尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第六夜

No.6

非球面单反镜头是独一无二的正射投影鱼眼镜头

OP鱼眼尼克尔10mm F5.6

在连续介绍了第四夜的“变焦尼克尔自动43-86mm F3.5”和第五夜的“AI尼克尔105mm F2.5”这些常见的镜头后,今夜我想介绍一下“OP 鱼眼尼克尔10mm F5.6”这款有点特殊的镜头。

大下孝一

正射投影鱼眼镜头和非球面单反镜头

OP鱼眼尼克尔10mm F5.6

尼康的鱼眼(鱼眼状裂纹)镜头的历史久远,始于昭和13(1938)年的“16mm F8” 鱼眼镜头(180度视角)。

在“尼康F”开始发售的2年前,即昭和32(1957)年的3月,这款鱼眼镜头的改良型“鱼眼尼克尔16.3mm F8”完成并被安装在使用布朗尼式胶卷(120胶卷)的“全天空拍摄装置(全天空记录装置)”上。这种全天空照相机,能将地平线上的整个天空容纳到一个画面内,被气象厅、防卫大学、日本放送协会(NHK)等使用在气象观测等用途上。

“全天空拍摄装置(全天空记录装置)”在之后的昭和35(1960)年9月起以“附鱼眼尼克尔镜头的照相机”的名字记录在商品目录中并开始发售。

此后,昭和37(1962)年发售了为“尼康F”配套的可换镜头“8mm F8”;昭和41(1966)年发售了其改良版,即将亮度提高1挡光圈的“鱼眼尼克尔7.5mm F5.6”;近些年的平成6(1994)年发售了水下AF鱼眼镜头“R-UW AF 13mm F2.8”( “NIKONOS RS AF”用);日本国内平成7(1995)年发售了“尼康趣味镜头工房”系列的“鱼眼20”; 平成10(1998)年发售了数码相机“COOLPIX”系列使用的鱼眼镜头转换器“FC-E8”等,仅一般发售的商品就有13款之多。

其中,在昭和43(1968)年登场的“OP鱼眼尼克尔10mm F5.6”(下文简称为“OP鱼眼”)是继“7.5mm F5.6”之后日本光学工业的第四款鱼眼镜头。

这款“OP鱼眼”最大的特征是它的“正射投影(Orthographic Projection)”设计。

(图1.)所示,在先前的的“8mm F8”和“7.5mm F5.6”鱼眼镜头所采用的“等距离投影”设计中,光线入射的角度和画像高度(到画面中心的距离)成比例地在胶片上成像,而采用“正射投影”的“OP鱼眼”会像(图2.)所示那样,是将天体直接投影在胶片上成像的。

简单而言,“正射投影”的“OP鱼眼”与普通的鱼眼镜头相比,中心部的被摄体更大,周边部位的被摄体被压缩后显得更小。

正射投影的镜头有“在画面上所占表面光源的面积和在拍摄地点的发光强度成比例”的特征。原本就是开发用于测量发光强度和建筑照明等学术研究用途的镜头。

话说回来,这个正射投影方式的鱼眼透镜仅凭球面镜头(球形)是很难实现,“OP 鱼眼”通过将最前面的透镜改为非球面(非球形)透镜,实现了正射投影。

“OP鱼眼”不仅是正射投影鱼眼镜头,同时也是非球面单反镜头

图1.等距离投影的说明图
图2.正射投影的说明图
等距离投影(7.5mm F5.6)的范例,这个范例的视角为:包含180度以上的视角
正射投影(OP 10mm F5.6)的范例,这个范例的视角为:180度

镜头的结构

图3. OP鱼眼尼克尔10mm F5.6的截面图

“OP鱼眼”是如(图3.)所示的6组9片结构的镜头。

担任镜头设计的是当时在第一研究课的松木敬二先生。除了这个镜头,松木先生还参与了具有220度宽阔视角的「鱼眼尼克尔6mm F5.6」的设计,对日本光学工业(现在的尼康)的鱼眼镜头的发展做出了杰出贡献。顺便说一句,标题GIF动画中的“鱼眼尼克尔6mm F2.8”是由在“第五夜(AI 尼克尔105mm F2.5)”中介绍的清水义之先生所设计的。

虽然“OP鱼眼”镜头的基本结构与“7.5mm F5.6”相同,但为了实现正射投影,大口径的前透镜使用了非球面透镜。简单的对镜头的构成做一个说明,是由为了将180度的广角视野进行缩小的2片凹透镜、将这些凹透镜产生的色差进行修正的接合透镜、旋转式滤光器、光圈以及为了将由于凹透镜组而缩小的视野成像在胶片表面的5片结构的凸透镜组所组成。这个结构即使以现在的角度来看依然是十分合理的透镜配置,后来设计的尼康的鱼眼镜头,基本上是以这个镜头为参照来设计的吧。

话说,从(图3.)和(照片2.)中也能看出这个“OP鱼眼”的前透镜是非球面的。作为“OP鱼眼”外观的特征之一,一眼就能看出 “它并非是球面”。

现在的玻璃加工技术由于使用了模内接种等技术使得非球面透镜的口径越小也容易量产,但在当时,使用加工机械研磨成非球面的形状后,还要对毛玻璃的表面仔细的进行润饰抛光。虽说因为那个时期出现的数值控制技术使得加工机械加工非球面透镜变得更容易,但是从研磨到抛光,还是需要靠工匠的技术一个一个制造出来。

另一方面,为了让非球面的形状在有少许偏差时也不影响成像性能,在镜头设计方面予以考虑,弥补了当时低于现在的非球面透镜的量产加工技术的不足。

这种设计和制造的结合催生了非球面单反镜头。

镜头的性能表现

范例1
OP鱼眼尼克尔10mm F5.6的大口径前透镜

那么我们赶快来试用这个镜头吧。

话说,由于“OP鱼眼”的后透镜比卡口要更加的突出,所以需要装在“尼康F”和 “尼康F2”等反光镜可以锁起的单反相机上来使用。

在这里,为了完成整体构造,附属了名为“DF-1”的外装式取景器。这个“DF-1”是和“7.5mm F5.6”共通的取景器,即使观看这个取景器,也无法看到“OP鱼眼”不同的投影效果。所以在刚开始使用时,往往会因为从取景器中看到的印象和拍摄的结果有差异而感到惊讶。这需要一点儿时间来习惯它的操作。

话说,在关键的描写性能上,由于全开光圈时的F値为F/5.6,造成画面较暗,一直到画面的末端为止也没有欠缺,在全开光圈时拍摄到了清晰的图像。同时,虽然不具备对焦的装置,但因为焦点距离只有10mm这么短,所以在近距离被摄体上也没有变得散焦。即使光圈全开,在镜头前面50cm左右依然可以得到十分清晰的画像。但这也意味着镜头前面沾上的污垢和尘土也会被清晰地拍摄出来,所以要细心注意前透镜的污垢和划痕。这不仅限于鱼眼镜头,一般来说对前透镜很大的广角镜头都需要注意,在不使用时要盖上镜头盖,随身携带吹风机多进行清洁,始终用心保持前透镜干净。