尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第九夜

No.9

是单反相机用广角、大视角的镜头

尼克尔 13mm F5.6

第九夜要谈的是F接口用替换镜头—“尼克尔 13mm F5.6”,是单反相机用广角、大视角的镜头。

佐藤治夫

AI 尼克尔 13mm F5.6

在使用普通摄影方式的35mm(135)型单反相机用广角镜头中,这款镜头拥有大视角(2ω=118度)。这一记录即使在21世纪的现在也未能被刷新。

在这里,我们来追溯一下“13mm F5.6”的变迁过程吧。

“尼克尔 13mm F5.6”于昭和51(1976)年3月开始发售(开始接受订货生产)。从一开始它就作为在当时外观设计新颖且采用了多层膜涂层的自动光圈镜头群、既所谓的“新型(new)尼克尔”之一而闪亮登场。

此外,据说它采用近距离修正方式,在从无限远到0.3米的最近距离,即全部摄影距离范围内都可以得到清晰的成像。

而且,这款“尼克尔13mm F5.6”于昭和52(1977)年6月进行AI(开放F值自动修正方式)设计优化,作为“AI尼克尔13mm F5.6”再度登场。

更值得一提的是,它在昭和57(1982)年3月升级为“AI尼克尔13mm F5.6S”。之后,直到不再销售,它的基本设计都没有改变,成为了有着20年以上畅销历史的尼康明星产品。

“尼克尔13mm F5.6”的光学系统的设计者是当时光学部第一光学科的森征雄(mori ikuo)先生。

森先生是第一夜中介绍的脇本善司先生的得力助手。森先生所设计的镜头种类繁多,主要有:各种F用的广角尼克尔、PC尼克尔、勃朗尼卡用尼克尔、大幅用尼克尔镜头、伸缩用L尼克尔……

我直到最近才有机会和他一起工作,发现他是一位坦率而温和的人。此外,森先生对于镜头设计的知识和洞察力之深,简直使我瞠目结舌。有关森先生的设计的趣闻比比皆是,在这里略为介绍一二。

第一件是将旧版“EL-尼克尔50mm F2.8”(脇本先生设计)(照片/图:左下)进行改良,设计“EL-尼克尔50mm F2.8N”(照片/图:右下)时的趣事。

由于森先生的改良设计过于优秀,著名镜头设计者脇本先生曾经说过这样的话:“我对森君甘拜下风喽(认输喽)!”

EL-尼克尔 50mm F2.8
EL-尼克尔 50mm F2.8N

当然,旧版“EL-尼克尔 50mm F2.8”也是著名镜头,可以说脇本型(L尼克尔型)也是脇本先生心血凝结而成的出色发明。即使时代变迁,森先生的发明是在新环境下产生的,但他超越想象的改良设计也让人由衷敬佩,难怪脇本先生会对森先生说“甘拜下风”了。

另外,第二件趣闻就是在第五夜“AI 尼克尔 105mm F2.5”中登场的尼克尔自动镜头的创始人之一清水义之先生的追述,他说:“我曾以为不可能设计出那种13mm广角镜头的。森先生真是个绝好的设计者。”

这些轶闻的主角森先生已经在几年前退休了。

日本的著名设计师不太被大众所熟知,但是我们能凭借光学设计报告书、开发履历、笔记、专利等追溯其足迹。

大部分人或许会倾向于认为“13mm F5.6”是为了将“自动尼克尔15mm F5.6”(昭和48(1973)年)和“尼克尔18mm F4”(昭和50(1975)年)等更加广角化而设计的,但事实上并非如此。

森先生早在1970年之前就设定了13mm、15mm、18mm的各焦点距离、F3.5至F8的各光圈等条件,同时设计各种各样规格的广角镜头。各镜头的独创性镜头类型也出现在当时的森先生的光学设计报告书中(竟然涉及到了非球面镜头的使用)。

在这些镜头之中,他似乎是经过多次重复试做,依次选出“15mm F5.6”、“18mm F4”、“13mm F5.6”等几个规格进行生产,实现商品化。

让我们来更加详细地了解一下森先生的“13mm”的开发历程。

当时他是以“13mm F8”这一规格来推进开发,于昭和46(1971)年设计完毕,同年3月发行了试做设计图。之后的详细情况虽然不甚明了,但是“13mm F8”的商品化最终并没有实现。

之后他并未进行更进一步的设计改良,而是在昭和48(1973)年试做了更加明亮的“13mm F5.6”,并于昭和51(1976)年3月开始发售(接受订货生产)。

此外,森先生于昭和46(1971)年为这款广角镜头的发明申请了专利,在1973(昭和48)年获得了美国专利(U.S. PAT.)。这款广角镜头作为新型镜头的发明得到认可。

虽说在当时终于在镜头设计中导入了真正的计算机,但是和现在的计算机相比性能太差,还需要花费庞大的计算时间,并不能作出很充分的模拟。

森先生对尼克尔镜头的功绩是无法计量的。

镜头的结构和特征

图 1. 尼克尔 13mm F5.6 的镜头截面图

下面要说的内容可能有些晦涩,请谅解。

请看“尼克尔13mm F5.6”的截面图<图1.>。我想,读者诸位可能会惊叹于它巨大的前端镜头(镜头最大半径:φ115mm)和复杂的镜头配置(12组16片)。

不过,这款复杂镜头的光学系统的基本结构也和普通的单反照相机用广角镜头一样,是焦点后移型的。

朝向截面图,比光圈(<图1.>中以箭头图示)靠前(左侧)的镜片整个形成一个凹透镜(具有负折射力的镜组)。

而光圈前方(右侧)的镜片则整个形成一个凸透镜(具有正折射力的镜组)。

光圈后方的镜组,是从三片式以及天赛型结构发展成的主镜头。

而光圈前方的凹透镜组,如果将其作为“为压缩画面而设置的广角前辅透镜”来考虑的话,或许更容易理解。

那么,为什么需要有如此之多的镜片呢?

事实上,光圈前方的镜头片数,是为了使得主镜头的变形(失真)不因其他的各个像差而更加恶化,对其进行修正。和对角线鱼眼镜头“鱼眼尼克尔16mm F2.8”等相比较就会一目了然,其实广角镜头的设计从某种意义上可以说“就是与失真战斗”。

那么,“13mm F5.6”的像差性的特征是什么呢?

这款单反相机用替换镜头,采用了焦点后移型的镜头结构“确保后焦距大于镜头焦距(13mm)3倍以上”。一般来说广角镜头尤其在变形、倍率的色像差、近距离像差变动等的修正方面较为困难,这是常事。但是“尼克尔13mm F5.6”虽然是一种极端不对称的折射能力配置,却具有变形小,低倍率色差(除了在画面的最边缘)的出众特点。

此外,非点像差和场曲率也得到良好的修正,凭借日本光学工业—尼康不同的近距离修正方法,近距离像差变动这种焦点后移型的弱点也能够很好地得到控制。

表现特性和镜头性能

范例 1
范例 2

“尼克尔13mm F5.6”拥有什么样的表现性能呢?
关于评价只是我个人的主观看法,仅供参考。
我将以范例照片为基础,说一下各光圈的表现特性。
在全开(F5.6)时,除去最边缘的部分,拥有足够的分辨率、对比度。但是,终归是能做到这种程度的广角镜头,周边光量的些许不足也是无可否认的。然而,它拥有高等级、对称型的广角镜头所无法相比较的丰富光量。

<范例 1.>所拍摄的是夜里的樱花,可以看出,它有着充足的清晰度。另外还切实证明了没有光源的变形,彗形像差造成的箭头形彗形耀斑也较少。

f/8至11中可以看到,周边光量和周边部分的性能有所上升,越发增加了清晰度。

<范例 2.>是用f/8拍摄的。可以看出直到边缘都有着充足的周边光量。

在f/16至22中,画面整体的清晰度更加均质化了。但是由于衍射的影响,分辨率有稍微减弱的倾向。

通过整体来看,F号全开(5.6)时有时候会比较暗,但通过光圈开放可形成清晰成像,同时具有充足的周边光量。因此,这款镜头在收放光圈时造成的清晰度差别比较小。或者可以说光圈值的选择目的主要是考虑光量和景深的控制。

此外,重影在同级别的广角镜头中属于比较少的,但是偶尔也会产生光圈叶片状的重影。重影的产生,在某种意义上来说是广角镜头无可逃避的。不过光源不在画面内时,可以通过进行一些构图上的调整、晕光遮挡(摄影时的技巧:为了防止有害光射入镜头,用过滤器确认是否存在晕光时,用黑色板等器具或手等遮挡(阻挡))等方法较为容易地去除。