre "objectif de prise de vue", de sorte que les images parfaitement mises au point à la plus grande ouverture seront floues aux petites ouvertures (au moins jusqu'à la profondeur de champ grandit suffisamment pour couvrir / masquer la différence).

Il existe bien sûr des moyens de contourner le problème. Hasselblad cartographie les décalages de mise au point connus de ses objectifs à différentes ouvertures dans le cadre de son système True Focus. Mais pour y arriver et le faire de manière fiable, Hasselblad a dû fermer le système. (Ainsi que pour épouser le corps et le dos. Ne vous inquiétez pas trop à ce sujet; le système permet une société complexe d'échange de polygames / de partenaires, à condition que tous les branchements soient correctement bénis à l'usine.) pour tous les appareils photo reflex numériques APS-C / 135 et les appareils photo EVIL / MILC, cela signifierait que le nouveau type d'objectif ne fonctionnerait que sur de nouveaux corps et que les corps devraient "connaître" les caractéristiques des objectifs en utilisant cette stratégie. Et cela signifierait encore plus strictes tolérances que sont actuellement autorisés (et nous avons besoin adjstments microfocus pour faire lestravailler à un niveau élevé) de sorte que le décalage de mise au point prévu et le décalage de mise au point réel correspondent bien.

Vous économisez donc un peu d'argent sur une partie de l'objectif (le verre) en rendant le reste de l'objectif et le boîtier de l'appareil photo plus chers. Et vous devez expliquer aux gens pourquoi leurs objectifs évidemment f / 1.2 ne sont vraiment que des f / 2.8, ce qui prendrait un peu de marketing. Et vous seriez probablement en train de couper l'approvisionnement en sang de tiers. Cela peut être bien si vous êtes Hasselblad, simplifiant ce qui avait été une expérience Frankenstein (c'est vraiment le seul MF numérique à dos interchangeable qui ne ressemble pas à des pièces aléatoires collées ensemble pour le moment), sont dans un marché limité et raréfié, et avoir un seul concurrent. C'est un risque énorme avec de nombreux inconvénients potentiels sur le marché des "matières premières".

Vous avez probablement entendu des gens qualifier certains objectifs de "grand ouvert exceptionnellement doux, mais passables à f / 2,8 et excellents à partir de f / 4", ou similaire. En effet, ces lentilles sont déjà conçues comme vous le suggérez, bien qu'elles soient également contraintes par la taille, le poids, la complexité, le coût et d'autres facteurs de conception. Et ils vous permettent également d'utiliser l'objectif à des ouvertures plus larges si vous voulez vraiment prendre une photo de cette façon, en guise de bonus.

En plus du problème de base du décalage de mise au point, plus d'objectifs ne le font pas de manière encore plus extrême, car dans le monde réel, ces autres facteurs sont très importants - et, généralement, plus importants que cet avantage. L'augmentation de l'ouverture maximale, même sans égard à la qualité d'image, nécessite qu'un objectif soit plus grand, plus lourd et plus cher, simplement parce que le verre est tout cela. Peu de gens voudraient faire ces compromis en échange d'une mise au point automatique légèrement meilleure.

Le verre supplémentaire dans une lentille rapide n'est pas seulement là pour corriger les aberrations. L'ouverture complète doit être visible sur tout le champ de vision, ce qui signifie que pour les objectifs modérés ou larges, vous ne pouvez pas simplement agrandir l'ouverture, vous devez également agrandir tous les éléments devant l'ouverture.

Mais votre idée est en quelque sorte en vigueur avec des objectifs grand format. Beaucoup de ces objectifs sont f / 5,6, mais c'est juste pour prouver une image suffisamment lumineuse pour faire la mise au point à l'aide du verre dépoli, vous photographieriez à cette ouverture en raison de problèmes de profondeur de champ, de coins et de netteté.