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美能达AF 85/1.4(G)D Limited镜头的设计思想与其他镜头的比较


   作者:135F2DC

 发表时间:2002年4月4日


可以看出,两者在光学结构上极为相似,都是采用在双高斯结构的基础上于后部插入一片正透镜的变形方式,但是Limited版本的前片更为厚一些。正如美能达所表述的那样,Limited版本的尺寸和重量都大一些。可以预测两者在整体性能上比较接近,在细微表现上将有所差异。那么Limited版本对球面像差的特有矫正方式意味着什么呢?球面像差与镜头的焦外成像性格之间关系是如何呢?请看下面的介绍。

无法消除的球面像差

球面像差(spherical aberration)是和其他诸如非点像差和慧星像差(Coma aberration)等等一样,劣化成像质量。其中球面像差是影响画面是否清晰的最主要的因素,它的产生与镜片表面曲率,形状等等有关,人们可以通过镜片结构组合,使用高折射率或者非球面镜片等等来最大限度降低它,但是依然在设计上无法消除它。它对画像的恶化作用可以通过下面在光轴上成像的事例说明,如下图所示,平行于光轴的光线通过简化后的镜头聚焦于光轴上,通过光孔的不同入射高度(入射高度:相对于光轴一定距离入射的光线,称此时的距离为"入射高度")的光线,在光轴上并非聚焦于理想的一个点("近轴像点"),而是偏离之各自聚焦于光轴上的"理想像点","近轴像点"也就是当光圈趋于最小时的清晰成像点。"理想像点"的形成来自球面像差,将不同的"入射高度"与各自产生的偏离量绘制于坐标图上,可以获得该镜头的"球差曲线".如果"理想像点"位于右侧,球差值为正,"理想像点"位于左侧,球差值为负。对于一个特定的镜头,不同的入射高度对应着某一个光圈值,相当于该光圈下通过光孔最边缘的光线的位置,通常球差曲线的纵轴也可以表示为光圈值。从设计的角度上看,希望球面像差曲线左右摆动越小越好,但是很遗憾,具有笔直的球差曲线特性的商品化镜头还没有制造出来。

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球面像差的矫正方式

我们知道如何获取较高的解析力和适当的反差一直是镜头设计者们首要考虑的问题,在现有的设计水平来说,人们知道完全消除球面像差是不可能的,最大努力的结果是将球面像差的摆幅限定在一定的范围内,如何调整球面像差的分布则取决于设计者的理念和对镜头某种特性的要求所至.对于镜片产生的球面像差的矫正方式人们通常采取以下的三种方式(下图)。即完全矫正方式(Full correction),过度矫正方式(Over correction)和不足矫正方式(Under correction)。

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球面像差的矫正方式与解像力的关系

如果仅仅从字面上看的话,认为比较理想的矫正方式是完全矫正方式吧?其实不然,那么通常镜头所采取的方式是哪一种呢?首先让我们来看看几款著名人像镜头的例子吧。下图为对焦于无穷远Nikkor Ais 85/1.4、Planar T* 85/1.4以及Summilux-M 75/1.4的实测球面像差曲线.可以看出后两者都是采用过度矫正方式,这意味着在光圈开放时通过光孔边缘(具有较大的入射高度)的光线聚焦于近轴像点的后侧,即胶片的后侧;而通过光孔位置比较靠近光轴的光线(具有较低的入射高度)则聚焦于近轴像点的前侧或者它的附近,此时整个影像由这些光线的汇集所构成,影像的清晰度不理想,其主要不良成分来自光孔边缘的光线。

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巧妙的是当收缩光圈之后比如2档的程度,那么入射高度大的光线被遮挡,由它所至的球面像差消失;而仅仅处于低位置的光线成像于胶片上,最佳像点向近轴像点靠近,球差仅仅有很小的幅度在近轴像点附近摆动,从而获得清晰的影像。

这种矫正方式的优点显而易见,使得在光圈收缩后球面像差最小,像点移动幅度很小。上述的Planar T* 85/1.4在画面中央的解像力测试数值为f1.4/120lpm,f5.6/224lpm,光圈收缩后对解像力的提高很有贡献。

反观完全矫正和不足矫正方式,球面像差都是偏向一侧,缺少过度矫正方式那种左右"中和",最佳像点移动量大,相对而言对于提高镜头的解像力不利。Ais 85/1.4虽然具有微弱的过度矫正倾向,但是整体上属于完全矫正方式,它不太刻意解析力的表现,重视各档光圈下的平均表现,光圈全开时画面中央解像力数据偏低(90lpm)。可以说,过度矫正方式是获得较高解像力一种比较有效的手法,被广泛用于其他规格镜头的设计中。当然.对于球面像差的矫正仅仅是设计中考虑因素之一,它和其他像差的综合矫正结果最终决定镜头性能,球面像差的矫正方式与镜头解像力和反差性能并不存在完全一一对应的关系。

镜头的"风格"

我们注意到即使在过度矫正方式中,对镜头性能要求的不同侧重,镜头设计也存在细微的差异,这些差异可以理解为所谓的"风格"吧。过去日本设计的镜头比较侧重解像力的数值,重点依次小光圈下的高层次的解像力,光圈开放时的解像力,对反差的要求比较忽视。相对而言,过去的莱卡镜头虽然也重视解像力,相对比较注重光圈开放时解像力和反差并举,即使牺牲一些最佳光圈下的解像力。比如上述的镜头Nikkor Ais 85/1.4的解像力测试数值为f1.4/90lpm,f5.6/200lpm;而Summilux-M 75/1.4则为f1.4/140lpm,f5.6/180lpm。莱卡的这款镜头在光圈开放时解析力好于尼康的,而且反差表现也好,但是在小光圈下的解析力差于尼康镜头。也可以说莱卡比较重视光圈开放附近的实际使用性能。

过去各镜头制造商采取的矫正方式比较固定,也可以说是它们的一种特征。尼康镜头多采用过度矫正方式,莱卡,美能达和EF镜头时代的佳能多采用完全矫正方式。随着技术进步和设计水平的提高和观念的变化,它们做出了相应的调整,在矫正手法上显示出多样性。也可以这么说,各厂镜头的个性在渐渐消失。

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