为什么没有设计用于自动对焦的超大光圈的镜头而不是用于成像的镜头？

从历史上看，设计大光圈镜头一直很困难，因为校正大光圈引起的光学像差需要复杂的设计和大量的玻璃。从理论上讲，如果不关心像差，那么设计几乎具有任意光圈的镜头将很容易。在这种情况下，f / 1.4设计和f / 4设计之间的唯一区别是孔的物理尺寸，因此也就是前部元件的物理尺寸。

在这种情况下，设计一个镜头总是停下来到可接受的光圈以拍摄图像，但是在对焦时保持在一个小光圈，这相对来说是微不足道的。例如，如果我们假设使用200mm f / 4镜头，则该镜头只能以f / 4或更窄的光圈拍摄图像，但可能会聚焦在f / 2.8甚至f / 2的位置。

在这种设计中，额外的玻璃量仅需足以校正光学像差以实现足够精确的聚焦并让足够的光进入，从而可以减轻重量和材料，从而降低价格。在最佳情况下，除了较大的前镜片外，设计应与具有与假想镜片的“照相”光圈相同的“真实”光圈的镜片基本相同。

我指的是镜头设计，停下来时不会出现明显的焦点偏移。显然，不能以这种方式设计具有足够球差的透镜设计，以使其成为问题。

这样的设计将使所有价格范围的镜头都受益，因为它可以使聚焦更快的消费者变焦镜头的价格稍高一些，而且还可以制造出快速聚焦的优质远摄镜头（例如聚焦于f / f的800mm镜头）。 4，但以f / 5.6拍摄）。

是否存在技术或商业原因导致此类设计未得到广泛使用？

镜头成本的基本驱动因素不是像差的校正，尽管像差的校正确实会增加镜头的成本，并且在广角镜头中可能是更重要的因素。一般来说，镜片的主要成本是“眼镜”。我将玻璃用引号引起来，因为有时它是其他材料，例如萤石或衍射光栅或衍射粒子色散，但是高级透镜通常要花费更多。

如果没有从镜头两端到该光圈的适当放大率，您将无法获得指定的光圈。 看起来正确，。“物理孔径”的概念通常是用词不当。我们所谓的镜头光圈（通常称为物理光圈）正确地称为入射光瞳。入射光瞳是通过镜头前部以“无限远”距离（或换句话说，足够远的距离，使得观察到的是准直光）所观察到的光圈。600mm镜头的入射光瞳具有从镜头前部观察，f / 4 相对光圈 必须为150mm。要实现这种放大，必须做两件事：

1. 必须使用各自具有正确放大倍率的正确镜头元件来实现该放大倍率。
2. 前部元件的直径必须至少为 150mm。

考虑一下……直径为150mm的前镜头元件。直径是6英寸，大约是一个手的宽度。这是巨大的。最重要的是，镜筒的前半部直到光圈只有一点点逐渐变细，并且必须在其中使用许多附加的镜头元件。除了可以达到＃1点并校正像差的前部元件之外。因此，镜筒前半部分中有多个4“至6”的镜头元件，在光圈后面的所有镜头元件上方正确地将直线图像投射到传感器上，每个直径仍在1英寸到数英寸之间。

将不会校正像差的非球面元件替换为不会减少成本的球面元件，但不会减少特别多的费用，除非我们要说的是非常短的焦距是广角变焦（像差校正的成本往往是这是一个更重要的成本因素，因为总的玻璃量远低于较长的焦距。）但是，不管镜头类型如何，通常大部分成本是前部元件，也许是前部元件。

即使在广角镜中，前部元件通常也会比获得正确的入射光瞳所需的镜头大很多倍，仅在这种情况下，才需要将光线从足够广的角度弯曲，而不是收集所需的光量。 。在广角镜头中，前部元件的体积可以是任何其他单个镜头元件的总体积的许多倍。玻璃成本。

如您所述，附加玻璃的数量仅需要足以允许更大的光圈。 请记住，光圈的每个光阑都是光圈面积变化两个的因数。如果您使用600mm f / 5.6镜头，则光圈为107mm，即〜11,500mm ^ 2。如果您想制作600mm f / 4镜头，即使您不关心校正像差，也就是150mm的光圈...或22,500mm ^ 2！你已经倍增的最小面积需要支持孔，并且有可能超过一倍体积（较大元件通常也更厚，所以在增加总体积可以增加一倍以上）。而且这只是用于前端元素...还有大约12-18个！就体积而言，刚好足以支撑更大的光圈所需的玻璃量是下一次停止所需玻璃量的两倍以上。不要小看那笔费用。

正如其他人提到的那样，许多镜头已经完全按照您的理论进行了工作：让IQ受最大光圈的影响，要求将镜头停下来大约一个光圈，以完全实现最大的清晰度潜力。一般来说，通常是由于多种因素（更便宜的玻璃，更简单，完全自动化的制造工艺，自动组装等）导致价格更低廉的消费级镜片这样做。

更便宜的镜头更便宜的唯一主要原因是……最大光圈更小。大多数消费级镜头以及大多数第三方镜头都使用较小的最大光圈。大多数消费级的广角和远摄变焦最大可达f / 3.5，通常不是恒定的，因此为f / 3.5-5.6。许多第三方远摄变焦始于f / 5.6，而品牌名称始于f / 4，而第三方远摄变焦通常会使用f / 5.6-6.3，而品牌远摄变焦通常会提供f / 4甚至f / 2.8恒定的光圈。最大孔径是成本的主要驱动因素，因为它明确地驱动了所需玻璃的总体积。

为减少像差而设计的矫正透镜元件，例如非球面透镜，萤石透镜，衍射透镜，超低色散透镜等，均增加了成本，但再次为f / 4远摄镜头制造大型5英寸萤石透镜相当可观比制造用于f / 5.6远摄镜头的3英寸萤石元件更昂贵。同样，光圈的每一次停止变化都是面积变化的两倍，玻璃总体积的变化甚至更大。

该计划存在一个小缺陷：像差（特别是但不是唯一的球面像差）是造成焦点偏移现象的主要原因。本质上，这意味着您的“聚焦镜头”焦距不会与“摄影镜头”完全相同，因此，在较大光圈处正确聚焦的图像将在较小光圈处失焦（至少直到景深为止）变得足够大以覆盖/掩盖差异）。

当然，有很多方法可以解决该问题。作为其True Focus系统的一部分，哈苏将其镜头在各种光圈下的已知焦点偏移映射到地图上。但是要到达那里并可靠地进行，则需要哈苏关闭系统。（以及嫁给身体和后背的人。不必为此担心太多；该系统允许复杂的一夫多妻制/交换伴侣的社会，但前提是所有转播在工厂都得到了适当的祝福。）对于APS-C / 135格式数码单反相机和EVIL / MILC相机的世界而言，这意味着新的镜头类型只能在新的机身上使用，并且机身必须使用镜头“了解”镜头的特性该策略。这将意味着比当前允许的公差更严格的公差（并且我们需要微聚焦调整才能使它们因此，预测的焦点偏移与实际的焦点偏移会很好地对应。

因此，通过使镜头的其余部分和相机机身都更昂贵，可以节省一部分镜头（玻璃）的钱。而且，您必须向人们解释为什么他们显然的f / 1.2镜头实际上只是f / 2.8s，这需要一些营销。而且您可能会切断第三方血液供应。如果您是哈苏，简化了科学怪人的经历，那可能会很好（它实际上是唯一的可互换的MF数字数码相机，目前还不会像随机零件那样粘在一起），并且市场有限且稀有，并且只有一个竞争对手。这是一个巨大的风险，在“商品”市场中存在许多潜在的不利因素。

您可能已经听说过有人将某些镜头描述为“无法正常使用的柔光大光圈，但在f / 2.8时仍可通过，而在f / 4时则出色”或类似。这是因为，基本上，这些镜片已经按照您的建议进行了设计，尽管还受到尺寸，重量，复杂性，成本和其他设计因素的限制。而且，如果您真的想以这种方式拍照，它们还可以让您在更大的光圈下使用镜头，这是一种额外的好处。

除了焦点移动的基本问题之外，更多的镜头无法以更极端的方式进行操作，因为在现实世界中，其他因素非常重要，并且通常比这种优势更为重要。即使不考虑图像质量，增加最大光圈也需要镜头更大，更重且更昂贵，因为玻璃就是所有这些。很少有人会希望做出这些折衷以换取更好的自动对焦。

快速镜头中多余的玻璃不仅仅用于校正像差。整个光圈必须在整个视场中可见，这意味着对于中等或宽镜头，您不能仅仅使光圈变大，而必须使光圈前面的所有元素也变大。

但是您的想法对大画幅镜头是有效的。这些镜头中很多都是f / 5.6，但这只是为了证明有足够的图像可以使用毛玻璃来聚焦，由于景深，转角和清晰度问题，您会在此光圈下拍摄。