尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第三十九夜

No.39

大口径变焦时代拉开帷幕

Ai AF Zoom-NIKKOR 35-70mm F2.8S

今夜要介绍的是尼康实现F2.8大口径化的标准变焦镜头Ai AF Zoom- NIKKOR 35-70mm F2.8S。尼康的大口径标准变焦镜头的起源是什么样的东西,在这里面又隐藏了什么样的秘闻和工匠技巧呢?今夜就让我们一个一个的来解读这些秘密吧。

佐藤治夫

F2.8的苦难

图1. 凸组前置类型
图2. 凹组前置类型

一般情况下对变焦镜头进行分类的话,大致分为凸组前置和凹组前置。不只是大口径变焦镜头,在光学设计上难的是同时实现大口径和大视角。标准变焦镜头相对来说视角较大,因此口径和视角会由于起因不同的像差而互相对立。对于这些像差必须进行彻底校正。使用的镜头种类也存在凸组前置(图1)和凹组前置(图2)两种。在像差校正上的障碍应该是广角方面的周边性能和周边光量,以及和望远方面的中心以及周边性能的平衡吧。设计者要被迫选择将重点放在哪里,使用凸组前置还是凹组前置。

采用凸组前置类型的话,由于前面的凸组透镜会聚了光线,其后方的凹组和凸组透镜可以小型化。在后组透镜产生的明亮度使得像差也比较容易校正,在望远方面可以发挥威力。但是,因为是从凸组透镜开始,所以不利于周边的光量,容易导致滤光器的大型化。相反凹组前置类型的镜头由于是从凹透镜组开始,所以具有很容易周边光量,而且也利于广角方面的像差校正的特征。因此,在广角方面的设计难度上,凹组前置类型胜出。可是,凹组前置类型的镜头由于光线会在前凹组透镜上剧烈的反弹,其后方的凸组透镜需要大型化,必须具有很强的折射能力。这么做的结果就是产生大量的像差。因此,在望远方面的设计难度上,凸组前置类型胜出。在当时,选择哪种类型,都改变不了技术规格难度很高的现实。

表现特性和镜头的性能

请看截面图(图2)。这个变焦镜头是凹组前置4组变焦的镜头。一个特征是采用了固定住3号凹组,然后让2号凸组和4号凸组形成一对进行移动的结构。这个结构是在凹组前置4组变焦镜头上,像差校正限制多的结构。稻留先生为什么要使用这样的结构呢?不是因为别的,正是因为出于镜筒设计和制造上的考量。这个镜头的镜筒结构可以只由1个凸轮(曲线移动沟)和1根导线(直线移动沟)构成。换句话说,和便宜的2组变焦镜头具有相同的结构。毋庸置疑,简单的结构可以提高镜头的生产率。当然,由于各组的动作在光学性上被限制住了,所以变成了一个很大的累赘。这个镜头在这种情况下实现了良好的像差平衡实在是令人吃惊。尤其是失真像差的变动之少,正可以说是大师级的技巧。此外,稻留先生喜爱使用的透镜中,还有凹凸凹的3片贴合透镜。

那是在ED镜片价格高昂,无法想用就用的时代里,为了实现复消色差透镜消除色差而使用的技术。在这个变焦镜头中没有使用1片ED玻璃,却良好地校正了色差。

那么接下来,让我们从远景实际拍摄效果和范例、设计值两方面来考察一下成像效果吧。从设计值来考察。在广角方面,轴上色差、倍率色差都很少且良好,非点像差、场曲率同样也很少且良好。此外,失真像差也控制在了-3%以内。接着在望远方面,引人注目的是非点像差很少。场曲率稍微有限大,但很少的非点像差,能够实现良好的立体感和散焦效果。此外,失真像差也被很好地控制在+2.5%以内。彗形像差稍微有些残留,成像却不生硬,在合适的柔和度中共存着清晰度,可以说正是拍摄人物照时较为合适的像差平衡吧。

范例 1 35mm(F2.8)
范例 2 50mm(F2.8)
范例 3 70mm(F2.8)

接下来让我们来考察一下远景实际拍摄效果和范例吧。在广角方面,在光圈全开时具有合适的对比度和分辨率,表现效果具有真实感。和中心部位相比,周边的分辨度略微有些下降,但反而显得更自然。当光圈值缩小到F4-F5.6范围时,对比度和分辨率得到进一步提升,周边的分辨度也提高了。当光圈值缩小到F8时,整体画面变得更均匀,得到对比度高,良好的画质。然后,当光圈值为F11-22范围时由于衍射的影响清晰度渐渐降低。另一方面,在望远方面,光圈全开时具有合适的对比度和分辨率,柔和度中也有核心,很自然的表现效果。当光圈值缩小到F4-F5.6范围时,清晰度得到提升,周边图像的画质也变得清晰良好。当光圈值缩小到F8时,清晰度进一步提升,得到良好的画质。当光圈值为F11-22范围时开始受到衍射的影响,清晰度开始降低。

范例1是在广角端、光圈全开时拍摄的。看到人物的表现效果等,就知道其具有足够的清晰度。此外,背景的散焦效果也没有毛病,对于广角镜头来说足够优秀。范例2是在中间焦点距离(f=50mm)、光圈全开时拍摄的。人物和其周边,都具有足够的清晰度和对比度。

同时,背景的表现也没有问题,使人预感到良好的散焦效果。范例3是在望远端、光圈全开时拍摄的。各位如果看看一根一根毛发都清晰可见的表现能力,就能够理解其具有足够的清晰度。此外,从背景中还能知道使用这种玻璃的变焦镜头散焦效果也很真实。