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【转载】闲聊顶级镜头   

2014-09-19 15:47:48|  分类: 镜头 |  标签: |举报 |字号 订阅

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没有一个摄影师或者爱好者能够拒绝顶级镜头的诱惑,而到底什么是顶级镜头,大家也是众说纷纭。

其实顶级镜头是有一些规律可寻的,其中最重要的依据就是售价。对于摄影器材厂商来说,器材这东西绝对是“一分钱一分货”的。一只镜头的光学质量、操控性上都接近那个时代的完美还不算,它还要经历时间的考验,在相当长(或许至少十年左右,而卡尔蔡司认为应该达到30年)的时间里保持它的光学质量、操控性不降低才可以被称为顶级镜头。

有很多独立镜头厂商生产的镜头都不得不在成本和市场之间做出妥协,使得他们在设计、材质、工艺上于质量和成本之间做痛苦而精确的平衡,这样也就注定了他们不可能把镜头做到顶极。而即便是老牌的摄影器材厂家在试图推出自己的顶级镜头时也会持非常谨慎的态度。毕竟现在的市场竞争太激烈了。

顶极镜头通常也很难在变焦镜头中产生。从理论上来讲相同成本的变焦镜头和定焦镜头是不可能具有可比性的。试图制造和定焦镜头同样好的变焦镜头势必要大幅度的提高成本。这样我们又回到了刚刚提到的向市场妥协的问题。徕卡M系列的徕卡Tri-EImar—M 28-35-50mmF/4变焦头和康太时新的N卡口的Zeiss Vario—SonnarT*17-35mmF/2.8N变焦镜头是我接触过的比较出色的变焦镜头,大家如果有兴趣可以试验一下。

闲聊顶级镜头 - liuxin077 - liuxin077的博客

徕卡 35/2 ASPH(6BIT)银色

顶级镜头多数是大口径的定焦镜头,但不是所有的大口径定焦头都可以成为顶级头。比如说50mmF/1.4这种产量非常大的镜头。毕竟,成本和价格要适应市场。

通常的来说。同厂的新镜头要比同规格的老镜头好。当然。还有一些多年前制造的特殊镜头在当时极出色。其中像徕卡的一些著名的镜头,还有像尼康的 300mmF/2.0之类(现在连模具都砸了。算是绝了版)。再有像蔡司一些名气很大的C/Y卡口的手动对焦镜头,以及一些需要特别定做的镜头。不过,它们多数都是很多年前设计的了,理论上讲。光学质量不能和新设计的AF镜头相比,虽然它们不少在工艺上都格外的真材实料,也具有一些特殊的味道,但我们还是要相信,任何厂家的光学设计和制造能力都是在不断提高的。

光学设计

镜头设计是一个很复杂的事情。和外行人设想的不一样,镜头的设计绝对是一门艺术,是一门和摄影不相上下,需要设计师发挥想象力、创造力和直觉的艺术。

顶级镜头遇到的问题千千万。毫无疑问,遇到的第一个问题。就是:设计。其实真正决定镜头光学性能的应该是它的光学结构。计算是设计光学结构的基础,早期的光学设计计算是非常困难的。设计师的经验和直觉非常重要。所以我们现在才会对那个时代杰出的镜头设计师佩服得五体投地。

记得曾经看过尼康公司一张老得发黄的照片。拍的是上世纪三四十年代设计部里的“光学计算车间”:一间大屋子。摆上30多台手摇计算机和30几个妹妹。她们每天的工作就是摇着计算机计算方程。那时候一个镜头的光学方程的计算大约要花上1个礼拜的时间。如果不合要求。这一个礼拜就算白摇了。修改设计重新再摇还要再花上一周。

那时候的镜头和现在的不仅设计上没法比,制造上的误差宽容度也大。装配工艺现在看起来也很粗糙。所以现在日本专门有作坊把老旧的徕卡镜头重新研磨抛光。再组装起来。成像依然很不错。

上世纪50年代末造出了光学计算机,可以在一天之内完成以前那个“车间”一周的工作,于是刚才说过的30多台手摇计算机就变成了30多台手摇垃圾,30多个妹妹就只能下岗了……

设备的革命使大量、快速,设计新镜头成为了可能。所以我们现在可以看到24mmF/1.4、55mmF/1.2、200mmF/1.8这样的镜头。无疑。时代的进步是和电子计算技术的发展紧密相连的。

当然摄影这门艺术总是跟人类科技的进步相随的。

装配技术

但是,镜头水准的提高不能够仅仅靠计算解决,计算只是镜头设计的辅助手段,更多的依然是靠设计师的天分和创造力。而且即便从设计上认为完美的镜头。是不是能够生产。也要受成本和装配等方面的影响,高超的光学设计只是向一只成功的镜头迈出的第一步。设计得再好生产不出合格的镜头也是白搭。将镜片安装到镜筒里去可不是一件特别简单的事情。

装配工艺常常也决定着镜头的质量,而镜头的组装根本不可能完全自动完成。徕卡公司对于手工组装镜头有着特殊的能力与偏好,但是颇有一些镜头也就是因为装配工艺过于复杂,难度过大结果只生产了很少量就停产了。

尼康也有这种情况。它最看家的镜头AF28mmF/1。4D在机械上使用了尼康最新的Double CRC技术。CRC对于尼康的老用户来说应该是不陌生了,现在很多尼康的广角镜头为了追求近距离的影像效果都使用了CRC的技术。前几年能见到有人把尼康的CRC技术说的神乎其神的。其实这CRC在设计上没什么特别之处。只是在镜头最终装配的时候要特别的精密。

而所谓Double CRC,实际上就是镜头的最后3组镜片在聚焦时相互“独立”运动。使得近距离聚焦时镜头仍能保持较高的成像质量。

如果拆开28mmF/1.4就会发现,其实这3组镜片是以倒数第二组为基础做非等间隔运动的。机身通过小螺丝刀传过来的力经“行星减速器”带动倒数第二组运动。它的运动又通过一个在镜筒壁上的“空间曲线齿轮”带动镜筒壁旋转;镜筒壁的旋转再通过另外两个“空间曲线齿轮”传递给两个精密丝杠来分别带动倒数第三和第一组镜片做独立运动,从而实现所谓Double CRC。从动两组的直线运动距离大约是主动组的90%左右。这只镜头内部机械结构复杂装配困难,要求精度高。这也是尼康唯一的采用如此复杂机械结构的民用镜头,装配过程中的公差配合要求到2u以内。这样的公差要求就使得装配过程十分复杂,在自动化的今天这样的镜头还是只能自己动手装。因此产量很低。在日本有人称此镜头为“百变妖”,就是因为其为纯手工装配。天下没有完全一样的两只镜头。

光学材料和镀膜

顶级镜头和材质有着极大的关系。举例来说,广角镜头的成像质量要远远比标准镜头和中长焦距镜头差,它的第一片透镜的主要作用是收集尽可能多的光线,并将入射的光线作大角度的偏转使其转向镜头光轴方向。这就对制造这片透镜的材料有一些特殊的要求(主要是高曲折率)。常用的材料是一种俗称为“重火石玻璃”的光学玻璃(其惯用代号为SF6)。

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铅玻璃,也叫重火石玻璃

当然了,这“重火石玻璃”配方可以很容易在图书馆找到。但是。它有个致命缺点,就是严重的色差和对色谱的截断,说白了就是对蓝光的截断的问题。如果原封不动抄书本上的配方。做出的镜头拍出来的片子上面的人物就都会变成黄胆肝炎患者了。可能有人会提出用萤石(氟化钙)一类的低色差材料改进“重火石玻璃”的 性能,在长焦镜头上可以。但是在广角镜头上就比较难了,因为其曲折率达不到要求。所以各大厂家还是要靠在“重火石玻璃”配方里加入各家的独门“味素”,来作为改善它性能的一个关键因素,至于那些“味素”究竟是什么。这问题的答案实际就是为什么蔡司是蔡司、徕卡是徕卡。

提高镜头性能光靠在玻璃里面加些“味素”也是不行的。“味素”只是“味素”,不可能替代炒菜成为主料。而且“味素”虽好,但是加了它可能又会带来其它的问题。比如。加了某些成分就容易使玻璃在熔炼过程中产生微小的气泡和浑浊,这意味着在光学性能上得到了改进的同时却增加了加工制造上的困难。所以有些厂家宣称它们的镜头降温需要一小时一摄氏度经历数月而成,明白其中原委了吧。所以说这天下没有十全十美的事情。在一方面捡了便宜,就得在其它方面付出额外的努力。总之上帝是公平的,所得到的与所付出的是成正比的。

既然不行,又在镜头上镀膜来增加镜头的透光性和减少眩光是大家早就知道的事实了。但情况远不止那么简单。

最早的镀膜技术其实就是把熏衣草点燃。用烟雾在镜头上“熏”上一层膜。后来又出现了可以在镜头上镀上几层乃至几十层膜的“超级镀膜”技术。为什么要给镜头镀上那么多层膜呢?为什么不同镜头的镀膜颜不同呢?仅仅是为了增加镜头的透光性吗?

前面已经讲过有关“重火石玻璃”的一些介绍。大家知道重火石玻璃对色谱中蓝光部分有截断,各家又各展本门独门武功来“改进”它的光学性能。我在这里用的是 “改进”这个词,可不是“改变”;俗话说“江山易改,本性难移”。光靠在玻璃原料里加一些“味素”还是不行的。为了使镜头的色彩还原更真实,各家还需要继续在镜头里外下功夫。在镜头搭配上尽展各门武功。比如镜头内某一片镜片偏红。那么就在光路里用一片偏蓝的镜片来“中和”一下;如果这样还是不能满足要求。 就在镜片镀膜上下一点功夫,给镜头戴上“有色眼镜”了……

非球面技术

刚才讲到了镜头的光学方程,镜头是由几片以至十几片镜片构成的。镜头里的每一片都是其光学方程里的一“项”,为了良好地校正各种像差,设计者就不得不适当 地增加方程的项数。而项数的增加就体现在镜头片数的增加、加工的成本的增加以及更难以解决的色差和边缘质量的下降,所以真正的好镜头设计师会很在意镜片数量。

卡尔.蔡司上世纪70年代曾经给徕卡M系列做过一只15mmF/8的镜头。现在卖到天价。后来在它的基础上给自己G系列重新设计了Hologon 16mmF/8的镜头,只有惊人的5片3组,独步天下直到现在。

那么如何在保证镜头光学质量的前提下精简镜头的片数7解决问题的办法之一就是采用“非球面镜片”。

没有非球面镜片就不会有现在的大口径镜头。其实在非球面镜片还是阳春白雪的年代人们就已经把大光圈的广角镜头制造出来了。十几年以前。卡尔.蔡司给ARRIFI.EX电影机配套的18mmF/1.2镜头,英国Cooke公司制造的20—100mmF/2.8变焦镜头就曾经以优异的光学成像质量闻名于世,但是那些镜头为了达到目的投资的本钱也非常大。像那20—100mm镜头的结构是14组21片,重量将近5Kg。当然它也是物有所值,动辄就是上万英镑。也只有专业电影公司才有能力购买它们。

所以,事实上顶级镜头的最重要问题并不是人们没有能力制造出他们,只不过市场太小。没有必要把它生产出来而已。

有些人说采用非球面镜片会大大增加镜头的成本,其实正相反:如果没有现在高精度的非球面镜片。就不会在现在这样的价格上实现这么高的光学质量。而如果全部采用球面镜片的话,虽然同样可以达到与采用非球面镜片的效果,但是其体积和重量必然大大增加。从另外一个角度来看加工制造起来可能比采用非球面镜片更复杂、更困难。最终的价格恐怕远比现在采用非球面镜片的镜头要高得多。徕卡所谓的“八枚玉”就是一个很好的典型案例。

“非球面镜片”从加工技术上说也分好几种。用光学玻璃逐个精密研磨,这自然最好。可以加工出相当复杂的曲面的镜片;但是个体性能的离散性也比较高,于是乎 废品率也较高,从而增加了成本。当然也可以采用树脂在玻璃镜片上“镀”上“非球面膜”或直接采用“非球面树脂镜片”降低成本。但是由于其热膨胀系数较玻璃大许多,所以在高档镜头里很少采用。还有一种方法是采用光学玻璃铸造,因为是从同一模具里“脱胎”出来,所以个体性能一致性好,便于大量生产,而且材料又 是光学玻璃,可以说是一种比较理想的加工方法。但是同时模具的加工又成了问题。这就是金属模具加工的困难。太大就无法用MOULD法来加工了。

现在经常可以看见很多网络论坛和摄影杂志在挑起摄影镜头的“第三次世界大战”,一群人扛着长枪短炮出去拍样片,进行“镜头测试”。基本上也就是个分辨率测试,实拍的图片几乎也没有实际意义。因为人眼用于判断上的个别性视觉差异太大了,根本没有任何可比性。

最近几年比较时髦看MTF曲线。颇有人把它奉为圭皋,言必称MTF。其实真正的完整的MTF曲线绝对不应该只有一张的。据说尼康对于本厂的镜头要测量至近、50倍焦距、无穷远至少3组RGB特性9张MTF曲线。只有这样才能比较全面的评价一个镜头的性能。现在好像只有蔡司是在说明书上公布MTF的,算是比较老实,虽不全面,也总比没有强。

要知道,镜头对不同频率的光(颜色)的传递特性是有所不同的。所以只有对白光源测试所得到的MTF曲线只能供大家参考参考。

其实事实上还有一种叫PTF的曲线,那是反映镜头的“相位再现”特性的曲线。大家知道光是具有波粒二相性的。作为“波”其三大基本特征就是:频率、振幅、相位。而人的眼睛对光线的相位特性不是很敏感,但是光波作为信息的载体。镜头好比一个“空间传递函数滤波器”。光所携带的任何信息都要被其“过滤”。

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MTF 曲线

MTF 曲线可以说是这个“滤波器”的“频率响应曲线”,至于其的“相位特性”由于人们眼睛的缺陷在设计摄影镜头时往往不加注意。但是,其实镜头本身就是个很复杂 的光学方程式,光作为波的三大特征在镜头的方程中都要被体现出来。光的速度是非常快的。而镜头本身又具有某种“计算特性”。所以结果会是个极其复杂的事情。

有趣的是,现代光学中有一门名为“计算光学”的分支,就是利用光的速度来完成特定的复杂方程的计算。入射光线根据各种条件被调制好。射入镜头。经过镜头这 个“光学计算机”运算,对从镜头射出的光线的特性进行测量就可以得到镜头所代表的方程的运算结果。有些洲际导弹上的“光学计算单元”其实就是由几百片镜片组成的一个球状体。一个集现代信息论、光学技术以及电子科技为一体的“镜头”(如果它还能被称作镜头的话)。

由于光线从其间穿过几乎是不需要时间的。所以它的运算速度是当今任何电子计算机无法比拟的。作为导弹惯性制导的核心部件之一,它的精密程度直接关系到导弹命中的精度,其设计之困难,加工之复杂可以说是当今世界上高科技领域里真正的顶尖技术。这或许才是我们这个世界上最顶级的镜头吧。

说到军用光学仪器。那里面还有很多光学中的顶级,和民品中的“顶级”真是天壤之别。尼康和老徕卡(二战时期)都给军方制做400mmF/1.4镜头,是专门用来观测侦察用的。其高超的成像质量绝对令人吃惊。来,我们打听一下造价,日本的大概是40万LJSD的样子。如果哪位发烧友要实在是钱多得烧得慌。要买绝对“酷”的镜头不妨也可以从蔡司或尼康去订购。估计也就一百万美金就能解决了。

讲了那么多乱七八糟的东西就是想说明一点。镜头是一种不很精密的光学仪器,而且最终检查它的是人的眼睛这么个更不客观的东西。而所谓的顶级镜头只是市场的产物。

当然,大家如果真的对顶级镜头有浓厚的兴趣。不妨从下面几只35毫米相机镜头入手来了解它们:

卡尔.蔡司:G16mmF/8、G45mmF/2、55mmF/1.2、100mmF/2、N85mmF/1.2、N100mmF/2.8MACRO;

徕卡:M35mmF/1.4 ASPH、M75mmF/1.4M、28mmF/2、MAA90mmF/2、R100mmF/2.8APO MACRO;

尼康:28mmF/1.4、135mmF/2DC;

佳能:24mmF/1.4、85mmF/1.2、200mmF/1.8;

宾得的43mmF/1.9也有那么点意思。

少数变焦镜头也可以试试,比如徕卡M系列的徕卡Tr.Elmaf- M 28-35-50mm变焦镜头和康太时新的N卡口的Zeiss Vario-Sonnar T*1 7-35mmF/2.8。

 

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