由讨论引申的话题,兼谈光学设计和国产镜头

一代摄神 - 毒德皇帝. Saunato:

色影无忌最近有个年度热贴:《又一款国产镜头:APO 级 85mm F1.3 面市》, 里面我有不少讲解发言这里我整理一下,特别感谢 Capss 大神,他的所有论坛发言我都有看过,帮我把零散的光学知识整理起来建立完整的器材观. 有兴趣可以追下这个帖子,娱乐性也很强. 楼主虽然也是搞光学设计的,但是为了宣传过分吹嘘自己产品,讲解知识部分有一些跑火车,不过大部分都被纠正回来了,文中 Capss 资深的话一如既往地靠谱,学识和品德都值得学习.


事情是这样的,从国内中一光学出来的一位光学设计师设计了一款镜头,他宣称材料用了五六片重火石玻璃设计出了一款 APO 85/1.3 镜头,然后公布了模拟 MTF 曲线(和实测 Otus 85 差不多),镜头已经做出来样品了也有样片. 因为一些设计上的问题吵了起来,很短的时间之内就盖了很高的楼,里面的讨论技术性很强,所以我特意整理出来供大家参考学习:


1. 镜头设计玻璃材料的选择影响光谱透过,进而影响色彩,不同的玻璃材料对可见光的不同波长有不同的透过率,光学玻璃种类丰富多样,但是很多老镜头运用的玻璃现在已经停产了,光学设计必须利用目前能找到的光学玻璃设计出镜头(有些特种玻璃是厂家特有,对有竞争关系的某些大厂来说,有的玻璃找不到,就得更改设计不然镜头就要停产,打个比方 FA43 就面临玻璃的问题,Kinoptik APO 系列先后用三种六片四结构,玻璃结构都不同,就是因为几十年的跨度时间玻璃已经停产了得重新设计)


2. 光学玻璃指标很多,比较重要的是透光性(通常是一个曲线,在斯奈德部分镜头文档能看到整个设计的 Transmission,不同材料玻璃的光谱透过是不同的),阿贝数(消色散的指标,阿贝数越高色散校正能力越强,萤石的阿贝数大约95,普通玻璃 20-50 左右,各家的异常低色散通常指高折射玻璃里阿贝数比较高的,部分分散异常分散也是一个指标,还有 UD/ED 玻璃,阿贝数只比萤石略低,阿贝高的折射率一般不高),折射率(高折射率的玻璃有助于校正球差,换作低折射率的玻璃可能要提高曲率,超大光圈镜头往往需要这样的高折射率玻璃来校正球差,比如 1.9 折射率的玻璃应用在徕卡夜神上,现在各大玻璃厂家都有研究 2.0 附近超高折射率的玻璃但是偏色度很高,实际上很难应用,超高折射率玻璃往往在某些特定光谱波段的透过率特别糟糕,在成像上体现就是偏色厉害,比如应用较多高折射的夜神就是徕卡镜头里偏色最厉害的,Color Correction Index 指标能衡量这个数据)


3. 那帖子设计师楼主用的重火石玻璃,是比较镧玻璃来说低档低价的,这样的玻璃透过率普遍比镧玻璃低,但是品种特别丰富,在光学设计上很方便. 镧玻璃里面,高折射率玻璃的折射率数据可能只相差零点几,但是单位价格的区别可以达到数倍. 相信看过徕卡宣传的都知道,M50/0.95 里的某种特殊玻璃,单克的重量甚至是单克纯银价格两倍,M50/1.4A 里某片玻璃的价格比上一代50/1.4 所有玻璃价格加起来还贵 ... 大量运用重火石玻璃的设计思路是非常奇怪的,已经几十年没有这样设计了,因为单片的透过率能如此降低,多片叠加之后透过率所剩无几,这样的设计 T 光圈比 F 光圈小很多,而且影响色彩


4. 大约90年代开始,欧盟颁布环保禁令,这影响了很多玻璃行业,很多的玻璃都换了配方成了无铅玻璃,但是透过率大幅度降低,尤其是蓝紫光波段降低 4-10%,现在使用非环保玻璃不是不可以只是必须要有回收的流程规范,当年摄影之友访问徕卡 CEO 的问题集里,我提问了最新的夜神是否有还有非环保玻璃,Stefan 的回答的肯定的,我也有看到有人说是否定的,这具体谁是谁对成谜,至少一代夜神 501 味道上是比末代好很多的,光学结构一样 


5. 光学设计里面像差校正和色彩的平衡性,镜头有六种基本像差:球差,彗差,场曲,畸变,像散,色差 ... 里面又细分很多,分辨率最主要受球差影响,焦外受球差像散影响,立体感受场曲像散暗角景深影响. 一般来说色差是尽量控制的,适当的像差有利于镜头的个性,都校正的比较好,就像目前比较“完美”的 Otus 一样平淡无奇


6. 关于镜头的蓝调,和老镜头的色彩光控,论坛"井底老蛙"(他自己制作了一款很棒的国产微距镜头最大 2:1 放大比)说“老头镀膜落后,透过率不好,假设透过率为85%,但是可视光从400到700波段都接近85%,而现代头为了小巧,高解析,采用新玻璃,新镀膜,透过率能到95%,但由于材料原因,不是整个可视波段,400到440之间由于材料吸收的原因,透过率假如为50%甚至都不到,所以同样光圈下,现代头高光易过,暗部易失,老头则高光压住,暗部保留,加上老头暗角的多,所以更容易压光”“阴影的地方不是直射光,一般是空气中的粒子经过直射光后散射过来的,短波长的光易散射,典型的例子就是天空为什么是蓝色的就是这个原因,而低折射率的玻璃短波光透过率好,以前高折射率的玻璃没有,一般采用常规的老玻璃,所以暗部微弱的短波长成像细节较容易出来,同时要消光好,让镜片透过率好,不让反射的眩光淹没了暗部细节,玻璃不是选择光的强度,而是因波段不同光透过率不一样,所以老头细节往往更好,材料原因很大”,以上是他启发性的原话,前面也说了光谱透过影响色彩(打比方,空气透镜单位时间能透 100 个红光波长光子,某玻璃同样时间能透 90 个红光子,另外种玻璃红光透过低,同样时间只能透 30 个,反映在底片上哪个更接近真实色彩?),环保玻璃在蓝紫光波段透过普遍降低,所以用新镜头拍摄的照片天没有原来那么蓝了,老镜头就很容易出蓝调. 


7. 老镜头也不是全能的,镀膜就是一大问题,记住镀膜最主要的作用的抗眩光反射,其次才对色彩有轻微校正作用的影响,成像的颜色往往偏向镀膜颜色的补色,未镀膜的玻璃消光就能达到 96% 以上,各家镀膜之间的区别数据上表面来看很小,但是零点零几的区别在实际上会有很大的影响,老镜头多是金属盐镀膜,现在镜头倾向纳米有机膜. 老镜头的另外一大问题是反差,注意反差和分辨率,网上往往说分辨率高的头反差低,分辨率高的头反差低,这是局限的,在极限频率上分辨率提高反差会满满降低到不可辨识,但是在低频段,分辨率高的镜头不应该是反差低. 老镜头的设计倾向往往偏向高分辨区域,40线对可以低,但是再高的线对曲线绵延,极限分辨率很高;新镜头的设计倾向是反差真对低分辨优化而不是高分辨优化,所以镜头40线对可能很高,到再高的线对就停止了... 这样设计倾向的分水岭是 Summicron 第二代 (Rigid/DR) 和第三代,当然具体的情况还的分镜头来定,也有高极限分辨率反差合适的镜头.这是设计方面,实际上来说,10 线对看反差,20 线对看细节,40 线对看高像素机器上的细节分辨率,这样的说法还是靠谱的. 还有的问题是在像差校正上,普遍的大光圈超大光圈镜头都有问题,当然光圈越大设计难度成次方级增加,一个表现好的大光圈镜头,真的不容易


8. 老镜头的优势,主要是在玻璃造成色彩感官,和整体怀旧感上,玻璃影响色彩上前面应该解释很清楚了,徕卡蔡司之所以牛是因为最新的玻璃能同步应用在最新的镜头上,比如 LAK9 - Summicron,夜神玻璃,老松纳的萤石和萤石玻璃等等,怀旧感是最近在 Reduser 等电影论坛上看到,很多电影业的网站也有说明 Vintage Look ... 在我看来,色彩这样的软指标,和分辨率等这些硬指标是同等重要


9. 国内镜头,拿中一的 50/0.95 来说,应用高折射玻璃(具体是什么种类不得而知),但是从实际结果上来看,和那文章楼主的设计是一个路子,说白了就是牺牲 T 来换性能,用经济材料牺牲色彩 ... 用高折射重火石玻璃限制小方便设计大光圈,便宜大碗,表面指标好 MTF 高,但是色彩不好 ... 50/0.95 在国外有名网站都有评测,Lensrental 还给出了 MTF,比徕卡 50/0.95 在曲线上区别不上很大,但是色彩就 ... 用户普遍反映偏黄,帖子还有提到焦外光班的过渡很糟糕,此外 T 光圈中心只有 1.2 左右 (平均 T 受暗角影响意义不大,徕卡50/0.95 的中心 T 光圈是 0.98 ... 这说明了中一用同样大碗做了一个实际只有 50/1.2 的头,要知道 1.2 头的设计难度和 0.98 的设计难度有很大区别),此时你还相信便宜有好货,国货崛起了么?


暂时想到那么多,该文涉及内容随时更新/更正,理科生文笔不是很好


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