轉(zhuǎn)帖：由數(shù)據(jù)來分析萊卡鏡頭的味道和性能

1、轉(zhuǎn)帖：由數(shù)據(jù)來分析萊卡鏡頭的味道和性能前言 和萊卡相機(jī)同時(shí)代誕生的萊卡鏡頭，其獨(dú)特的味 道是從那里來的？本文將從光學(xué)層面的角度來試探發(fā)掘。 作者簡介 中川 治平 1931 年生， 1956 年東京大學(xué)理學(xué)部 物理學(xué)科畢業(yè)。 同年， 奧林帕斯光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社入社， OM 系列鏡頭的設(shè)計(jì)陣營加入。 1977 年，奧林帕斯光學(xué)工業(yè)株式 會(huì)社退社。同年 中川鏡頭設(shè)計(jì)研究所建立，各種鏡頭設(shè)計(jì) 的同時(shí)，對各光學(xué)株式會(huì)社的鏡頭設(shè)計(jì)給與指導(dǎo)。79 年到91 年 東海大學(xué)， 94-97 年，千葉大學(xué) 講師職務(wù)擔(dān)當(dāng)。 96 年， 工學(xué)博士。 著作有鏡頭設(shè)計(jì)光學(xué) 照相機(jī)技術(shù)手冊 等。中川同時(shí)也是日本望遠(yuǎn)變焦鏡頭小型

2、化，超廣角變焦鏡 頭設(shè)計(jì)領(lǐng)域的開拓者。 不依賴計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)而誕生的具有豐 富個(gè)性的萊卡鏡頭群（ L-mount 鏡頭） 作為現(xiàn)代照相機(jī)始 祖萊卡 A 型開始發(fā)賣的 1925 年，需要龐大計(jì)算的鏡頭設(shè)計(jì) 完全靠人的手工計(jì)算來實(shí)現(xiàn)，和現(xiàn)代用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的鏡頭比 起來萊卡羅口鏡頭在很多方面的“味道”都不相同，本文嘗 試對萊卡鏡頭的這種個(gè)性和魅力進(jìn)行分析。 隨著近年來 RF 新機(jī)種的相繼登場，以及各大光學(xué)會(huì)社對 L 口鏡頭的推出， 人們對 L 口鏡頭的關(guān)心日漸高漲。此次我們對 10 只萊卡 L 口鏡頭加以測試，并對測試的結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析，據(jù)此從鏡 頭設(shè)計(jì)的層面，來發(fā)掘萊卡鏡頭個(gè)性的秘密。1 在對 鏡頭性能

3、評價(jià)的過程中，如果不能避免評價(jià)條件過分單一 化，那么就會(huì)得到片面的評價(jià)結(jié)果。通常我們實(shí)際攝影所面 對的被拍攝對象都是立體的，不均質(zhì)的，而不是平面的和均 質(zhì)的。所以在某些攝影條件下，就算鏡頭中存在像差，也會(huì) 得到意想不到的漂亮照片。但是存在像差糾正上等問題的鏡 頭即使能拍出美麗的照片，這到底也是很偶然的。如果不混 雜主觀的成分，就是概率上來看，各種像差糾正良好的鏡頭 也一定是好鏡頭。 基于測試結(jié)果的數(shù)值總體的看來， L 口 萊卡鏡頭的性能和基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)而產(chǎn)生的鏡頭相比都 有一目了然的差別。 L 口鏡頭多數(shù)是 30 年代設(shè)計(jì)的， 那是沒 有計(jì)算機(jī)的年代，每一支鏡頭都是凝聚了設(shè)計(jì)者大量反復(fù)枯 燥

4、手工計(jì)算的汗水的結(jié)晶，所以我們不可能拋開這一點(diǎn)談?wù)?萊卡鏡頭如何如何。那么當(dāng)時(shí)的鏡頭設(shè)計(jì)到底是個(gè)什么狀況 呢？萊卡鏡頭的設(shè)計(jì)靈魂人物馬克思 巴納克是個(gè)什么樣的 人，我們來簡單的看看。 2 鏡頭設(shè)計(jì)中，需要通過“光 線追跡”來計(jì)算各種像差，為了把像差修正到目標(biāo)值之內(nèi)， 就要反復(fù)調(diào)整鏡頭中各鏡片表面的曲率，鏡片間的間隔，以 及所采用的玻璃等。而“光線追跡”技術(shù)是鏡頭設(shè)計(jì)的最根 本手法，光線的入射面，需要依靠包含三角函數(shù)式的屈折率 算法則來計(jì)算。精度必須要達(dá)到小數(shù)點(diǎn)以下 7 位，沒有計(jì)算 機(jī)，就只有依靠紙和鉛筆來做這項(xiàng)工作。首先，通過三角函 數(shù)表求得入射光線和法線的夾角的 sin 值，下面再通過對數(shù)

5、表求取這個(gè) sin 值的對數(shù)，對數(shù)值需要修正，由于7 位數(shù)的乘法完全靠筆算很麻煩，這里需要四舍五入，對對數(shù)的這些 四則運(yùn)算都結(jié)束后，再通過求得的數(shù)值去做相反的工作，求 得這個(gè)值的三角函數(shù)值，然后換算成角度，然后權(quán)衡調(diào)整， 通過后，那條光線就可以作為下個(gè)面入射光線，如此反復(fù)。 設(shè)計(jì)者要對鏡頭的性能整體把握，最起碼畫面中心以外的最 大像高（畫面的四角） ，最大像高的 30% 和 50% 的像點(diǎn)的情 況的分析是必不可少的，而設(shè)計(jì)者要了解一個(gè)像點(diǎn)的像差情 況至少要做 4，5 條光線的追跡計(jì)算。 以上的一連串計(jì)算 還只是針對一個(gè)波長的光線而言，如果要計(jì)算色差的話，僅 僅是波長的數(shù)量，相同的計(jì)算就要反復(fù)的

6、去做。總而言之， 鏡頭的設(shè)計(jì)是離不開數(shù)量龐大的計(jì)算結(jié)果的，如果一個(gè)區(qū)折 面的曲率半徑變化了，那么由此帶來的像差計(jì)算也是極為耗 費(fèi)時(shí)間的。 一條光線通過一個(gè)區(qū)折面的計(jì)算需要 10 分鐘 的計(jì)算程度，為了避免錯(cuò)誤，追跡計(jì)算的通常方法是兩個(gè)人 一組，進(jìn)行同樣的計(jì)算工作，這種局面一直到50 年代開始還存在。 而現(xiàn)代的鏡頭設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度是人的 100 萬倍，通過自動(dòng)設(shè)計(jì)程序來設(shè)計(jì)，光點(diǎn)追跡，通過 MTF 來評價(jià)。無窮遠(yuǎn)和最近距離同時(shí)得到好像質(zhì)的設(shè)計(jì)，考慮到 制造誤差的設(shè)計(jì)等等，都可以通過計(jì)算機(jī)控制來分析完成。 這些都是過去的人無法想象的，現(xiàn)在這些計(jì)算都可以在你吃 飯喝茶之間計(jì)算機(jī)幫你完成。3

7、當(dāng)時(shí)，計(jì)算工作困難 的同時(shí)，鍍膜技術(shù)也很落后，這些最后都影響到設(shè)計(jì)上。 Taylor 在 1896 年發(fā)現(xiàn)了表面污損的鏡頭其透過率反而增加 的現(xiàn)象。1936年，J.Strong開發(fā)成功了依靠真空蒸著方式的 低屈折率牢靠的鍍膜，并于 40 年代開始進(jìn)入實(shí)用化階段。30 年代， 由于缺乏鍍膜技術(shù)， 所以鏡頭設(shè)計(jì)中多采用膠合鏡 片來消減空氣接觸面以減少光線反射。正負(fù)鏡片的膠合對控 制色差效果很好，總的看來， L 口萊卡鏡頭的色差都糾正得 很優(yōu)秀。但是鏡片膠合也有負(fù)面效應(yīng)，那就是設(shè)計(jì)自由度的 喪失。 Summiron 就是采用了和 summitar 膠合鏡片相反的做 法，分離了某些膠合的鏡組，從而提高

8、設(shè)計(jì)的自由度，獲得 像質(zhì)上的大幅度躍升。 和 SLR 鏡頭相比， L 口鏡頭在設(shè)計(jì) 上是有優(yōu)勢的，其中之一就是法蘭距短，鏡頭可以小型化。 特別是在廣角鏡頭的設(shè)計(jì)上， SLR 的廣角鏡頭前部都采用很 大一片負(fù)透鏡，這是造成畸變，慧差，倍率色差等惡化的根 源。 而像 RF 相機(jī)用的 super anglon 鏡頭，光圈前后結(jié)構(gòu)對 稱，前方產(chǎn)生的各種像差，在后方的對稱鏡組都可以基本抵 消。 除此之外， RF 相機(jī)的鏡頭，還不需特別重視光圈收 縮時(shí)候的焦點(diǎn)漂移，這也讓重視開放光圈的性能設(shè)計(jì)變得可 能。4 作為 L 口萊卡鏡頭設(shè)計(jì)者，而聲名鵲起的馬克思 巴納克。由于出色的設(shè)計(jì)了愛爾瑪，蘇瑪隆，蘇米塔，

9、?？送械如R頭。 1938 年的巴黎世界博覽會(huì)對其授予了大獎(jiǎng)。 巴納克誕生在南波蘭的拉齊布魯茨，柏林大學(xué)結(jié)晶光學(xué)博士頭銜， 1912 年加入來茲公司， 比鏡頭設(shè)計(jì)更偏向于偏光顯微 鏡和顯微鏡理論的研究。 30 年代，巴納克出版了鏡頭設(shè) 計(jì)原理一書，那是我國（日本）鏡頭設(shè)計(jì)者的必讀書籍， 在這本書中，巴納克提出了三次像差糾正的設(shè)計(jì)理論，所謂 三次像差糾正是不使用三角函數(shù)，而是通過對近軸光線追跡 的計(jì)算獲得近似的像差糾正手法。 譯者注：由于本人非日 本語及光學(xué)相關(guān)專業(yè)出身，在翻譯純粹技術(shù)性的文字時(shí)比較 吃力， 往往知道表面的意思， 不清楚具體的內(nèi)容， 特此抱憾。 下面將要推出 10 只經(jīng)典 L 口萊

10、卡鏡頭的評價(jià)，因?yàn)闋砍兜?圖表，所以稍后再上。1 埃爾瑪 50/3.5 這是只讓萊卡鏡頭確定地位的鏡頭， 1920 年由巴納克設(shè)計(jì)， 埃爾瑪?shù)臉?gòu)成是采用了當(dāng)時(shí)光學(xué)性能 出類拔萃的Tessar結(jié)構(gòu)。1902年卡爾蔡司的魯?shù)婪蛟O(shè)計(jì)的 Tessar結(jié)構(gòu)，根據(jù)魯?shù)婪虻脑O(shè)計(jì)原理，過去3片柯克結(jié)構(gòu)的鏡頭的畫面中間輪帶的殘存的非點(diǎn)像差，在Tessar結(jié)構(gòu)中得到比較顯著的修正。 魯?shù)婪虻脑O(shè)計(jì)思想就是把柯克結(jié)構(gòu) 中，第一，二鏡片所造成的發(fā)散效應(yīng)通過后方 3， 4 膠合鏡 片來收斂。 可是柯克和天賽鏡頭所特有的”大肚皮” （非 點(diǎn)像差）特性根深蒂固，埃爾瑪也無法脫離這個(gè)櫛酷。埃爾瑪?shù)那虿钍?+0.3%的過剩補(bǔ)正方

11、式，隆起部分 -0. 1 6%,放射 像面和同心像面在 20 度的時(shí)候交叉之后， 再次分得很開 （隔 差大），最大畫角的時(shí)候同心方向的像面 -0.6 毫米， 放射方向+0.15 毫米。在 15 度位置可以看出兩像面補(bǔ)正狀態(tài)的問題， 放射方向的像面 -0.08 毫米比較小， 而同心方向則超過了 +0.2 毫米，所以非點(diǎn)隔差大的缺點(diǎn)依然存在。 解像力開放光圈 中心 140 線對，畫面平均 39 線對，中心和邊緣差異顯著， 畫面的最周邊同心方向解像力急劇下降。光圈 F9 時(shí)，中心 119線對，平均 69 線對，從圖中可以看出，即使對焦位置偏 移，中心解像力仍有 110-112 線對。 2 蘇瑪隆 5

12、0/2 蘇 瑪隆 50/2 是萊茲開發(fā)的第一支高斯結(jié)構(gòu)的鏡頭， 1933 年發(fā) 售，到 1939 年蘇米塔為止，生產(chǎn)了超過 10 萬只之多。 和 它的競爭對手卡爾蔡司的松納比，在實(shí)際拍攝上， sonnar 對 于低反差物體的描寫要好于蘇瑪隆。 開發(fā)高斯結(jié)構(gòu)（也就 是蔡司 普蘭娜結(jié)構(gòu)）的鏡頭，必須有兩個(gè)基本條件，一個(gè) 是高折射玻璃，一個(gè)是鍍膜技術(shù)，但在當(dāng)時(shí)這兩個(gè)條件都不 滿足（也是sonnar,tessar結(jié)構(gòu)橫行天下的原因）。為了避免當(dāng)時(shí)采用高斯結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，巴納克采用了球差不足補(bǔ)正的設(shè) 計(jì)手法（這種手法對后來的德頭設(shè)計(jì)影響深遠(yuǎn)） ，球差不足 補(bǔ)正，雖然對全開光圈時(shí)的分辨率有所損失，但和過剩補(bǔ)正

13、 比， 畫面耀光小反差高。 蘇瑪隆的球差是 -0.06 毫米， 不足 補(bǔ)正型， 最大隆起部分 -0.12 毫米。 像面彎曲， 非點(diǎn)像差的放 射和同心兩像面從畫面中心到畫面中間部分都相當(dāng)吻合一 致。 中間畫角超過之后，同心方向的像面在最大畫角處達(dá) 到了 -0.8 毫米，放射方向也最大達(dá)到了 -0.3 毫米，不能否認(rèn) 的確大了點(diǎn)。 從這種軸外像差的補(bǔ)正來看，這支鏡頭不考 慮邊緣的對焦，像面傾倒得厲害，從而可以想見全開的光圈 的解像力比較差。 解像力，全開光圈中心 125 線對，畫面 平均解像力 45 線對，從 50%像高到邊緣，只有 20 線對，光 圈收縮到F6.3，中心解像力達(dá)到200線對，但周

14、邊部分不變。 總的看來蘇瑪隆的像差糾正，適合拍攝有縱深的物體。3 蘇米塔 50/2 蘇米塔是蘇瑪隆的后繼， 從 1939 年開始發(fā) 售。 蘇米塔也是高斯結(jié)構(gòu)脫胎而來的，和蘇瑪隆不同，蘇 米塔的前兩片透鏡是膠合在一起的。把單一鏡片置換成膠合 鏡片是巴納克喜愛的手法。 蘇米塔的目標(biāo)是把當(dāng)時(shí)高斯結(jié) 構(gòu)的缺點(diǎn)慧差和眩光減低。蘇米塔改善了蘇瑪隆的像面彎 曲，眩光除去得并不算成功，因?yàn)楦叩燃壍南癫町a(chǎn)生了。 從測定結(jié)果看，球差是 -0.1 毫米的不足補(bǔ)正型，球差不足補(bǔ) 正，可以消減耀光提高反差，但是卻不能避免解像力低下的 問題，像面彎曲， 最大畫角放射像面 -0.3 毫米，同心方向 -0.46 毫米，和蘇

15、瑪隆比，同心像面的改善較大。蘇米塔開放的鮮銳度欠佳，但是光圈 F5.6以下，像質(zhì)提高較大，解像力開 放光圈中心112線對，畫面平均 40線對，F(xiàn)8的時(shí)候，中心160 線對， 平均 77 線對， 提升較大， 但是像高 30%開始到周 邊的放射像面解像力的改善不能感覺到。順便說一句，第一，二片膠和鏡片分離的 summicron, 全開光圈畫面中心 180， 平均 100 線對，具有非常高的解像力。4 蘇瑪利特 50/1.5蘇瑪利特 50/1.5 是繼仙農(nóng)塔之后萊茲公司自己生產(chǎn)的產(chǎn)品， 于 1949 年登場。 鏡頭結(jié)構(gòu)同仙農(nóng)塔一樣，高斯結(jié)構(gòu)，最 后方增加一片正透鏡， 5 組 7 片。 球差是 +0.

16、18 毫米過剩補(bǔ) 正型，光圈收到F2,過剩補(bǔ)正的成分消失，轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為不足， 球差最大隆起 0.05 毫米， 非常出色， 這意味著收縮光圈也不 會(huì)出現(xiàn)焦點(diǎn)漂移的現(xiàn)象。 像面彎曲，非點(diǎn)像差的補(bǔ)正和仙 農(nóng)塔一樣，畫面中間部分非點(diǎn)像差較大，同心方向畫面 15 度處+0.07毫米，最大畫角 -0.45毫米；放射像面最大畫角 （邊 角）只有 -0.1 毫米，中間隆起部分不超過 -0.18 毫米，非常出 色的補(bǔ)正。 解像力，光圈開放中心 140 線對，平均 51 線 對， 50%-30%像高處解像力在 20-30 線對之間，光圈收縮到 F5.6,中心 200 線對，平均 98 線對。2003-11-12 10:05 補(bǔ)充如下 希望今天的譯文能有趣點(diǎn)5 埃爾瑪 35/3.5elmar 35是L 口來卡鏡頭中最古老的廣角鏡頭，從1930年開始發(fā)售，到 1950 年左右仍在生產(chǎn)。鏡頭的構(gòu)成是大家熟知的天塞結(jié)構(gòu) 3組/4片，畫面中間部分的非點(diǎn)隔差相當(dāng)?shù)拇螅?所謂非點(diǎn)像差在中文中（老頑童編輯給出）就是像散，這包 含了同心方向和放射方向兩個(gè)像面的像散，而非點(diǎn)隔差就是 兩個(gè)方向的像散曲線不吻合，其間的差?？驴撕吞烊@種簡 單結(jié)構(gòu)的致命弱點(diǎn)就是畫面中間的這種“隔差”大，在曲線 上就表現(xiàn)為“大肚皮”狀，從解像力上來看就會(huì)造成畫面中 間部分解像力低下（日本語：中落現(xiàn)象