AF-S NIKKOR 500mm f/5.6E PF ED VRは、PFレンズの採用で、全長（レンズマウント基準面からレンズ先端まで）約237mm、最大径約106mm、質量約1460gと大幅な小型・軽量化を達成。AF-S NIKKOR 70-200mm f/2.8E FL ED VRとほぼ変わらない重さで手持ちでの超望遠撮影が容易に楽しめる、FXフォーマットで焦点距離500mmの高性能超望遠レンズです。AF-S NIKKOR 500mm f/4E FL ED VRと比較して、全長は約150mm、最大径は約34mmも短縮。質量は半分以下（約53%減に相当）の約1630g軽減しています。超小型・軽量ボディーの手軽さを活かした高い機動性が、山や旅先など、これまで超望遠レンズを持ち出しにくかったシーンでの撮影を可能にするなど、長時間の持ち歩きや軽快なフットワークを活かした撮影により、超望遠レンズの可能性を大きく拡げます。

望遠レンズの全長を短縮させるためには、テレ比（全長/焦点距離）を小さくする必要があります。一般的なカメラ用レンズ（屈折レンズ）のみの構成でテレ比を小さくすると、レンズ前方の凸群で発生する色収差を後方の凹群で拡大してしまうため、全長の短縮には限界がありました。PFレンズは、一般的なカメラ用レンズとは逆の方向に強力な色収差を発生させることで効率的な色消しが可能となり、全長を短縮しても優れた色収差補正を達成。光学系の全長短縮が鏡筒の短縮を実現し、望遠レンズの軽量・小型化ができるようになりました。

一般的なカメラ用レンズ（屈折レンズ）は、光の屈折現象を利用して撮像面に像を結んでいます。光は色（波長）により屈折する強さが異なり、レンズに近い方から青（B）・緑（G）・赤（R）の順で結像します。この色ズレは「色収差」と呼ばれ、色のにじみとして画像の劣化につながります。これに対しPF素子は、レンズに近い方から赤（R）・緑（G）・青（B）の順で結像します。PFレンズは、PF素子と屈折レンズを組み合わせることで、それぞれの色収差を打ち消し合い高い色収差補正を可能にしています。

レンズ鏡筒の可動部分をはじめとする随所に埃や水滴の侵入を防ぐシーリングを施した防塵・防滴に配慮した設計を採用。さらに、汚れやすいレンズの最前面には、埃や水滴が付着しにくく、付着しても拭き取りが容易なニコン独自のフッ素コートを採用しています。優れた防塵・防滴・防汚性能が、プロフェッショナルのタフな撮影環境でも威力を発揮します。

PFレンズ1枚、EDレンズ3枚を採用した最新の光学設計が、高い色収差補正力と高画素デジタルカメラに最適な高い解像力を実現。撮影距離を問わず、画面の中央部から周辺部までシャープな描写が得られます。PFレンズには新開発の素材を採用しており、画面内外の光源を中心にリング状に色づくPFフレアをAF-S NIKKOR 300mm f/4E PF ED VRよりもさらに効果的に抑制します。また、超望遠単焦点レンズならではの自然で大きなボケを活かした写真表現も楽しめます。

VR［SPORT］モードの撮影で手ブレを感知し、それを補正するためにVR光学系が最も動いた状態でもVR OFF時に遜色のない光学性能を実現。AF-S TELECONVERTER TC-14E III（別売）使用時も非使用時と同等の光学性能を達成しています。AF-S TELECONVERTER TC-14E III装着時にDXフォーマット※で撮影すると、35mm判換算で焦点距離1050mmレンズに相当する画角で撮影できます。

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ナノクリスタルコートは、従来の多層膜コーティングに比べて反射率をさらに低く抑えるとともに、より広い波長域、角度範囲での反射防止を可能としました。