jogo的黑白天空

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jogo的黑白天空 喜欢拍摄黑白片子，喜欢用leica拍摄那抽象出色彩诱惑的世界. <<<世界一流镜头的诞生 | 首页 | 路上>>> 2003-12-21 由数据来分析莱卡镜头的味道和性能 前言 和莱卡相机同时代诞生的莱卡镜头，其独特的味道是从那里来的？本文将从光学层面的角度来试探发掘。 作者简介 中川 治平 1931年生，1956年东京大学理学部物理学科毕业。同年，奥林帕斯光学工业株式会社入社，OM系列镜头的设计阵营加入。1977年，奥林帕斯光学工业株式会社退社。同年 中川镜头设计研究所建立，各种镜头设计的同时，对各光学株式会社的镜头设计给与指导。79年到91年 东海大学，94-97年，千叶大学 讲师职务担当。96年，工学博士。 著作有《镜头设计光学》《照相机技术手册》等。中川同时也是日本望远变焦镜头小型化，超广角变焦镜头设计领域的开拓者。 ----待续 [2003-11-11 13:46 补充如下] 不依赖计算机设计而诞生的具有丰富个性的莱卡镜头群（L-mount 镜头） 作为现代照相机始祖莱卡A型开始发卖的1925年，需要庞大计算的镜头设计完全靠人的手工计算来实现，和现代用计算机设计的镜头比起来莱卡罗口镜头在很多方面的“味道”都不相同，本文尝试对莱卡镜头的这种个性和魅力进行分析。 随着近年来RF新机种的相继登场，以及各大光学会社对L口镜头的推出，人们对L口镜头的关心日渐高涨。此次我们对10只莱卡L口镜头加以测试，并对测试的结果进行数值分析，据此从镜头设计的层面，来发掘莱卡镜头个性的秘密。 1． 在对镜头性能评价的过程中，如果不能避免评价条件过分单一化，那么就会得到片面的评价结果。通常我们实际摄影所面对的被拍摄对象都是立体的，不均质的，而不是平面的和均质的。所以在某些摄影条件下，就算镜头中存在像差，也会得到意想不到的漂亮照片。但是存在像差纠正上等问题的镜头即使能拍出美丽的照片，这到底也是很偶然的。如果不混杂主观的成分，就是概率上来看，各种像差纠正良好的镜头也一定是好镜头。 基于测试结果的数值总体的看来，L口莱卡镜头的性能和基于现代设计技术而产生的镜头相比都有一目了然的差别。L口镜头多数是30年代设计的，那是没有计算机的年代，每一支镜头都是凝聚了设计者大量反复枯燥手工计算的汗水的结晶，所以我们不可能抛开这一点谈论莱卡镜头如何如何。那么当时的镜头设计到底是个什么状况呢？莱卡镜头的设计灵魂人物马克思 巴纳克是个什么样的人，我们来简单的看看。 2． 镜头设计中，需要通过“光线追迹”来计算各种像差，为了把像差修正到目标值之内，就要反复调整镜头中各镜片表面的曲率，镜片间的间隔，以及所采用的玻璃等。而“光线追迹”技术是镜头设计的最根本手法，光线的入射面，需要依靠包含三角函数式的屈折率算法则来计算。精度必须要达到小数点以下7位，没有计算机，就只有依靠纸和铅笔来做这项工作。首先，通过三角函数表求得入射光线和法线的夹角的sin值，下面再通过对数表求取这个sin值的对数，对数值需要修正，由于7位数的乘法完全靠笔算很麻烦，这里需要四舍五入，对对数的这些四则运算都结束后，再通过求得的数值去做相反的工作，求得这个值的三角函数值，然后换算成角度，然后权衡调整，通过后，那条光线就可以作为下个面入射光线，如此反复。 设计者要对镜头的性能整体把握，最起码画面中心以外的最大像高（画面的四角），最大像高的30%和50%的像点的情况的分析是必不可少的，而设计者要了解一个像点的像差情况至少要做4，5条光线的追迹计算。 以上的一连串计算还只是针对一个波长的光线而言，如果要计算色差的话，仅仅是波长的数量，相同的计算就要反复的去做。总而言之，镜头的设计是离不开数量庞大的计算结果的，如果一个区折面的曲率半径变化了，那么由此带来的像差计算也是极为耗费时间的。 一条光线通过一个区折面的计算需要10分钟的计算程度，为了避免错误，追迹计算的通常方法是两个人一组，进行同样的计算工作，这种局面一直到50年代开始还存在。 而现代的镜头设计中，计算机的计算速度是人的100万倍，通过自动设计程序来设计，光点追迹，通过MTF来评价。无穷远和最近距离同时得到好像质的设计，考虑到制造误差的设计等等，都可以通过计算机控制来分析完成。这些都是过去的人无法想象的，现在这些计算都可以在你吃饭喝茶之间计算机帮你完成。 3． 当时，计算工作困难的同时，镀膜技术也很落后，这些最后都影响到设计上。 Taylor在1896年发现了表面污损的镜头其透过率反而增加的现象。1936年，J.Strong开发成功了依靠真空蒸着方式的低屈折率牢靠的镀膜，并于40年代开始进入实用化阶段。30年代，由于缺乏镀膜技术，所以镜头设计中多采用胶合镜片来消减空气接触面以减少光线反射。正负镜片的胶合对控制色差效果很好，总的看来，L口莱卡镜头的色差都纠正得很优秀。但是镜片胶合也有负面效应，那就是设计自由度的丧失。Summiron 就是采用了和summitar胶合镜片相反的做法，分离了某些胶合的镜组，从而提高设计的自由度，获得像质上的大幅度跃升。 和SLR镜头相比，L口镜头在设计上是有优势的，其中之一就是法兰距短，镜头可以小型化。特别是在广角镜头的设计上，SLR的广角镜头前部都采用很大一片负透镜，这是造成畸变，慧差，倍率色差等恶化的根源。 而像RF相机用的super anglon镜头，光圈前后结构对称，前方产生的各种像差，在后方的对称镜组都可以基本抵消。 除此之外，RF相机的镜头，还不需特别重视光圈收缩时候的焦点漂移，这也让重视开放光圈的性能设计变得可能。 4． 作为L口莱卡镜头设计者，而声名鹊起的马克思 巴纳克。由于出色的设计了爱尔玛，苏玛隆，苏米塔，海克托等镜头。1938年的巴黎世界博览会对其授予了大奖。 巴纳克诞生在南波兰的拉齐布鲁茨，柏林大学结晶光学博士头衔，1912年加入来兹公司，比镜头设计更偏向于偏光显微镜和显微镜理论的研究。 30年代，巴纳克出版了《镜头设计原理》一书，那是我国（日本）镜头设计者的必读书籍，在这本书中，巴纳克提出了三次像差纠正的设计理论，所谓三次像差纠正是不使用三角函数，而是通过对近轴光线追迹的计算获得近似的像差纠正手法。 译者注：由于本人非日本语及光学相关专业出身，在翻译纯粹技术性的文字时比较吃力，往往知道表面的意思，不清楚具体的内容，特此抱憾。 下面将要推出10只经典L口莱卡镜头的评价，因为牵扯到图表，所以稍后再上。 [2003-11-11 14:44 补充如下] 1． 埃尔玛 50/3.5 这是只让莱卡镜头确定地位的镜头，1920年由巴纳克设计，埃尔玛的构成是采用了当时光学性能出类拔萃的Tessar结构。1902年卡尔蔡司的鲁道夫设计的Tessar结构，根据鲁道夫的设计原理，过去3片柯克结构的镜头的画面中间轮带的残存的非点像差，在Tessar结构中得到比较显著的修正。 鲁道夫的设计思想就是把柯克结构中，第一，二镜片所造成的发散效应通过后方3，4胶合镜片来收敛。 可是柯克和天赛镜头所特有的”大肚皮”（非点像差）特性根深蒂固，埃尔玛也无法脱离这个栉酷。 埃尔玛的球差是+0.3%的过剩补正方式，隆起部分-0.16%,放射像面和同心像面在20度的时候交叉之后，再次分得很开（隔差大），最大画角的时候同心方向的像面-0.6毫米，放射方向+0.15毫米。在15度位置可以看出两像面补正状态的问题，放射方向的像面-0.08毫米比较小，而同心方向则超过了+0.2毫米，所以非点隔差大的缺点依然存在。 解像力开放光圈中心140线对，画面平均39线对，中心和边缘差异显著，画面的最周边同心方向解像力急剧下降。光圈F9时，中心119线对，平均69线对，从图中可以看出，即使对焦位置偏移，中心解像力仍有110-112线对。 2． 苏玛隆 50/2 苏玛隆 50/2是莱兹开发的第一支高斯结构的镜头，1933年发售，到1939年苏米塔为止，生产了超过10万只之多。 和它的竞争对手卡尔蔡司的松纳比，在实际拍摄上，sonnar对于低反差物体的描写要好于苏玛隆。 开发高斯结构（也就是蔡司 普兰娜结构）的镜头，必须有两个基本条件，一个是高折射玻璃，一个是镀膜技术，但在当时这两个条件都不满足（也是sonnar,tessar结构横行天下的原因）。 为了避免当时采用高斯结构的缺点，巴纳克采用了球差不足补正的设计手法（这种手法对后来的德头设计影响深远），球差不足补正，虽然对全开光圈时的分辨率有所损失，但和过剩补正比，画面耀光小反差高。 [2003-11-11 15:01 补充如下] 苏玛隆的球差是-0.06毫米，不足补正型，最大隆起部分-0.12毫米。像面弯曲，非点像差的放射和同心两像面从画面中心到画面中间部分都相当吻合一致。 中间画角超过之后，同心方向的像面在最大画角处达到了-0.8毫米，放射方向也最大达到了-0.3毫米，不能否认的确大了点。 从这种轴外像差的补正来看，这支镜头不考虑边缘的对焦，像面倾倒得厉害，从而可以想见全开的光圈的解像力比较差。 解像力，全开光圈中心125线对，画面平均解像力45线对，从50%像高到边缘，只有20线对，光圈收缩到F6.3,中心解像力达到200线对，但周边部分不变。 总的看来苏玛隆的像差纠正，适合拍摄有纵深的物体。 [2003-11-11 15:38 补充如下] 3． 苏米塔 50/2 苏米塔是苏玛隆的后继，从1939年开始发售。 苏米塔也是高斯结构脱胎而来的，和苏玛隆不同，苏米塔的前两片透镜是胶合在一起的。把单一镜片置换成胶合镜片是巴纳克喜爱的手法。 苏米塔的目标是把当时高斯结构的缺点慧差和眩光减低。苏米塔改善了苏玛隆的像面弯曲，眩光除去得并不算成功，因为更高等级的像差产生了。 从测定结果看，球差是-0.1毫米的不足补正型，球差不足补正，可以消减耀光提高反差，但是却不能避免解像力低下的问题，像面弯曲，最大画角放射像面-0.3毫米，同心方向-0.46毫米，和苏玛隆比，同心像面的改善较大。 苏米塔开放的鲜锐度欠佳，但是光圈F5.6以下，像质提高较大，解像力开放光圈中心112线对，画面平均40线对，F8的时候，中心160线对，平均77线对，提升较大，但是像高30%开始到周边的放射像面解像力的改善不能感觉到。 顺便说一句，第一，二片胶和镜片分离的summicron,全开光圈画面中心180，平均100线对，具有非常高的解像力。 4． 苏玛利特 50/1.5 苏玛利特 50/1.5是继仙农塔之后莱兹公司自己生产的产品，于1949年登场。 镜头结构同仙农塔一样，高斯结构，最后方增加一片正透镜，5组7片。 球差是+0.18毫米过剩补正型，光圈收到F2,过剩补正的成分消失，转而表现为不足，球差最大隆起0.05毫米，非常出色，这意味着收缩光圈也不会出现焦点漂移的现象。 像面弯曲，非点像差的补正和仙农塔一样，画面中间部分非点像差较大，同心方向画面15度处+0.07毫米，最大画角-0.45毫米；放射像面最大画角（边角）只有-0.1毫米，中间隆起部分不超过-0.18毫米，非常出色的补正。 解像力，光圈开放中心140线对，平均51线对，50%-30%像高处解像力在20-30线对之间，光圈收缩到F5.6,中心200线对，平均98线对。 [2003-11-12 10:05 补充如下] 希望今天的译文能有趣点 5． 埃尔玛 35/3.5 elmar 35是L口来卡镜头中最古老的广角镜头，从1930年开始发售，到1950年左右仍在生产。 镜头的构成是大家熟知的天塞结构3组/4片，画面中间部分的非点隔差相当的大，所谓非点像差在中文中（老顽童编辑给出）就是像散，这包含了同心方向和放射方向两个像面的像散，而非点隔差就是两个方向的像散曲线不吻合，其间的差。柯克和天塞这种简单结构的致命弱点就是画面中间的这种“隔差”大，在曲线上就表现为“大肚皮”状，从解像力上来看就会造成画面中间部分解像力低下（日本语：中落现象），这支镜头同心像面像散纠正比较好，但放射像面像散则比较大，在解像力表中，全开光圈中心解像力160线对，画面平均58线对，而从偏离中心开始7.8毫米处，放射像面的解像力只有20线对（同心像面87线对）。 本来Tessar结构就不是一种广角结构，如果超过它的能力（指视角上），它的“大肚皮”和“中落”现象就会变得很明显，即便是现在采用了高折射玻璃和现代的设计手段，这种娘胎里的毛病也非常难改变，最多只能起到缓和的作用，所以在镜头设计中改变Tessar结构的这些毛病是相当困难的工作（原文： 至难的技）。 jogo 发表于 2003-12-21 09:29 引用(Trackback0) 评论 发表评论 最后更新 2004年继续梧州之夜色 继续广西梧州之行 广州清平市场 广西梧州之行 湖南纪行（续） 继续湖南之行 广州的某处 长沙拍的几个朋友 继续上长沙的片子 数字化生活