尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第五十五夜

No.55

轻便型广角镜头在数码时代人气高涨?

Ai尼克尔18mm f/4

第五十五夜讲述轻便型广角镜头“Ai尼克尔18mm f/4”。在这个数码相机流行的时代,听说这款镜头从市场上消失了。其生产数量并不少,那又为何会从相机销售店的柜台中消失了呢?今天,就让我们来探寻一下这款轻便型广角镜头的秘密。

佐藤治夫

尼克尔18mm f/4的变迁

先来追溯一下“尼克尔18mm f/4”镜头的变迁。尼克尔18mm f/4于1975年2月开始销售。它拥有较为不同的外观造型并采用了多层镀膜。据说因为这款轻便型广角既小巧性能又高,所以受到了青睐。此后,在1977年6月该镜头实现了AI化,作为“Ai尼克尔18mm f/4”再次问世。1982年发售的Ai尼克尔18mm f/3.5在其基础上于设计方面进行了改良。尼克尔18mm f/4的销售年数大约为13年,因此可以算是一款畅销较久的镜头。

开发历史和设计师

负责设计尼克尔18mm f/4光学系统的是当时的光学部第一光学科的森征雄先生。尼克尔镜头——“一千零一夜”故事中经常提起的森先生是第一夜中介绍的脇本先生的得力帮手。森先生设计的镜头种类繁多,主要有用于F卡口的广角尼克尔、PC尼克尔、勃朗尼卡尼克尔、用于全画幅格式的尼克尔和EL尼克尔放大镜头。

让我们来看一看尼克尔18mm f/4的开发历史。1970年(昭和45年)完成设计;同年2月发布试制设计图。此后,为改善镀膜于1971年(昭和46年)11月再次进行试制;从1973年(昭和48年)12月开始量产并于1975年(昭和50年)2月发售。

镜头的结构与特征

(图1)

接下去的内容有些晦涩敬请原谅。请看尼克尔18mm f/4的截面图(图1)。读者们想必会对这较大的前组接合透镜感到惊讶。其实,该镜头特征性的结构在于其第1透镜为正接合透镜,对此我会另作详解。作为广角镜头,尼克尔18mm f/4的结构较为精简,其基本结构为反远距型,与一般的广角镜头相同。此外,该镜头在光圈的物体侧面为无焦点(焦距为无限远)。如果将此无焦点的部分作为单个透镜组来考虑的话,那么该镜头既是负正结构的反远距型,又可看作是小弧度的正(或小弧度的负)正无焦广角转换镜+主透镜的结构。从紧靠光圈前方的接合透镜往后是在所谓的三合·天塞(Tessar)型的基础上加以扩展的主透镜,而其前方则是用来缩小像的无焦广角转换镜,这样考虑可能更容易理解。

让我们再来看看尼克尔18mm f/4的色差特征。一般来说,广角镜头尤其在校正畸变、横向色差和近距离变动方面具有困难。尽管该镜头的畸变较大、呈斗笠形,但仍具有横向色差少(边缘部分除外)的特征。该特征体现了后文所述第1透镜的效果。此外,虽然这款镜头采用的是不具备近距矫正结构的总体伸出型对焦方式,但对像散和场曲的变动也控制得较为良好。更值得一提的是该镜头的弧矢彗差较少。因为大光圈是f/4,所以除了缘部分以外,校正效果比较理想,在拍摄黄昏或夜晚的景色时发挥作用。

实拍性能和范例

再按照各光圈值来看看实拍的效果。

f/4(全开)

中心部分的分辨率较高,但随着图像高度的增加杂光逐渐增多,锐利度逐渐降低。对于某些用途,图像品质已达到了实用水平。虽然边缘部分的分辨率有些低,且图像边缘的光量也有些下降,但我认为该镜头色溢现象少且显色性良好。

f/5.6

通过将光圈缩小到f/5.6,尤其是中心附近部分的锐利度得以提高。中间部分的分辨率变化不大,且在杂光、图像的鲜明度以及边缘光量下降方面得到了改善。

f/8~f/11

杂光消失,边缘部分的分辨率大为提高。锐利度令人较为满意,边缘处的图像尚存在失真。经常使用时建议设置为f/11~f/16。

f/16~f/22

整体画面的描写均匀。尤其是f/16时的图像品质比较均匀、良好。略微开始出现衍射的影响,但处于可以容许的范围内。在f/22时可以确认到衍射的影响,分辨率也略有下降。

追求锐利度时,将光圈设在f/11~f/16之间应能获得良好的结果。此外,若特意要在作品中利用边缘光量下降的效果,我觉得使用全开(f/4)光圈也能进行拍摄。

让我们通过范例照片来确认一下该镜头的描写特性。

范例1
尼康D750、Ai尼克尔18mm f/4
光圈:f/11;快门速度:1/400秒
ISO感光度:400
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:自动
D-Lighting:自动
优化校准:自然
拍摄日期:2015年1月
范例2
尼康D750、Ai尼克尔18mm f/4
光圈:f/11;快门速度:1/80秒
ISO感光度:400
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:自动
D-Lighting:自动
优化校准:自然
拍摄日期:2015年1月

为了能更好地判断镜头的特性,这次特意未对范例进行横向色差和渐晕的校正。

范例1是背光拍摄的街景快照,可以看出照片的锐利度直到边缘部分仍很充分,色彩还原佳,且横向色差的效果也令人满意。范例2是东京车站正门。这是一张为了测试锐利度的均匀程度和畸变而拍摄的照片。通过该范例也能观察到锐利度直到边缘部分仍均匀和充分。虽然直线部分呈现出斗笠形畸变失真,但仍可判断出作为广角镜头其性能相当优秀。

范例3
尼康D750、Ai尼克尔18mm f/4
光圈:f/4;快门速度:1/50秒
ISO感光度:1000
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:自动
D-Lighting:自动
优化校准:平面
拍摄日期:2014年4月
范例4
尼康D750、Ai尼克尔18mm f/4
光圈:f/11;快门速度:1/1600秒
ISO感光度:400
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:自动
D-Lighting:自动
优化校准:标准
拍摄日期:2015年1月13日

范例3是在东京车站内拍摄的照片。由于感光度较高,因此产生了若干噪点。虽然拍摄时将光圈设为f/4(全开),但锐利度仍保持在良好状态。边缘光量的下降略微显眼。

范例4是对鬼影、杂光进行测试的照片。完全背光,并将太阳拍摄在画面之中。通常这种条件下容易出现鬼影、杂光。对于当时(70年代)的广角镜头来说,其拍摄结果可谓是优秀。

范例5
尼康D750、Ai尼克尔18mm f/4
光圈:f/11;快门速度:1/200秒
ISO感光度:400
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:背阴
D-Lighting:自动
优化校准:平面
拍摄日期:2015年1月
范例6
尼康D750、Ai 尼克尔18mm f/4
光圈:f/11;快门速度:1/400秒
ISO感光度:400
图像品质:NEF(RAW)
白平衡:自动
D-Lighting:自动
优化校准:平面
拍摄日期:2015年1月

范例5和6是为了确认半背光时的对比度降低情况和锐利度而拍摄的。可以看出锐利度直到边缘部分仍充分且色彩还原也很不错。

总体上说,因为这款镜头较暗,所以从大光圈时就能获得达到实用水平的鲜明图像。并且,通过收缩光圈能够更大幅度地提高锐利度。畸变失真虽具有若干斗笠形倾向,但失真量在容许范围之内。在同一级别的广角镜头中,这款镜头鬼影较少,但仍有几处稍微显眼的鬼影现象发生。从某个角度讲,发生鬼影可谓是广角镜头的宿命,但当画面内没有光源存在时,只需注意控制构图或通过遮光罩等防止光晕,便能比较轻易地消除鬼影。

前组的秘密

(图2)

现在,让我们来考察一下上文中提起过的广角镜头的前组(第1透镜)。这些内容也有些复杂,敬请大家谅解。

广角镜头的前组一般有两种类型。请看图2。一种是“凸透镜在先型”,其光学系统从凸透镜(正透镜组件)开始。另一种是“凹透镜在先型”,从凹透镜(负透镜组件)开始。估计了解镜头的读者们会比较眼熟。从广角镜头到广角~标准变焦镜头,世界上的镜头大致可分为这两种类型。大部分厂家的广角镜头都变成了凹透镜在先型,几乎没有凸透镜在先型的镜头。这是为什么呢?在由东海大学出版会出版的中川治平先生撰写的《镜头设计工学》第119页中对这个秘密作有详解。大家可以通过观察图2中两种类型所具有的不同光线折射特征来理解这个秘密。就“凸透镜在先型”而言,视角越大,光线则以越大角度从第1透镜的凸透镜折射出,并以大入射角射入其后的凹透镜。从图中可以看出,该凹透镜也以大角度将光线折射出。相比之下,“凹透镜在先型”的第一凹透镜的折射程度小,光线的出射角也变得较小。射入后方凸透镜的光线犹如视角变小了一般,其折射程度也变小了。总之,即使视角相同,“凸透镜在先型”的各个透镜的折射角度也大,发生的色差(尤其是高阶像差)也会增大。该现象在视角2ω为90°左右时差异不太大,但一旦超过大约100°,差异就会相当显著,导致畸变的校正形状呈明显的斗笠形而难以校正,并且横向色差的校正也变得更加困难。因此,在35 mm格式的镜头中,比焦距19mm更广角的镜头几乎都是凹透镜在先型。

然而,设计名家的创造力很了不起。这既是妙趣所在,又是值得学习之处。其实,森先生设计的尼克尔18mm f/4,虽然第1透镜为凹凸接合透镜,却是一款以正透镜组件开始的“凸透镜在先型”镜头。而且,尽管如上文所述畸变具有若干斗笠形倾向,但按照视角的角度来考虑的话,已经得到了较良好的校正。此外,通过接合第1透镜,在横向色差方面也反而产生了良好的结果。我们认为是常识的事物,换个看法,其实却是不合理的。这就是一个很好的例子。顺便说一下,上文中《镜头设计工学》一书的作者――中川治平先生也是一名优秀的镜头设计师。他所设计的18mm f/3.5其实也是“凸透镜在先型”。或许,该书内容所反映的正是他在设计该镜头时经历的艰辛。