Должны ли линзы такого же качества для сенсоров меньшего размера быть дешевле?

Теоретически мы ожидаем, что объективы с идентичными характеристиками и качеством будут дешевле, если они предназначены для сенсоров меньшего размера? Я ожидаю, что ответ положительный , потому что все вещи, с которыми объективы с трудом справляются — хроматические аберрации, виньетирование, дисторсия и т. д. — экспонируются в меньшей центральной области. Или, другими словами, если вы берете полнокадровое изображение и обрезаете его по центру, вы всегда получаете меньше этих плохих вещей. Я также думаю о проблеме качества изображения на выходе как об обратной проблеме изображения на входе, и мы знаем, что большие апертуры оптически более сложны.

А как насчет практики: отличается ли ответ? Например, это может быть «да» в теории и «нет» на практике, потому что все так или иначе проектируют и производят полнокадровые модели, а экономия за счет масштаба сводит на нет любую теоретическую экономию, которая может быть для объективов, разработанных для меньших сенсоров.

Обновление: некоторые из ответов до сих пор предполагают, что сложность объектива должна быть постоянной, и, таким образом, учитывают только предельные затраты на уменьшение размера. Очевидно, что экономия размера/материала не будет существенной, когда речь идет о компромиссах, подобных этому, в качественном стекле.

Я больше думал о том, чтобы уменьшить качество и, возможно, даже количество компонентов объектива. Опять же, поскольку мне трудно визуализировать оптику выходного конуса, я надеюсь, что конструкция примерно аналогична входной стороне объектива: мы знаем, что высококачественный объектив с большой апертурой сталкивается с самыми большими проблемами при съемке с широко открытой диафрагмой, потому что он должен принимать падающий свет и преломлять его под более экстремальными углами, не вводя хроматических аберраций, искажений и т. д. Если вы готовы снимать с фиксированным фокусным расстоянием, скажем, f/10+, то многие из этих проблем исчезнут. Так что я предполагаю, что на стороне выхода это несколько похоже: чем больше круг, тем больше вам нужно работать с оптикой, чтобы сохранить постоянное качество от края до края. Точно так же, как закрытие диафрагмы избавляет вас от проблем с сохранением качества,мы заботимся о том, чтобы уменьшить размер сенсора, упростить сохранение качества на сенсоре?

Еще одно обновление: предположим, что мы говорим о датчиках с одинаковым шагом пикселя и технологией. То есть мы не просим объективы для сенсоров меньшего размера компенсировать любые недостатки, которые часто сопровождают уменьшенный размер сенсора. Хотя, опять же, я предполагаю, что на практике "хорошее" стекло обычно работает близко к верхнему (дифракционному) пределу разрешения.

Я думаю, что это больше связано с размером пикселя на сенсоре, чем с общим размером сенсора.
Думаю, вы правы — объектив Canon или Nikon 600 мм стоит около 10 000 долларов, в то время как объектив 24-1200 на камеру с суперзумом можно приобрести менее чем за 500 долларов. Конечно, последний хуже по качеству, но вы не можете получить 600-миллиметровый объектив SLR ЛЮБОГО качества за 500 долларов или что-то близкое к этому. Это неопровержимое доказательство? Нет. Но тем не менее это доказательство.
Равный шаг пикселя — это не то, что вам нужно. В течение многих лет казалось, что все цифровые камеры имеют сенсоры с разрешением 14-20 Мп, независимо от размера сенсора. Сегодня у меня суперзум Nikon P950 с 14-мегапиксельной матрицей и матрицей 1/2,33 дюйма, а также Canon M6 с 32-мегапиксельной матрицей и матрицей APS-C. Каждый пиксель в Canon примерно в два раза больше площади каждого пикселя в Nikon. Это способствует лучшему шуму. производительность и позволяет использовать меньшие апертуры без потери дифракции, но если ваша цель маленькая и далеко, вам нужно больше (маленьких) пикселей на цели.

Ответы (6)

Объективы меньшего формата облегчаются тем, что имеют меньшую максимальную высоту изображения и меньшее поле зрения при том же фокусном расстоянии. Каждая аберрация имеет явные зависимости от поля , которые описывают скорость, с которой они растут. В следующих уравнениях y — высота луча на линзе, а h — высота изображения.

Сферическая аберрация изменяется на y 3 .

Кома варьирует на y 2 ч.

Астигматизм варьируется в зависимости от yh 2 .

Кривизна поля изменяется на yh 2 .

Искажение варьируется в зависимости от h 3 .

(по материалам « Современный дизайн линз» или « Современная оптическая инженерия » У. Дж. Смита)

Если вы сохраняете поле зрения постоянным и просто уменьшаете размер объектива пропорционально уменьшению размера сенсора, то оптические характеристики действительно улучшаются . Например, если бы у вас был плосковыпуклый синглет с фокусным расстоянием 100 мм и вы увеличили его до 50 мм, кривизна передней поверхности была бы в два раза сильнее, чем раньше, задний фокус был бы в два раза короче, а диаметр был бы в два раза меньше. что было изначально. Как правило, более сильная кривизна и в этом случае уменьшенный диаметр в сочетании с уменьшенной высотой изображения всегда предпочтительнее.

Поэтому, если вы хотите сохранить производительность постоянной, то при уменьшении размера объектива вы можете выбрать менее дорогие конструкции линз с более низкими «базовыми» характеристиками.

Ах, вы осветили еще одну переменную, которую я должен был оставить неизменной в вопросе: вы говорите, что при неизменном формате сенсора труднее создать простое число такого же качества по мере уменьшения фокусного расстояния, верно? Тогда предположим, что мы сравниваем объективы с одинаковым полем зрения и одинаковой апертурой. В этот момент кажется, что на самом деле нужно просто увеличивать и уменьшать объектив в сборе одинакового качества, это правильно? Т.е. нет никакой экономии на дизайне, потому что каждый элемент объектива в одном и том же оптическом решении должен быть там, просто немного больше или меньше?
@feetwet объектив, определяемый полем зрения и числом f, может масштабироваться до любого фокусного расстояния. Масштабирование увеличивает размер всего, включая пятно от объектива. Тот же эффект дает уменьшение. Экономия на дизайне действительно достигается только на стадии производства. Например, 50 мм f/1,8 можно масштабировать до 25 мм f/1,8 для микро-четырех третей, и он будет работать лучше, обеспечивая чрезвычайно низкую стоимость первоначальной разработки.
Если уменьшение масштаба данного объектива приведет к повышению производительности , то мы подойдем к сути моего вопроса в обратном порядке: почему производительность увеличится , даже если дизайн идентичен? (Потому что тогда, по-видимому, если мы хотим сохранить постоянную производительность, мы можем выбрать более дешевую конструкцию, поскольку мы нацелены на датчик меньшего размера.)
Дизайн идентичен только в пропорциях. Например, если бы у вас был плосковыпуклый синглет с фокусным расстоянием 100 мм и вы увеличили его до 50 мм, кривизна передней поверхности была бы в два раза сильнее, чем раньше, задний фокус был бы в два раза короче, а диаметр был бы в два раза меньше. что было изначально. Обычно более сильная кривизна, но в этом случае уменьшенный диаметр в сочетании с уменьшенной высотой изображения всегда предпочтительнее. Если вы хотите сохранить постоянную производительность, вы действительно можете выбрать более дешевый начальный дизайн. Прибыль от объективов M4/3 чрезвычайно велика.

На самом деле меняется только круг изображения. Все остальное либо остается прежним, либо становится более серьезной проблемой (например, потребность в еще более широкой диафрагме для той же глубины резкости при том же угле зрения и расстоянии до объекта означает, что потребуется более высокая степень коррекции для таких вещей, как кома, сферическая и хроматическая аберрации). (Объектив 40 мм f/0,85 для Micro Four Thirds, который существует и стоит 2000 долларов, является функциональным эквивалентом 85 мм f/1,8 за 500 долларов на 35-мм «полном кадре» или почти, поскольку он немного медленнее.) самые большие элементы объектива должны оставаться прежними, и вы не получаете значительной экономии средств, уменьшая круг изображения — это не нольэкономия; это не так много, как вы думаете, особенно когда разница между размерами сенсоров невелика. И эта экономия пойдет на сомнительную "фичу" вернуть потерянное виньетирование без использования объектива с большим кругом изображения.

С другой стороны, объективы более низкого качества могут не давать столько проблем на сенсоре меньшего размера, поэтому в этом смысле объективы для сенсоров меньшего размера могут быть дешевле. (Представьте, как будет выглядеть бочкообразная дисторсия объектива APS-C 18-в-любом на полнокадровой матрице.)

Для Canon EF-S был разработан для точного уменьшения геометрии EF с помощью кроп-фактора. ИТАК, EF-S 17-55 f/2.8 начинает свой дизайн с уменьшения существующего дизайна для… ну, они не делают EF 27-88, так что это не самый яркий пример. Но я читал, что некоторые проекты уменьшены.

IAC, довольно большой 17-55 в 1,6 раза меньше по всем направлениям (диаметр и длина), чем эквивалентное поле зрения и светосила полнокадрового объектива, а объем стекла в 1,6³ легче или на четверть меньше веса! Теперь на самом деле большая часть диаметра готового объектива будет включать в себя двигатели, направляющие и шестерни, которые не уменьшатся в том же коэффициенте, а само стекло не составляет полный вес объектива.

Но поскольку «стекло стоит», я бы, конечно, ожидал, что оно будет дешевле, чем эквивалентные fov и f-stop в большем форм-факторе.

Однако есть и другие факторы, препятствующие точному сравнению. Для EFS не существует L-серии. но , как сообщается, вышеупомянутый быстрый широкоугольный зум очень хорош, качество стекла примерно «L» , но не общее качество сборки, защита от окружающей среды и прочность. Это означает, что это было намного дешевле, чем эквивалент, если предположить, что мне не нужны эти профессиональные функции в полевых условиях.

В частности, широкий угол проще на меньшем форм-факторе, а платить за качество в несуществующих углах — пустая трата времени; особенно когда для того же fov необходимы более короткие фокусные расстояния . Уменьшенный реалистичный fov-объектив намного эффективнее, чем полнокадровый сверхширокоугольный объектив, поскольку «широкий» — это то, где вещи начинают дорожать.


Короче говоря, я ожидаю, что зумы с фокусным расстоянием менее 35 мм будут значительно дешевле в версии для кропов, и это также увеличивается для светосильных объективов.

Там, где широкоугольный угол зрения становится неудобным, а необходимое фокусное расстояние неудобно на полном кадре, но нормально на кроп-теле, большая разница.

В начале 1990-х продавались объективы EF 28-80 и 28-90 EF, хотя ни один из них не имел постоянной диафрагмы f / 2,8.

Эта часть моего ответа основана на предположении, что вы имеете в виду «более дешевую» цену для клиента. См. внизу мой ответ, основанный на предположении, что вы имеете в виду «дешевле» в строительстве.

Цена любого продукта, включая объектив камеры, зависит от того, что может выдержать рынок. Затраты на производство продукта — это всего лишь один элемент, определяющий цену. Допустим, генеральный директор производства обнаружил, что он может производить успешный и популярный продукт с меньшими затратами, чем раньше. Снизит ли она цену? В большинстве случаев ее решение будет «нет». Людям уже комфортно платить эту цену, дополнительную прибыль, которую она получит, можно инвестировать в исследования и разработки или отдать трудолюбивым инженерам в качестве прибавки, которую они так заслуживают.

Это конкуренция, которая будет снижать цены. (Вот почему я с энтузиазмом отношусь к любому бренду камер, который внедряет инновации и стимулирует конкуренцию).

Когда наш генеральный директор хочет получить долю рынка для продукта, он может снизить цену в качестве одного из способов посягнуть на долю рынка своих конкурентов. Это решение может быть принято независимо от цены конкретного продукта. С другой стороны, это решение может подтолкнуть генерального директора к поиску или созданию продукта с более дешевыми компонентами, чтобы подорвать конкуренцию.

Итак, как видите, цена продукта связана с его себестоимостью только в той мере, в какой вы хотите получать прибыль.


Если вы имеете в виду «более низкие затраты на сборку», то вот мой ответ: если бы производитель линз продавал линзы с той же стоимостью, что и кто-то, продающий банки с газировкой или другие типичные потребительские товары, то вы, вероятно, увидели бы эффект масштаба, который небольшое уменьшение материала будет заметно на корпоративном листе. Тем не менее, для компаний, которые продают только десятки тысяч конкретных объективов, немного уменьшить размер объектива не получится. Возможно, всего несколько долларов за объектив. С другой стороны, должны быть задействованы такие же усердные заводские работники, для изготовления объектива используется та же инфраструктура, для проектирования объектива требуется такое же неповторяющееся инженерное время, и там также присутствует та же структура управления.

Итак, в итоге нет. На практике ненамного дешевле.

Это не был микроэкономический вопрос. Предположим, что рынок линз эффективен. (Кроме того, не вышло ли из моды покровительственное использование женских местоимений? Большинство генеральных директоров этих компаний по-прежнему мужчины, и в английском языке гендерно-нейтральное местоимение по-прежнему звучит как «он», «его» и «его». Извините, но мои дети оставили меня капризным сегодня вечером.)
@feetwet - Если бы вы сформулировали свой первоначальный вопрос без аспекта «на практике», я бы ответил по-другому. Я вижу, что вы отредактировали свой вопрос, чтобы удалить этот аспект. Я бы не знал о стиле местоимений, я впервые рассказал историю о женщине-генеральном директоре ... наверное, потому что я только что видел историю о Джинни Рометти - мне жаль, что ваши дети заставили вас чувствовать себя покровительственно - я, конечно не пытался этого сделать...

Если вы имеете в виду более дешевое производство, то да. Но, может быть, лишь незначительно, так как помимо стоимости материалов на себестоимость объектива влияет множество факторов. Объектив, предназначенный для создания меньшего круга изображения, имеет несколько преимуществ:

  • Ему нужно собрать меньше общего света, чтобы создать ту же плотность поля света на датчике меньшего размера. Это позволяет уменьшить входной зрачок , часто называемый эффективной диафрагмой , при том же числе f и значении экспозиции.
  • Для создания такого же поля зрения на датчике меньшего размера требуется более короткое фокусное расстояние, чем требуется для датчика большего размера. Это также позволяет уменьшить входной зрачок , часто называемый эффективной диафрагмой , при том же числе f и значении экспозиции.

Самым дорогим материалом в большинстве объективов является линза-корректор, которая обычно (но не всегда) находится в качестве заднего элемента передней группы. Поскольку передняя группа — это то, что может быть значительно уменьшено для объектива, предназначенного для работы с датчиком меньшего размера, существует экономия средств с точки зрения количества экзотических материалов, необходимых для линзы корректора. Но это может быть незначительной частью общих затрат на производство объектива.

Это зависит от того, что вы подразумеваете под равным качеством. Датчик меньшего размера требует меньшего количества света для фокусировки на датчике, поскольку датчик намного меньше, поэтому можно использовать линзы гораздо меньшего размера при сохранении примерно эквивалентного уровня разрешения на датчике, но они также собирают гораздо меньше света и, следовательно, меньше информации. также.

Сам датчик более ограничен из-за размера. Мы можем отбросить лишние части объектива, которые не будут использоваться датчиком, но мы все равно застряли со всеми ограничениями датчика. Мы могли бы попытаться компенсировать некоторые ограничения датчика, существенно улучшив качество объектива, чтобы попытаться втиснуть столько информации, сколько мы могли бы захватить с большим датчиком, но это резко увеличило бы стоимость объектива (и не полностью возможно из-за таких проблем, как ограничение дифракции.)

Таким образом, ответ и да, и нет. Объектив с теми же общими свойствами оптического разрешения, который должен разрешать только меньшую область, дешевле, но разрешение такого же количества деталей в меньшей области, вероятно, будет близко к той же стоимости или даже возможно. более дорогой.

Хорошая точка зрения. Чтобы удалить эту переменную из вопроса, давайте предположим, что меньший датчик по-прежнему имеет тот же шаг пикселя. Я обновлю вопрос соответственно.