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


   

135F2DC   2002年4月4日


日本美能达公司于2002年3月8号宣布推出AF 85/1.4G(D) Limited镜头,不久将面世,限定生产700只,引起了美能达爱好者的注目。

历来在85/1.4规格的镜头的开发和设计上,世界各大相机镜头制造公司都投入了很大的人力和物力。因为这个规格的镜头被广泛用于人像摄影,由此也被不少摄影者称为"人像镜头"。由于它的使用领域的特殊性,对该镜头除了要求通常意义上的解像力和反差等等性能以外,对焦外成像也性格也相应提出比较高的要求。众所周知,不同的镜头制造商基于各自对影像表现的理解和理念,加之综合考虑镜头的整体性能的平衡,使它们生产的镜头都形成不同的风格。此外,相比较镜头其他的性能指标而言,焦外成像毕竟不是很重要的,对于镜头焦外成像方面的重视程度不同,也导致了在焦外成像上显示出不同的风格。

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在测试上,就目前的现状人们还无法完全对镜头的焦外成像进行量化评价,更多的是通过实际拍摄以及人眼的主观评价;在镜头的设计上,也还没有做到对焦外成像的完全能动的控制。但是设计者们注意到在诸项镜头评价参数当中,球面像差(spherical aberration)是主要影响镜头焦外成像的因素之一。

新开发的AF 85/1.4(G)D Limited就是设计者着手于球面像差的矫正方式而改善它的焦外成像的结晶。本文希望通过对镜头球面像差的产生原因,以及矫正手法的介绍,对现有代表性的大光圈望远镜头矫正方式的比较,说明美能达AF 85/1.4(G)D Limited镜头的设计思想。

开发背景

作为人像摄影镜头,最为人们议论的莫过于85/1.4了。美能达的AF 85/1.4G(D)以其优异的整体性能和人像摄影特有的表现受到广大专业摄影师以及高层摄影爱好者的称赞。这只镜头的来源可以追溯到阿尔法镜头系列最早版本AF85/1.4。以那只镜头为蓝本经过几次的外观改进和操作性的改善演变为今天的AF 85/1.4G(D)。其实,在当年那只镜头开发的同时,作为公司内部开发样品,也设计和试制了另一个85/1.4版本.其侧重点在于突出镜头在光圈开放附近的性能,以及焦外成像.很遗憾基于较大的体积和重量的原因没有实现商品化。

美能达公司通过努力在改善镜头焦外成像方面获得了成果,AF Soft 100/2.8以及STF 135/2.8[T4.5]获得广泛好评.在此基础上为了满足那些对影像要求更高,对焦外成像的性格更加苛刻的用户,美能达决定将当年的试制品实现商品化,这就是AF 85/1.4(G)D Limited。

AF 85/1.4(G)D Limited镜头特征

据美能达公司发表的说明,该镜头与现行版本AF 85/1.4(G)D在光学上的差异主要在于:

1、对球面像差矫正采取特殊的不足矫正方式,从而获得柔和美丽的背景虚化;

2、极力减少径向玄光(Sagittal flare)以及在焦平面附近形成的玄光,在焦平面内获得鲜明而高反差的影像。

两者的外观和光学结构示意图

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两者的规格指标

 

AF 85/1.4(G)D

AF 85/1.4(G)D Limited

结构

6组7片

6组7片

最小光圈

f22

f22

光圈叶片数

9片(圆形)

9片(圆形)

最近摄影距离

0.85米

0.85米

滤镜直径

72mm

72mm

遮光罩

插刀式

插刀式

外观尺寸

81.5x72.5mm

85x85.5mm

重量

560克

755克

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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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过度矫正方式的缺点

该方式最大的缺点在于很容易导致大光圈下背景虚化效果的恶化。由于将入射高度大的光线进行了过度的矫正,点像的周边容易导致光晕(Halo)出现,缺乏弥散柔化效果,严重者导致所谓的"二线性",这些在大光圈下尤为明显。虽然说通过其他相差的矫正能够巧妙缓解或者避免它的发生,但是依然无法能动有效地解决。通常的球面像差都是测试无穷远样本,而随着对焦距离的缩小,有时球差曲线也是变化的。图5显示Nikkor Ais 85/1.4和Planar T*85n/1.4在最近摄影距离时的球差曲线。与无穷远的比较可以看出,此时Ais 85/1.4对入射高度大的光线强化了过度矫正,加剧了大光圈时背景点像的边缘效果,恶化背景虚化效果。

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在通常拍摄条件下观察Ais 85/1.4拍摄的背景点像,周边没有出现光晕,也没有柔化倾向,背景虚化效果中轨中举,体现尼康清爽而至的一贯风格。该镜头采用了近距离矫正技术,维持了近距离下画面的锐度,但由于球面像差矫正过度,依然导致背景虚化的恶化。

用显微镜观察Planar T*85n/1.4拍摄的背景点像,发现中央明显存在类似"核"的亮点,而周边过度弥散柔和,没有光晕出现,并且在近距离时球差曲线几乎没有漂移变化,保证了不同摄影距离下的背景虚化的一致性。这表明即使是过度矫正方式.如果在其他方面设计得当,可以消除大光圈下的光晕出现,过度矫正方式与光晕(halo)是否出现不存在完全的对应关系。

不足矫正方式的利点

对于该方式的采用通常比较慎重。当然它们对于镜头的其他性能有时带来益处,比如要求光圈开放附近也有比较高的解像力,并具有很高的反差,那么采用不足矫正方式有时能得到很好的效果。如图6所示,Planar T*100/2和Sonnar T*90/2.8都是采用不足矫正方式,前者的画面中心解像力测试数值为f2/160lpm,f5.6/225lpm;而后者为f2.8/135lpm,f5.6/140lpm.而采用过度矫正方式的Nikkor Ais 105/1.8测试数值为f1.8/140lpm,f5.6/200lpm,反差的差异可以参考公布的MTF曲线.虽然不存在矫正方式与解像力的关系一一对等关系,可其影响程度可见一斑.早年佳能FD 85/1.2镜头也是采用这类手法,不足矫正法的另一个优点在于背景虚化效果好,将于下面介绍。

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美能达AF 85/1.4(G)D Limited的设计思想

跟据美能达公司公开的资料,这款新镜头与通常的85/1.4镜头最大的不同在于对球面像差的矫正方式,如图7所示采用不足矫正方式。正如前述,该方式对入射高度较高的光线采取负方向的矫正,对所形成的背景点像边缘作具有弥散柔化作用,通常其周边不会形成光晕(Halo),能够比较容易地获得美丽的背景虚化效果。

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为此美能达公司还对两种镜头对背景点像在胶片上的虚化像作了电脑模拟试验。从结果可以看出(图8),通常采用完全矫正方式的85/1.4镜头在虚象中心虽然具有"核",但在边缘出现光晕(Halo),与背景过渡不够柔和。相反,限定版镜头的不同在于光斑边缘过渡柔和,由此可以预计它的背景虚化效果将很好。

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此外,在设计上克服了大光圈下容易产生的径向光晕(Sagittal flare),有效克服不足矫正方式的通病,以获得大光圈下画面的具有良好的反差.可以预计美能达AF 85/1.4(G)D Limited将会是一只很有个性的镜头。