尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第四十夜

No.40

在尼康F上使用的F1.4镜头

NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4

这个连载到这回已经是第40回了。每年连载4回,从开始到现在已经持续整整10年了。这都是承蒙各位读者的厚爱。那么今夜就让我们回顾尼康F用F1.4大口径镜头的同时,也一起回顾一下高斯型结构成为大口径标准镜头基准的历程吧。

大下孝一

松纳型结构和高斯型结构

图1. NIKKOR-H 5cm F2镜头的结构
图2. NIKKOR-H Auto 50mm F2镜头的结构

可交换镜头小型照相机诞生以来,便与大口径标准镜头分庭抗礼,在性能提升上展开激烈竞争的是松纳型结构和高斯型结构。在第34夜中介绍的松纳型结构要么是像图1所示的3组6片,要么是最后一组透镜为3片接合的3组7片结构的镜头。在第2夜等篇章中登场的高斯型,是以图2所示的4组6片结构为基本结构的镜头。

在20世纪40年代以前松纳型占据优势地位,理由是它具有3组的简单结构。在当时,还没有透镜表面防反射涂层技术,和空气的分界面越多,透镜的透过率就越低,不仅如此,还会因为透镜表面的不规则反射导致重影的增加和对比度的下降。如果为了提高理论性能而增加透镜的数量,会遇到即使设计性能变好了,在实际拍摄时也会陷入对比度低下,解像感差的尴尬境地。因此,与具有8个分界面的高斯型结构相比,通过大量使用接合透镜将透镜和空气的分界面控制在6个分界面的松纳型具有相当大的优势。

松纳型结构的优点还不止这些。在小型化上,由于高斯型结构的镜头是被称为对称型的镜头,镜头的全长比焦距长出很多,相比之下由于松纳型结构被称为非对称的光学系统,所以即使是大口径镜头也能够被设计成很小型的镜头。这个特征对于以小型轻量化为重点的旁轴相机用镜头来说,是有利的。

而作为松纳型结构的另一个特征是,对于高度的球面像差和彗形像差的校正能力很强。高斯型结构由于其镜头结构的特征,具有自然校正球面像差和低度的彗形像差的优点。但是也因为其自然的结构使得其对于高度的彗形像差的校正能力很弱。而在松纳型结构上,就如在介绍S用8.5cm F1.5镜头时佐藤治夫先生所写的那样,通过“以牙还牙”的方法可以巧妙地校正高度的彗形像差。

按照我的说法,大家可能觉得松纳型结构都是优点,而高斯型结构却完全不行啊。事实却并非如此。高斯型结构在球面像差、非点像差和色差的校正上更加优秀,因为光圈的缩放造成的焦点移动也很小,在光圈缩小时高斯型结构的分辨率要更加优秀。

但是大口径镜头应该是在光圈接近全开时使用的啊。归根到底,在大众眼中还是在分界面上损耗较少、在光圈全开时对比度高的松纳型结构评价较高。

然而,在20世纪40年代、50年代,由于技术发生了变革,这种评价渐渐发生了变化。

一个是在20世纪40年代发明的防反射涂层技术。由于这个发明,高斯型结构存在的与空气分界面较多的缺点被消除了。除此之外的另一个发明是在20世纪50年代前后开始开发的镧系高折射率低分散性玻璃。高斯型结构在这种玻璃的帮助下,可以对高度的彗形像差进行校正。涂层技术和高折射率玻璃,通过这两个助力,在50年代以后,性能得到大幅度提升的高斯型结构闪亮登场。

近距离变动

下面让我们把目光转向初期的大口径尼克尔镜头。5cm F2、5cm F1.5、5cm F1.4、8.5cm F2、8.5cm F1.5等全都是以松纳型结构为基础进行设计而成的。乍一看似乎尼康是向松纳型一边倒的样子,其实在公司内部早就开始高斯型结构的研究了。虽然没有进行发售,但在松纳型结构的5cm F2发售紧后,即在对现有商品进行改良的同时开始了高斯型结构的试制。设计者们敏锐的感觉到了松纳型结构的限制和高斯型结构的可能性。

NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4

随着单反照相机的盛行,松纳型结构和高斯型结构的竞争终于要做了断了。由于松纳型结构是非对称型的光学系统,实在没有办法瞬时回镜的急回动作所必须的镜后焦点,只能将作为大口径标准镜头基准的地位让给了高斯型结构。就这样,随着单反照相机的普及,高斯型结构成为大口径标准镜头、而松纳型结构则发挥其整体长度短的特征作为大口径望远镜头得以存续,两者形成了分栖共存的状态。

那么,让我们把话题转到NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4镜头吧。这个镜头是在尼康F上使用的F1.4镜头。因为尼康F是为了超越旁轴相机S系列而企划的照相机,需要开发一款具有F1.4明亮度的标准镜头。设计是在F用5cm F2镜头的设计有了眉目后开始的。在5cm F2镜头上,采用的是前侧配置低强度凹透镜的变形高斯型结构,虽然能够留出F照相机所需的后焦距,但是在这个镜头实现一段光圈就很明亮绝非易事。在一般情况下,镜头越是明亮透镜的总厚度就越厚,因此全长随之变长,后焦距变短。结果就是将焦点距离拉长8mm,以留出所需的后焦距长度。

图3. NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4镜头的结构

图3所示的是这个镜头的截面图,为6组7片的镜头结构。是一种在高斯型结构的透镜前侧配置凸透镜的普通结构。第3透镜和第4透镜看上去像是接合透镜,但其实中间存在微小空气间隔,是分离式透镜。

5.8cm这一焦距是从留出后焦距时导致的性能低下和能够被称为标准镜头的限制焦距的平衡中得出的,如果作为短望远镜头来看的话可以说是相当称手的焦距。后期的夜间使用尼克尔的58mm焦距就是仿照的这个镜头。

所以说这个镜头具有体现了早期高斯型结构特征的像差平衡。球面像差因为在前组透镜中追加了1片凸透镜,得到了很好的校正。轴上色差、倍率色差都少,对非点像差的校正也好。但是场曲率有少许的残留,对彗形像差的校正也不完全,因此在光圈全开时反射光斑稍多,光圈缩小时的分辨率稍有逊色。这是因为单反照相机用镜头因扩大后焦距在设计上造成的无可奈何的结果。这个场曲率和彗形像差得到较好的校正是在下一个样本NIKKOR-S Auto 50mm F1.4镜头上达成的,这个故事还是留到另一个时机再说吧。

除此之外还稍微残留了一些桶形失真像差,但不拍摄直线被摄体的话,应该算不上很显眼的程度吧。

镜头的表现性能

范例1
Nikon F-301 NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4 光圈 F2 光圈优先自动模式 RVP-F
范例2
Nikon F-301 NIKKOR-S Auto 5.8cm F1.4 光圈 F4 光圈优先自动模式 RVP-F

让我们基于以实际拍摄效果看看这个镜头的表现性能吧。

这个镜头在光圈全开时画面中心部位清晰,但从画面中间部位开始因为彗形反射光斑发生了渗色现象,除了画面中央部位以外,整体都像盖上了一层纱一样的成像效果。彗形反射光斑随着光圈的缩小而减少,当光圈值缩小到F2.8-4的范围时基本上消失了,但由于残留的少许场曲率,使得画面色调不显得生硬,整体保持着柔和的成像效果。当光圈值缩小到F4时,一直到画面周边都是均匀和坚实的成像效果,拍摄效果和AF尼克尔50mm F1.4镜头有着很好的对比。

范例1是光圈稍微缩小时拍摄的杜鹃花的照片。能发挥这个镜头柔和的成像效果的是从约1m开始的近距离拍摄。在光圈全开时如纸一样薄的调焦面的前后处,被拍摄物体就像融入背景一般的散焦。这不正是用其他的镜头很难得到的表现性能吗?该范例中为了不发生过度融入将光圈缩小一段进行了拍摄。

范例2是将光圈值又稍微缩小了一些,在F4的状态下进行的拍摄。这个镜头比起普通的标准镜头焦距稍微有点长,透视图导致的歪曲也很少,即使使用相同光圈值也会很大程度的散焦,在中望远的拍摄上很是顺手。此外从范例中也可以看出散焦效果很好。

有些遗憾的是,光圈形状是六边形,光圈值处在F2到F2.8的范围时角落处出现了阴影。

1960年3月发售的这款镜头,在1962年3月作为后续型号的NIKKOR-S Auto 50mm F1.4发售的同时完成了自己的使命停止了生产。是一款生产时间只有2年镜头。同时,也是奠定了其后续型号-代表了尼康F的Auto 50mm F1.4镜头和尼克尔镜头坚实地位的镜头。关于完成这个Auto 50mm F1.4的开发过程让我们下次有机会时再叙述吧。