尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第四十四夜

No.44

标准f/1.4镜头

尼克尔-S自动50mm f/1.4

我对照片和相机开始产生兴趣是在1970年代。当时,单反相机标准镜头的代表要数50mm f/1.4。当然,各相机厂商的产品阵容中虽也有50mm f/2或55mm f/1.8等稍暗的镜头,但相比之下f/2、f/1.8可算是普及镜头。只要顾客的预算充足,相机店也总会推荐f/1.4镜头。

现在大家都已忘记,在以莱卡为代表的测距仪照相机时代,标准镜头的亮度多为f/3.5或f/2.8,即使在稍后的时期亮也不过f/2。当然,那时也曾有过f/1.5的亮镜头,但那些镜头属于在黑暗场所进行拍摄的镜头。那么为何在单反相机时代f/1.4镜头成为了标准镜头中的标准呢?

大下孝一

原因之一或许在于单反相机的结构――摄影镜头兼作取景器物镜。早期单反相机的取景器与现在的单反相机相比较暗淡,因此为了维持取景器的亮度必须配备明亮的摄影镜头。此外,相机的单反化使机身变得较为庞大,所以在平衡方面大家对镜头的大小变得较为宽容,这一点也是不能忽视的。

然而,单是这些还不能形成充分的理由。重要的原因在于f/1.4镜头不仅在全开光圈时,而且在收缩光圈时也具备了可与较暗镜头匹敌的光学性能。 许多读者持有“亮镜头=高性能镜头”这一认识。就当今的镜头而言,这种认识基本上是正确的。使用亮镜头在全开光圈时可享受大口径镜头的散焦效果,而在收缩光圈时则能获得与稍暗一档镜头同等的光学性能。只要预算和尺寸允许,我个人也尽量推荐亮镜头。

但从镜头设计的角度来看,当时的亮镜头未必性能高且应用范围广。因为镜头越亮镜片数量也越多,导致鬼影和杂光增多,而且全开和收缩光圈时的色差平衡难以达到理想水平。因此许多所谓的经典大口径镜头,与更暗的镜头相比,收缩光圈时(在许多拍摄场合,一般不会用全开光圈进行拍摄)的光学性能较低。当然,较大的尺寸和昂贵的价格也是原因之一。

排除上述大口径镜头的缺点,开始将f/1.4镜头的地位提升到标准镜头的就是今晚介绍的尼克尔-S自动50mm f/1.4。

尼克尔-S自动50mm f/1.4

图1. 尼克尔-S自动50mm f/1.4的镜头截面图

在稍早于50mm f/1.4问世的1960年,尼康发售了尼克尔-S自动5.8cm f/1.4。5.8cm(58mm)焦距与标准镜头的焦距之间尚存在一些差距。当时,单反相机的标准镜头一般为55mm左右的焦距,因此5.8cm这一数值虽并不那么逊色,但对于尼康而言,作为后起相机生产商,要想显示出较之其他公司的优势,实现50mm焦距的标准镜头势在必行。尼克尔-S自动5cm f/2镜头通过在前组附加较弱的凹透镜维持了后焦距,从这款镜头中也可看出尼康对于50mm焦距的执着追求。

5.8cm f/1.4在光学性能方面也需进一步的改善。第40夜中曾经提到,由于中间区域产生较大的彗形像差和场曲,致使该镜头在描写能力上不及尼克尔-S自动5cm f/2。

为克服这些课题,50mm f/1.4镜头的研发工作开始了。负责设计的是脇本先生和清水先生这两位设计师。工作大约始于脇本先生设计尼克尔-H自动28mm f/3.5告一段落的1959年。费时约3年终于完成了这款尼克尔-S自动50mm f/1.4。照片1为其外形图,图1为其截面图。

与第40夜中介绍的尼克尔-S自动5.8cm f/1.4的截面图相比,光圈前方少了1枚正弯月透镜,而光圈后方则多了1枚正弯月透镜。光圈后方由2枚凸透镜组成的这个结构估计是脇本先生在设计28mm f/3.5时悟出的点子。他在校正反远距型广角镜头的彗形像差上也曾遇到了困难,但通过像28mm f/3.5那样由2枚透镜组成的凸透镜戏剧性地改善了校正效果。于是,脇本先生定是考虑到了“这或许也能应用到后焦距较长的高斯型设计中”。他预料得完全正确,中间区域棘手的彗形像差获得了良好的校正,像场均匀度也不错。这就是全开光圈时与稍暗一档的尼克尔-S自动5cm f/2相比杂光虽较多,但收缩光圈时拥有同等以上光学性能的f/1.4镜头得以完成的瞬间。

生产的合理化

在这款镜头的研发过程中,还发生了一件当时具有划时代意义的事情,那就废止了“壶校正”工序。

以前,光学玻璃使用被称为“壶”的“坩埚”进行生产。生产方法为:调配玻璃原材料并将其放入壶中,使用高温炉进行溶解。当时,在溶解同一玻璃时,为获取相同的折射率虽对原材料进行调配,但总有偏差出现。于是设计师们根据每次壶溶解时产生变化的折射率进行仿真,并每次都实施更改曲率半径的修改设计以使色差量和焦距能够保持为设计值。这道确认并修改设计的工序在公司内部称为“壶校正”。由于每次溶解玻璃时都必需再次设计,因此该工序成为设计师和现场生产管理人员的沉重负担。

到了1960年代,玻璃溶解量增多,生产偏差显著地减少了。以此为机,公司对产量较多的这款镜头制定了各透镜玻璃材料的折射率容许值(公差),并仅使用容许值内的玻璃材料,还废止了通过仿真进行确认和更改曲率半径的工序。废止这道“壶校正”工序不仅显著提高了镜头的生产能力,还实现了稳定的生产。

这项成功是将曾是手工生产的镜头转换成工业产品的巨大进步。

镜头的描写特性

范例1
尼康D40;尼克尔-S自动50mm
f/1.4 → f/2;1/4秒;ISO200;自动白平衡
范例2
尼康D40;尼克尔-S自动50mm
f/1.4 → f/4;1/30秒;ISO200;自动白平衡
范例3
尼康D40;尼克尔-S自动50mm
f/1.4 → f/4;1/250秒;ISO200;白平衡:晴天

让我们通过色差仿真和实拍结果来看看这款镜头的描写特性。

这款镜头的描写特性简单地就是“拥有典型的标准镜头的特征”。使用哪一光圈,都可获得均匀、良好的图像。与第40夜中介绍的5.8cm f/1.4相比,球面色差较大,全开光圈时中央部分的对比度虽略低,但因彗形像差从画面中央到边缘急剧减少,所以从整体上说图像更具紧凑、清晰感。

范例1是将光圈收缩到f/2拍摄的夜景照片。光圈为f/2时,尽管使用的是DX感应器的图像尺寸,图像边缘部分仍能观察到一些彗形像差。将光圈收缩到f/2.8时杂光更少,进一步收缩到f/4时杂光则大致消失,可在整个画面获得相当清晰的描写效果。

范例2有些缺少季节感,是将光圈收缩到f/4拍摄的红叶照片。可以看出,在DX感应器的整个画面范围都能呈现均匀且清晰的描写效果。

由于这款镜头采用的是单层镀膜,因此逆光或阴天时漫射光容易导致图像显得平淡。在此类情况下,请务必安装镜头遮光罩以防止光晕。

范例3拍摄的是绽放在海滨的蜀葵。这款镜头的缺点也许在于全开光圈时的散焦效果不太理想。由于球面色差较大,背景散焦易呈环状,而且画面边缘部分的散焦因渐晕而失真,呈橄榄球状。因此,图像的散焦有时会出现如同心圆旋转般的描写效果。像范例3那样将光圈收缩到f/4左右即可改善这一缺点,形成悦目的散焦效果,大家可以一试。

发售于1962年的这款镜头,树立起了作为用于尼康F相机的标准镜头之地位。

此后,该镜头于1972年改进为多层镀膜,并于1976年大幅改进了光学系统。至此为止持续生产了整整14年。尼克尔-S自动50mm f/1.4是一款从尼康F时代到F2时代的尼克尔的代表镜头。