尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第四十九夜

No.49

挑战大口径镜头F1.2

NIKKOR-S Auto 55mm F1.2

第四十九夜要说的是大口径标准镜头的故事,向光圈值F1.2发起的挑战,对50mm焦距的执着追求。今夜就让我们解读一下尼克尔-S Auto 55mm F1.2镜头设计者的构思和开发秘史吧。为什么是55mm呢?达到F1.2的关键技术是什么呢?而且重要的拍摄效果如何呢?究竟能拍摄出什么样的效果呢?
今夜,就让我们解开尼克尔-S Auto 55mm F1.2的秘密吧。

佐藤治夫

单反相机用大口径镜头的开创期

在第七夜中也曾介绍过,标准化镜头的大口径化竞争,在20世纪50年代曾一度愈演愈烈。从祖诺5cm F1.1镜头开始,各公司全都开始了大口径镜头的商品化。

说起那个年代,那还是旁轴相机的时代。旁轴相机使用的光学系统的优点是法兰距很短、对后焦距的限制很小。简单的说,就是镜头和胶卷之间的空间(距离)可以自由的决定。现在已经不需要再为单反相机的反射器留存一部分空间了,这一点在当今已是理所当然的常态了。因此,也能够开发出后焦距很短的松纳型和可以说是高斯型和松纳型的混合型结构的镜头类型。

此外,高斯型结构现在已经成为大口径标准镜头的代名词了,但结构本身依然存在着特有的问题。在高斯型结构中,有着后侧主点由于开口光圈定位相当靠前的特征。换而言之,是一种很难维持长后焦距的镜头类型。

时代到了以尼康F为代表的单反相机的年代后,在大口径镜头竞争中得到的F1.1、F0.95的明亮度,已经变成了幻想。当时单反相机的后焦距,一个公司一个样,但大致都在35-40mm的水平。这和旁轴相机比起来,意味着必须要维持很大的后焦距。尤其是在设计50mm的镜头时,在当时成为了内部固有的严峻的制约条件。因此,在刚开始的标准镜头尼克尔5cm F2的设计上,也能追忆到设计者们为了维持后焦距而历经辛劳的踪迹。这个解决方法就是在高斯型结构的前方追加一个凹度较低的凹透镜,利用焦点后移的效果,来补足不足的后焦距。

另一方面,尼克尔将焦距延长了8mm,开发了5.8cm F1.4镜头。但是,当时的设计者们对这种方法无法满足,继续进一步开发,终于开发出了50mm F1.4镜头。

开发经历和设计者

那么,让我们来解读一下开发经历吧。设计这款尼克尔-S Auto 55mm F1.2镜头的不是别人,正是尼克尔镜头 “一千零一夜”故事中多次登场的“尼克尔自动的创造者”清水义之先生。对清水先生来说标准镜头的设计可以说是毕生的事业。清水先生设计了从5cm F2到50mm F1.4、55mm F1.2和F2-F1.2所有规格的镜头。先生是精通高斯型结构的设计者之一。

接下来,让我们来解读一下报告书和图纸吧。根据报告书的记载,设计是在1964年(昭和39年)的盛夏完成的。之后,在同年的冬天完成了试制图纸。然后,经过量产试制,在1965年(昭和40年)春末完成了量产图。

然后,做好所有准备开始进行发售是在同年的严冬。之后,这个镜头在尼克尔-S Auto 55mm F1.2(c)上将表面涂层进行了多层镀膜化,在1975年(昭和50年)通过使用后一代玻璃材料等修正设计,成功的缩短了最近拍摄距离,发售了尼克尔 55mm F1.2。然后,在1977年(昭和52年)的春天,作为AI化了的AI尼克尔 55mm F1.2镜头开始发售,随着1978年(昭和53年)期待许久的AI尼克尔 50mm F1.2的登场,宣告该镜头作为13年间长期畅销商品的结束。

在开发过程中,源于大口径镜头的辛劳是毋庸置疑的。对于同时开发多个产品的清水先生的努力和忍耐力,我十分敬佩。

表现特性和镜头性能

请看截面图。这个镜头是典型的高斯(双重高斯)型结构镜头。高斯型结构是比较善于大口径化的镜头类型。但是,可以对应的视角被认为在2ω=63度左右(以35mm规格来换算焦距为35mm左右)的范围中。对于35mm规格的摄影镜头来说,这种镜头类型中46-24度左右的视角的镜头被认为较容易设计。此外,在标准镜头的领域中F1.8-F2级别可以由6片透镜所构成,到了F1.2-F1.4的级别,为了进行良好的像差校正必须要有7片透镜。具有在2片夹入光圈的中央结合透镜的前后设置有凸透镜结构的特征。一般增加靠近像面一侧凸透镜片数的类型具有良好校正彗形像差、球面像差的倾向。

那么,尼克尔S Auto 55mm F1.2具有什么样的拍摄效果呢?让我们从像差特性和点列图两方面来考察一下吧。解读一下设计报告书。仔细观察像差值、MTF、点像的话,就能理解到F1.2大口径镜头的设计是多么的艰难,看出设计者们辛劳的踪迹。

这个镜头在像差上的特征先存在于球面像差上。作为F1.2的大口径镜头,为了得到良好的清晰度,要将球面像差控制到尽可能小。这个镜头没有非球面透镜,运用强烈的曲率面,使其产生高度的球面像差,通过“以毒攻毒”的方法良好地校正了球面相差。此外,在场曲率上也能看出设计者们的设计思想。比起弧矢像面,子午像面方面多少有些校正不足(向下)的倾向,一直到在像高一半的位置处,子午像面和弧矢像面基本一致,具有非点像差很少的特征。此外,轴上色差、倍率色差都很良好,符合大口径镜头的特点,是我们通常说的“光圈效果好(通过缩小光圈提高像差校正效果)”的镜头。问题在于彗形像差。到底是F1.2的大口径镜头,子午像面和弧矢像面也很大,尤其是画面四角的弧矢彗形反射光斑,产生了相当多的反射光斑。这个反射光斑的形状,对点像的形状产生了很大的影响。接下来是失真,在无限远处对焦时为−2%,对大口径镜头来说属于平均值。此外,这款镜头和其他普通的高斯型镜头一样,在靠近拍摄时,像差一律向下(校正不足的方向)变化。这个现象虽然导致清晰度降低,但却使背景散焦的效果令人满意。一般来说,高斯类型的镜头常被用于拍摄人物照和近接摄影,这个理由可以理解。

作为F发售当时优秀的F1.2大口径镜头,只看像差校正状态的话,确实称不上优秀的像差校正状态,但作为前所未有的先行者,可以说55mmF1.2镜头是设计精巧的镜头。清水先生的辛劳籍此可见一斑。接下来,让我们通过点列图来观察一下点光源的结像状态吧。

中心部位点像的连贯性很好,反射光斑也很少很良好。但是,趋近周边处,虽然存在核心,但在子午像面方向和弧矢像面方向这两个方向出现了反射光斑。近代的镜头,过于期待高度的MTF,相对而言校正比较简单,存在只对子午像面方向的反射光斑进行校正的倾向。但是只校正子午像面方向的反射光斑的话,点像会变为彗星状的反射光斑,成为非对称的点像。我觉得从相片表现性能的观点来看,即使稍微牺牲一些清晰度,如果55mm F1.2点像的形状比较好,反而可以得到令人满意的结果。这里也能看出大师的技巧。可是,的确在像高较高处的点像,由于渐晕的影响子午彗形反射光斑被消除了,弧矢彗形反射光斑很显眼,变成了彗星状的反射光斑。无法使用非球面透镜。

实际拍摄性能和范例

接下来来看看实际拍摄效果吧。让我按各光圈值分项陈述。

F1.2光圈全开

中心处意外地具有解像感,但却围绕着如面纱般的反射光斑。随着从中心向画面周边趋近,反射光斑的感觉增加,峰值在画面6成左右的位置处,之后受到渐晕的影响反射光斑也有少许减少。整体上是线条细腻的成像效果,但在四角处分辨率有少许下降。但是,渗色很少,显色令人有好感。

F1.4-2

将光圈值缩小到F1.4,虽然分辨度没有什么太大变化,但如面纱一般围绕着的反射光斑减少了,渐晕也得到了改善。进一步将光圈值缩小到F2的话,从中心到中间部分位置,反射光斑消失解像感得到提高,周边部分,除了四角的地方都得到了优化。四角处的分辨率、反射光斑只有稍许改善。

F2.8-4

反射光斑几乎全部消失,解像感一下子提高了。除了四角处,都变成令人满意的清晰度。当光圈值为F2.8时给人以柔和之中同时存在着优质解像感的印象。当光圈值为F4时能够达到细致的图像。

F5.6-8

画面整体都是均匀的成像效果,达到了很高的清晰度。在所有光圈之中画质较高。

F11-16

画面整体都是均匀的成像效果,达到了很高的清晰度。当光圈值缩小到F16时,会受到少许衍射的影响,分辨度也受到少许损害。

想要期待清晰度的话,在光圈值为F5.6-F11的范围中使用应该能得到良好的结果吧。此外,想要享受柔和的成像表现或不同的成像表现的话,请尝试一下F1.2-F2的光圈值。我觉得在拍摄物体和人物照上可以给予你创作的味道。此外,如果一边寻求某种程度上的清晰度,一边又期待柔和的表现的话,也许将光圈值设为F2.8来进行拍摄也不错。在这次的实际拍摄测试中,我了解到这是一个“成像效果随着光圈值时时刻刻地变化,让行家喜爱的镜头”。

那么接下来,让我们通过范例照片来确认一下表现特性吧。

范例 1
尼康D3X NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F1.2
快门速度:1/160 sec
ISO:400 画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月
范例 1 扩大
范例 2
尼康D3X NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F1.2
快门速度:1/3200 sec
ISO:400 画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月

范例1、范例2是为了再现这款镜头柔和的表现效果和空气感而拍摄的范例。特意在深度很浅的F1.2光圈全开状态下,短拍摄距离60cm附近进行的拍摄。范例1虽然选择的是具有点列的背景,但在散焦效果上没有失败,看得出其具有良好的表现性能。对焦处瞳孔的清晰度也很良好,而且产生散焦处的表现也很平滑良好。请看范例1的扩大照片。可以看出在三次元的表现效果很好。下颚的消失般的表现、线条细腻且模糊的毛发、具立体感的瞳孔的失焦方法,哪个都很良好。这个镜头或许可以说是在三次元上具有高保真度的镜头吧。范例2是特意在逆光状态下格子状反射物体前方拍摄的范例。后散焦处没有失败,抑制了二线散焦的产生。同时,在焦点面的清晰度也很良好,瞳孔和头发的再现性也很丰满。

范例 3
尼康D700 NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F2.8
快门速度:1/800 sec
ISO:200
画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月
范例 4
尼康D700 NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F2.8
快门速度:1/2000sec
ISO:200
画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月

范例3和4是用于确认光圈值为F2.8时的成像范例。两范例都可以看出对焦范围扩大了,清晰度也提高了的情况。然而,在表现特性上并没有失去柔和度。范例3是以柔和光为背景的逆光照片,请观察一下反射光斑的产生和背景的散焦效果。散焦效果没有毛病,也没有产生讨厌的颜色反射光斑。在范例4中,请观察在相对比较中庸的拍摄距离上的成像效果。后方的散焦效果也是没有毛病的表现。此外,焦点面的清晰度也很良好。看到这些结果,我觉得对于拍摄人物照来说,从光圈全开到F2.8的范围,多进行尝试就能得到好的结果。

范例 5
尼康D700 NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F4
快门速度:1/3200 sec
ISO:200 画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月
范例 6
尼康D700 NIKKOR-S Auto 55mm F1.2
光圈值:F5.6
快门速度:1/1000 sec
ISO:200
画质模式:RAW
白色平衡处理:自动
D-照明:自动
图像控制:中性
拍摄日期 2011年8月

范例5-6是将光圈值调至F4-F5.6的范围拍摄的范例。将光圈值调至F4-F5.6的范围时,大口径镜头特有的柔和度就销声匿迹了,一直到画面周边都是清晰的成像效果。范例5是光圈值为F4时的范例。一直到周边处都再现了建筑物的墙壁。此外,范例6是光圈值缩小至F5.6时的范例。光圈缩小到这个值的话,连周边处都很清晰,应该能够感受到这个镜头的表现特性吧。拍摄风景时使用F5.6-F8是较合适的。

从范例中可以看出,尼克尔S Auto 55mm F1.2镜头的表现特性随着每个光圈值时时刻刻地在变化着,是一款耐人寻味的镜头。因此,可以用于拍摄人物照和拍摄物体,光圈值缩小后也可以用于拍摄风景照片,可以说是让一个行家喜爱的镜头。

对50mm的执着追求

在这次55mm F1.2镜头的故事中,大家是不是觉得很奇怪为什么设计者们那么执着于50mm的焦距呢?这是因为,在35mm规格的标准镜头中存在着很长的历史。将标准镜头规定为5㎝(50㎜),并创造出这个体系自身的是以奥斯卡巴尔先生和马克斯贝雷克先生等莱茨公司的技术人员。那么,为什么将50mm规定为标准镜头呢?这里有很多种说法,比较具有代表性的观点是50mm的视角(对角线46°水平40°)不注视的时候和用肉眼能够识别的视野较为接近。此外,还有真实画面的对角线长和焦点距离较为接近的观点(但是这种情况下,准确的说并非是50mm),还有从镜头的特性上得来的观点(但是这种情况下,准确的说也并非是50mm)等。

不管怎样,只有创造出这套系统的奥斯卡巴尔先生和马克斯贝雷克先生才知道真相吧。确实并且确切的事实是,装在莱茨35mm规格照相机上的标准镜头,就是莱茨消像散镜头(后来的Lmax)5㎝ F3.5镜头。世界中的照相机厂商都以莱卡为样本开始制作照相机。那时的5㎝(50㎜)标准镜头也被拿来作为样本。就是因为有着这样历史背景,在漫长岁月中一直制作50mm镜头,不管是开发者还是用户,已经习惯了50mm的视角。这个历史和传统将50mm确定为标准镜头的规格。因此,当时的开发者们,即使在单反相机的时代,也和旁轴相机的时代一样使用相同的视角来制作标准镜头吧。设计者们的执着正是进步发展的秘诀。从58mm到55mm再到50mm,一步步揭开了标准镜头开发的帷幕。