尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第三十二夜

No.32

追求散焦效果的中远摄镜头

Ai AF DC NIKKOR 135mm F2S

接着第三十夜,让我们说说大口径的中远摄镜头的故事吧。由于照相机的自动对焦化,大口径的中远摄镜头发生了怎样的变化呢?

大下孝一

AF85mm F1.8

图 1. Ai AF NIKKOR 85mm F1.8S 镜头结构图

结果,在镜头的自动对焦化中受到影响的是大口径的中望远镜头。要将镜头完成自动对焦化,就需要使用电机来驱动镜头。因为这个原因,在对焦时需要移动的镜头的重量得尽可能的减轻。作为重量级镜头代表的望远镜头,从很早以前就已经更改为只移动一部分的镜头进行对焦的IF方式,因为望远变焦镜头一般采取前镜片对焦的方式,需要移动的透镜的重量比起大口径的中望远镜要轻得多。因此这两种镜头可以比较顺畅的过渡到自动对焦。但是大口径的中望远镜头需要移动镜头整体来进行对焦是基本常识。始终未能发现能够让透镜群一样的大口径的中望远镜头高速、顺畅、高精度移动的方法。在这时登场的就是AF NIKKOR 85mm F1.8S(1988年发售)。这个镜头如图1所示,乍一看像是普通的高斯型的光学系统,但其实是可以只移动后组3片透镜来完成聚焦的,也就是人们常说的“高斯型”镜头。虽然在第二十三夜中登场的F3 AF使用的80mm F2.8也是如此,属于高斯型只有后组可以移动的镜头,但由于这个镜头后组的前2片透镜和透镜必须以不同的速度来移动,所以留下了机械装置复杂的问题。而这个AF 85mm F1.8在克服了这个课题的同时,还能够达到F1.8的明亮度。

DC环的想法

什么样的散焦可以称为美丽呢?为了实现美丽,光学系统要如何改变才行呢?在至今为止的研究中,已经发现了散焦的形状与球面像差具有紧密的关系。使球面像差残留一些校正不足的话,在背景散焦的周围处会围绕着反射光斑,得到理想的背景散焦。

但是,这当中有2个问题,一个是,如果球面像差校正不足的话,前景的散焦会变为环状散焦和2线散焦。也就是说无法同时兼顾前散焦和后散焦。此外还有另一个性能方面的劣化。残留一些球面像差也就意味着比起完全没有球面像差的状态很有可能对清晰度造成损害。

若是这样的话,能不能制作出一个宁可通过让像差发生稍许的变化,来改变散焦效果的镜头呢?这样的话,对于追求清晰度的人来说,还是对于想使用前散焦来拍照的人来说,又或者想要寻求柔和背景散焦的人来说,不都是可以接受的理想的镜头吗?他对高斯型的镜头资料仔细的进行了研究,找寻如何在不使其他的像差恶化的前提下只让球面像差产生变化的方法。然后通过高斯型的前侧的透镜组的间隔变化,找到了能够实现的方法。

将在AF 85mm F1.8上确立的后对焦方法和控制散焦效果(DC)的2个发明进行组合,在1991年,自动对焦135mm F2镜头AF DC NIKKOR 135mm F2S诞生了。

镜头的结构

图2. Ai AF DC NIKKOR 135mm F2S 镜头结构图

这个镜头如图2所示,是6组7片结构的变形高斯型镜头。但是,和图1的AF 85mm F1.8的镜头结构相比,整体结构变长。尤其是具有前透镜和之后的透镜之间有很大的空气间隔,而且前透镜是由接合透镜所构成的特征。原来的高斯型结构,就具有良好的色差校正的特征,通过这个前透镜的接合结构,更好的校正了轴上色差。

“怎么样,很漂亮是吧?这个结合透镜很好哦。”前辈一边看着镜头的截面图,一边说明给我听。尼康的光学设计者很重视镜头截面图的美丽程度。这时因为他们通过直觉知道如果是镜头的形状合乎原理,光线可以顺畅的通过透镜各个面的光学系统,像差的校正好,对解决制造误差有效果。不仅追求散焦效果,他们还追求镜头形状的美丽。

而且,在对焦上和AF 85mm F1.8一样,通过只操作高斯型的后组3片透镜来进行。与移动整个镜头相比,由于只有不到1/4的镜头重量,所以能够实现高速对焦。

此外,通过改变接合的前透镜和之后的凹凸透镜的间隔,可只稍许改变一些球面像差而不使非点像差和色差等方面恶化,来控制前后的散焦效果。球面像差在DC环位于中心位置时,一般不进行校正,这是为了在DC环不起作用的状态下尽可能的提高性能,且前后的散焦尽可能处在“纯正”的状态。在这点上,和为了使背景散焦效果良好,特意在球面像差上残留校正不足的至今为止的中望远镜头不同,这成为该镜头的个性。

前散焦优先(DC环:F侧)
常规状态(DC环:中心)
后散焦优先(DC环:R侧)

如上所述,将DC环转到R侧时,后散焦的边缘变得柔和而球面像差变得校正不足,转到F侧时前散焦的轮廓如变得更加模糊球面像差过度校正。

像这样,到完成为止的过程有着我们看不到的辛苦。为了对焦移动的后组的重量要尽可能的减轻,而且还要加上研究尽可能的减少移动量,在起初的试制品中将约1.2m的最近距离缩短到约1.1m。此外,从模拟和实际拍摄的两方面,一个一个的决定适合每个光圈大小的球面像差量,在上面刻上刻度。因为是尝试将散焦效果设为可调整的,一次的试制是无法决定的,在重复实际拍摄的同时反复进行微调整,刻上了到F5.6为止的DC环刻度。DC环自身的旋转超过F5.6,但这是因为原来的预定是刻上到F11为止的刻度。结果,由于缺少缩小光圈时散焦会变小的效果,废除了刻度,但是因为尽可能地转动环时的软聚焦效果也很有趣,为保留这份消遣性没有削减行程就这样保留了下来。有这个镜头的各位,一定要尝试下将DC环过度转动时的软聚焦效果。

镜头的表现特性

范例 1
范例 2
范例 3

让我们以范例为基本来看下这个镜头的表现特性吧。范例1是发挥了这个镜头特性的光圈全开成像。由于DC环被安装在R2中,所以背景的散焦变得平滑。另一方面各位能看出在前景的一部分中出现在了环状散焦和二线散焦吗?但是由于前散焦比起后散焦的散焦量还要大,可能一般情况下不是很显眼。

然后在范例2是将DC环安装在中心处,光圈缩小到F5.6时远景的描写。在阴天的背景下树木的树枝,这是在反射光斑较多的镜头中很难被拍好的拍摄对象,但并没有被融入天空中而是很鲜明的被描写出来了。

135mm镜头的景深很浅,即使光圈缩小到F5.6时背景的大厦也稍微有点散焦。

此外我想让各位也在数码照相机上试试使用这个镜头。在拍摄现场就能够确认DC效果的是只有数码照相机可以实现的优点,这不是更加可以享受到DC镜头的乐趣吗?范例3是安装了D50镜头,光圈全开的状态下,DC环设定为R2.8时拍摄的。因为过多的转动了DC环,在电脑上用等倍像素来看的话,在中心面上也带入了反射光斑,但是这赋予了其软聚焦的效果使得染上秋色的叶子显得更加柔和。

在这个镜头发售后,大口径的中望远镜头的开发被稳步而顺利地推动着。在1993年发售了Ai AF DC NIKKOR 105mm F2D,接着在1995年发售了Ai AF NIKKOR 85mm F1.4D,完成了现行的中望远镜头的系列。可以开发出和手动聚焦时代同等系列的镜头,在很大程度上是因为在AF 85mm F1.8上发明了后聚焦。而且,在DC 135mm F2上,加入了控制散焦效果的功能,这更加能够提升大口径的中望远镜头的魅力。在弱光拍摄用尼克尔的篇章中,将弱光拍摄用镜头誉为“在表现性能上添加了附加价值的镜头”,那么这个镜头应该可以说是在这个思想上更进一步的镜头吧。

这是一个不仅仅很明亮,更是一个满载大口径镜头的趣味和设计者玩心的镜头。