尼克尔镜头——“一千零一夜”故事

第五十八夜

No.58

对标准变焦镜头之探求

AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D

今晚,我要向大家讲述一款高变焦倍率的标准变焦镜头――AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D。

大下孝一

对万能镜头的探求

用于照相机的标准变焦镜头之历史,好比是探求变焦镜头的漫漫旅途。尼康的标准变焦镜头始于第4夜中所介绍的变焦尼克尔自动43-86mm f/3.5,此后经过35-105mm、35-135mm,变焦倍率逐渐增大。1985年,35-200mm f/3.5-4.5问世(曾在第47夜中介绍过)。若能扩大覆盖的焦距范围,便能拓宽镜头的拍摄领域,也越能接近万能镜头。当时的变焦镜头虽增大了变焦倍率,却也付出了代价;伴随而来的是缺点,其中之一就是至近对焦距离。例如,35-200mm镜头的至近对焦距离为1.6m。35mm焦距时的1.6m对焦距离充其量只能竖拍全身人像。姑且不论远摄端,即便是在广角端,想要靠近拍摄对象也无法实现。因此,这是一款在使用上具有诸多限制的镜头。然而,设计师们对增大变焦倍率的热情并不因此而衰减,一家其他公司终于在1980年代末开发出一款28-200mm镜头。

对更广角化的探求

如上所述,开发高倍率变焦镜头是1990年代的重要开发课题。在尼康当然也出现了要超越35-135mm和35-200mm的标准变焦镜头设计计划。被任命负责设计的就是本连载的合作人――佐藤治夫先生。

佐藤先生和我同年进入尼康,年轻时我们几乎每周都结伴去拍照,逛二手相机店。那时,我们常在设计工作之余对以往的尼克尔镜头性能通过仿真进行确认,对拍摄结果与色差作比较和讨论。佐藤先生从当时尚未退休的脇本、清水先生等前辈设计师处听到了众多设计时的艰苦经历,也是吸收了各位前辈知识较多的一个人。

据说,计划部门起初的提议是要开发一款外形更小、性能更高的28-200mm镜头,而佐藤先生对规格却持有另一想法。当时,在尼克尔镜头阵容中已有一款24-50mm广角变焦和一款28-85mm标准变焦镜头,但新闻摄影人向我们提出了这样的要求――“24-50mm的远摄端性能不足,而28-85mm的广角端性能欠佳。能否让24-50mm镜头在50mm端实现更长的远摄距离?”。凭自身的经验,佐藤先生也有这样的愿望:一款旅游时携带的镜头,其规格为广角端至少需要24mm;因为在有些情况下无法靠近拍摄对象,所以远摄端也至少需要100mm。他已暗自在脑海里酝酿起这一构一款镜头,仅靠这一支镜头便能满足旅游摄影时的多种需求。于是,他找科长面谈:“请批准我以24-120mm的规格展开设计!”。的确,与28-200mm、7.1倍变焦的规格相比,该规格在变焦比率上要逊色5倍。但是,实现24mm的广角端比实现200mm的远摄端更具影响力,何况用户已有这样的需求,所以佐藤先生才恳求以24mm广角端的变焦规格来展开这次设计工作。

通常,在扩大变焦镜头覆盖的焦距范围时,广角端的设计难度远远超出远摄端。科长批准了佐藤先生的请求,“好吧,那就先以24-120mm展开设计,但如果探讨一阵子后没有眉目,务必将规格改回28-200mm。” 就这样,24-120mm的开发工作起步了。

24-120mm f/3.5-5.6

图1

设计出的24-120mm镜头截面图如<图1>所示。变焦类型为凸-凹-凸-凸的4组变焦。变焦镜头大致可划分为两种类型:第1透镜组整体为凸透镜的“凸透镜在先型”和第1透镜组为凹透镜的“凹透镜在先型”。两者分别具有如下特征:凸透镜在先型有利于实现较高的变焦倍率,而凹透镜在先型则有利于实现广角变焦。虽然变焦结构与第47夜中介绍的AI 35-200mm基本相同,却巧妙地采用了多种手法来克服凸透镜在先型不利于广角变焦这一缺点。

手法之一是缩短总长度,此举的目的还在于实现镜头的小型化。要将24mm这样较宽视角的光线导向像场,如不缩短镜头总长度,第1透镜组和第2透镜组便会过于庞大而无法组成镜头。而从校正色差的观点来看,视角越大,各透镜组的镜片数就越多。佐藤先生依靠2片非球面镜片摆脱了这一困境。第4透镜的非球面镜片主要用于校正广角端的畸变,并有效抑制了第1透镜组、第2透镜组镜片数量的增多。第13透镜的非球面镜片起着校正第4透镜组产生的球面色差和彗形像差的作用。与35-200mm相比,第4透镜组的结构从5组6片减少为3组4片。就这样,该手法在校正色差的同时也缩短了镜头的总长度。

另一手法在于对焦机构。以往的变焦镜头几乎都是通过伸出第1透镜组来进行对焦的。如第47夜中所述,这些镜头或是第1透镜组的体积过大,或是不得不以相当长的至近对焦距离来作出妥协。在该情况下就需要巧用“对焦凸轮”。这款24-120mm镜头通过移动第2透镜组进行对焦。第2透镜组对焦方式具有广角端对焦组之移动量小的优点,因此无需增大第1透镜组体积即能获取较短的至近对焦距离。然而,对于相同的对焦距离,第2透镜组对焦方式在广角端和远摄端的延伸量要相差好几倍,所以在对焦于近距离时,每次改变焦距都会产生失焦现象,导致镜头不易使用。解决这一问题的正是对焦凸轮。该凸轮配合变焦凸轮起着校正近距离失焦的作用。非球面镜片和对焦凸轮这两项技术实现了24-120mm的焦距范围和0.5m这一实用的至近对焦距离。

就这样,佐藤先生通过灵活运用当时的技术设计出了这款24-120mm镜头。

镜头的描写特性

接下去让我们来看看这款镜头的描写特性。这款镜头的特征之一在于其具有良好的像场均匀度。因此虽为5倍变焦,却在任一焦距拍摄时都能保持整体画面没有严重的图像劣化。这款镜头体现出了“校正场曲和像散为照片摄影镜头之本”这一佐藤先生对于镜头的设计理念。在35mm~70mm焦距时,整体画面分辨率较高,但可以发现彗形像差仍有残存,而且对比度略低。我却认为这种描写特性有其韵味,可在拍摄时有效利用。若要获得高对比度、清晰的图像,建议您收缩2档光圈。

另一特征在于畸变(失真)。该镜头在24mm焦距时出现桶形失真,在120mm焦距时出现枕形失真。这与其他普通镜头相同。但是,在28~35mm焦距时畸变较小,而在50mm左右的焦距时枕形失真则较大。这是实施镜头小型化所带来的不良影响之一。

范例1
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:24mm;光圈:f/11;ISO:200;光圈优先自动;自动白平衡
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范例2
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:45mm;光圈:f/11;ISO:200;光圈优先自动;自动白平衡
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范例1是用广角端拍摄的东京晴空塔。为了获取景深我将光圈收缩到了f/11,整体画面画质均匀,光源周围也很少杂光。图像描写富有透明感。

范例2是用50mm左右的焦距拍摄的路边梧桐。因为焦距处于分辨率的范围之内,所以呈现出清晰的描写效果。拍摄时收缩了光圈,但画面四角仍有一些彗形像差的不良影响残存。本范例虽为轻微的半背光场景,却未出现扰人的杂光,拍摄出的图像画面紧凑。

范例3
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:70mm;光圈:f/8;ISO:640;光圈优先自动;自动白平衡
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范例4
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:120mm;光圈:f/10;ISO:200;光圈优先自动;自动白平衡
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范例3是用70~85mm左右的焦距拍摄的内藤新宿的太宗寺·不动堂。因为只收缩了1档光圈,所以背景中的高楼处于景深范围之外,导致产生了轻度失焦,但不动堂外围的雕刻以及木头的质感表现得不错。

范例4是用远摄端120mm拍摄的晴空塔顶端。这虽是一款焦距包含24mm的标准变焦镜头,却无需更换镜头即能拍摄这样的特写照,这便是该镜头的特长。正如佐藤先生之言,这款镜头的规格能在旅游时大展身手。

作例 5
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:45mm;光圈:f/6.3;ISO:200;光圈优先自动;自动白平衡
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作例 6
照相机机身:D700;镜头:AI AF尼克尔24-120mm f/3.5-5.6D IF;焦距:120mm;光圈:f/11;ISO:200;光圈优先自动;自动白平衡
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这款镜头还具有至近对焦距离短的特征。在整个焦距范围内都能靠近到距离拍摄对象0.5m,因此,这一款镜头便也能拍摄微小物体或花卉。范例5是用50mm左右的焦距拍摄的花卉照片。清晰对焦处得到了良好的再现,但背景散焦中出现彗形像差的影响,散焦的下方边缘较为刺眼。就变焦镜头而言,要在整个焦距范围内都展现良好的散焦效果比较困难。这款镜头被设计为当焦距处于85~120mm之间时能展现出良好的散焦效果,因此在需要发挥散焦效果的情况下,建议尽可能使用远摄端进行拍摄。

范例6是用120mm焦距拍摄的仙客来特写照。清晰对焦处与散焦部分的连接相当自然,且虽为背光照却少产生杂光,再现出平滑的色阶。

正如设计师所期待的那样,开发出的24-120mm是一款能应对多种场景的镜头,并成为了尼康具有代表性的镜头之一。后经不断改进,于2003年在镜头内部装载了宁静波动马达(SWM)和减震(VR)系统,成为AF-S VR变焦尼克尔24-120mm f/3.5-5.6G。2010年,在整个焦距范围都实现了f/4,变成一款更亮、更易于使用的镜头――AF-S尼克尔24-120mm f/4G ED VR。虽然这些镜头的设计师已各不相同,但即使是后来的镜头也还继承着佐藤先生对于24-120mm的期待和设计理念。而且,我相信对于镜头的探求这一设计师们的热情定能以后一代镜头的形式开花结果。