Technology&Philosophy

技术与哲学

vol.1

镜头的设计理念

开发一款新的尼克尔镜头,你通常怎么做?

开发统括部佐藤

通常,设计部和市场部的主要成员聚在一起,构建一个长期计划的框架,以此作为镜头研发的基点。也有一些尼克尔的开发始于一些金点子,比如专业设计者的想法或者客户的评论,最终变成实际的产品。

佐藤 治夫 (Sato Haruo)

株式会社尼康 影像业务部
开发统括部

1985年进入日本光学工业株式会社(现株式会社尼康),被分配在光学设计部门。主要从事照相机镜头的设计工作。其代表性开发产品有AF-S DX尼克尔18-55mm f/3.5-5.6G、AF-S尼克尔35mm f/1.4G和AF-S 58mm f/1.4G。在从事光学设计的同时还正在尼康网页上连载收录了尼克尔镜头性能评估、前辈设计师们的逸闻和传记的尼克尔镜头“一千零一夜”故事。兴趣爱好为拍照、收集照相机以及演奏乐器。

58mm镜头的开发模型如何?

开发统括部佐藤

我们思考了好一段时间,认为尤其是我们的标准镜头阵容应该用一些在画质和解像方面具有新想法的镜片。这些镜头的开发始于设计部的一些想法。58mm镜头的处理,先是提前设计,然后完成初期的基本功能,接着是落实设计理念和光学能力,最后获得公司管理高层的赞同,朝商业化的方向发展。

所以你可以说它的开发是基于研发者的理念?

开发统括部佐藤

说58mm镜头不是那种最近一两年忽然想出来的东西。我在思考理想摄影镜头的时候,就想到了58mm镜头。学生时代我就想过这款镜头,至今差不多30年了。一加入尼康,开始在这里工作,曾经的梦想变成了现实。
决定作58mm f/1.4的原因是我觉得它进入商业化的时机已经到了。我觉得时机正确是因为在用35mm f/1.4镜头作了种种尝试以后。

那么究竟是这款镜头的什么地方让你一直思考了30年?

开发统括部佐藤

这一切起初是因为我对于在学校学到的那一套评估相机镜头的方法不满意。对常用的摄影镜头的传统评估方法从头到尾都是对平面——匹配拍摄对象身上对焦点的平面以及显示在画面里的平面——的评估。在尼康,我们想出了自己的一套评估。对象是三维而图片是二维的情况下,评估合焦点,通常是可能的。但是,当我想到虚化图片的连续取景能力时,我意识到应该有一种不同的评估方法。 摄影就是将三维对象压缩成二维画面的处理,所以我们必须考虑我们的偏好所在或者是什么构成一张令人愉悦的图片;换句话说,评估压缩步骤的光学方法。我们将焦外模糊称为“虚化”,当你失焦的时候,重要的是虚化是如何发生的。人们的看法是,如果只有对焦点是清晰,而周围区域一下子模糊,或者根本看不清是什么的一团糟,那么这是比较糟糕的。而如果虚化带有一定的光学深度,具有三维立体性的平滑感和韵律感,那么则是理想的,好的。我们相信理想的镜头在失焦的时候仍具平滑感与柔和感。 作为一个试验,我们考虑了类似像差平衡和镜头类型等参数,并将它们并入35mm f/1.4,然而即使这样,对焦点的锐度似乎偏向于纠正像差。这是一种偏好,但没有多少镜头在人像或者其他拍摄中不将对焦点描述的特别清晰的,但我们宁愿具有出色的三维解像能力,可以描述一切。我想要提供这种类型的镜头,所以我设计了58mm f/1.4镜头。我期望在发布后能看到大家是如何回应的。 AF-S 尼克尔 58mm f/1.4G

你希望人们会使用哪种类型的评估曲线?

开发统括部佐藤

我觉得,有MTF(调制传递函数)在二维平面上对其他高解析度的镜头进行评估。所以,不必只用一种判断方法,我希望人们会将这款58mm镜头看作一款“三维高保真镜头”。如果人们能如此感受,我会很高兴的。它可以让对焦点在尽可能锐的情况下同时依然拥有一个平滑,柔和的焦外虚化。你可以说剩下的原本致力于对焦点的设计力量已经转移到改进三维的平滑性上面了。 这款镜头还有另外一个特性。我之前提到的三维韵律对于无限远景深的拍摄对象非常有效。不过,你在处理拍摄对象无限远焦距的情况中,拍摄对象景深比较大,所以你可以将无限远等效成不限焦距的一个平面。在这种情况下,使用传统评估法来评定,有效性就大为提高,尤其是涉及锐度的评估。不只是说它的锐度有多么好,也许是因为,正如58mm镜头告诉你的,它承袭了 “暗夜之眼-尼克尔”(Noct-NIKKOR)的设计理念。我们设计的这款镜头在点光源图像上的表现出色,这也是“夜光之眼-尼克尔”设计的一个要点。镜头能克服画面边缘的矢状彗差重影,锐度高,具有逼真的再现能力。凭借58mm f/1.4这一款镜头,既可以描画无限远处的人物写真,也可以表现出近焦距物体的立体感。如果人们以这样的方式来评估,我会非常高兴。

现在我们正处于数码时代,变焦镜头已经占据了中央舞台。
你能告诉我们原因所在,以及研发变焦镜头的难点是什么?

开发统括部大下

变焦镜头为相当广范围的人在各种情形下使用。因此缩小他们的使用范围,成为特定区域的使用是不太可能的。这是研发变焦的一个困难。变焦镜头如此广泛的应用在数码相机上是因为性能上的大进步,也有操作的原因。我想可能一大部分原因是许多用户对于外出拍摄时候要更换镜头不是太赞成。附着在画面上的灰点问题在胶片相机时代也经常发生。但用胶片的话,影响只限于一两卷胶卷,可是如果灰尘是附着在数码相机的低通滤镜上,那么,除非被除去,否则就一直出现在画面上。使用变焦镜头的另一个另外优势是在你换焦距的时候不会耽搁你按快门。另外一个事实是,变焦镜头可以很轻松你拍出一套多组构图,这样在数码相机像素不高的时候,避免最后的剪裁。变焦镜头的出现是在定焦头后面的,性能进步起始于14-24mm变焦镜头的开发。这些变焦镜头的研发目标是超越14mm f/2.8D定焦头。尼康宣称14mm到200mm的镜头产品线都保持同样的研发目标和精神。被称为“大三元”的三款镜头(14-24mm f/2.8G, 24-70mm f/2.8G, 70-200mm f/2.8G) 在设计上基本可以用于很广泛范围的摄影。

大下 孝一 (Oshita Koichi)

株式会社尼康 影像业务部
开发统括部

1962年出生于广岛县。从儿时起就喜欢观看星星,并因此兴趣于1985年进入日本光学工业株式会社(现株式会社尼康)。最早担任的设计工作为用于NIKONOS RS的R-UW AF 28mm f/2.8镜头。此后担任过取景器、可更换镜头和用于COOLPIX照相机的镜头之设计工作,现在从事1尼克尔镜头的设计工作。由他设计的可更换镜头有AF尼克尔85mm f/1.4D IF和Ai尼克尔45mm f/2.8P。

带纳米结晶涂层的“大三元”
AF-S 尼克尔 14-24mm f/2.8G ED
AF-S 尼克尔 24-70mm f/2.8G ED
AF-S 尼克尔 70-200mm f/2.8G ED VR II

开发统括部佐藤

他们的诞生都有自己的时代背景。14-24mm f/2.8G镜头的出现是由于一个因素:找到一种新的非球形表面以及运用的好方法并将这种进步成果应用到非球面制造技术中。所以,非球面技术的进步是变焦镜头总体质量提升的另一个原因。

开发统括部大下

正是这样。变焦镜头需要更多的镜片,所以他们很好的利用了纳米结晶镀膜的长处,从而减少了重影或者炫光。

开发统括部佐藤

尼康刚好在数字革命前结束了“集成多层镀膜”的研发,所以在镀膜技术上的进步正逢其时。这就是为什么比之前的镀膜技术能更有效的抑制了重影与炫光。在光学设计的开发工具上也有了改进,这也迅速提高了变焦镜头的改进效率。
我想变焦镜头得以广泛使用是因为这些改进的规格,高性能,减小的体积以及较为合适的价格。虽然目前我个人主要致力于定焦头的研发,但从长远来看,我想我可能更多的还是参与变焦镜头的设计。对于设计,我的态度始终如一,不论面对的研发对象是什么类型的镜头,我唯一要做的就是为我的客户提供一流顶尖的光学镜头。举个例子,如果我在研发一款 28-300mm变焦镜头,那么我必须要在完全不同的环境下,根据 28mm和 300mm下的拍摄情况进行设计。这可能是一种真实的考验,但这也正是我对自己工作的热爱之处。

你们的变焦镜头产品线已经很全了,那么你们的下一个研发方向是什么?

开发统括部大下

我想可能是让变焦镜头更快,以及尝试将变焦倍率提升到接近标准镜头的程度。但是,我们准备一定要努力减小高能变焦的尺寸,降低其价格,这样让它们更贴近我们的生活。

开发统括部佐藤

我们也会往更大光圈或者更多远摄镜头方向走。大约是选择改进尺寸、重量、价格以及质量。

开发统括部大下

800mm研发的其中一个前提就是能够在飞机上使用。这正是技术要根据外部环境来前进的一个例子。

以最后一个问题结束吧!请推荐一款变焦镜头吧!

开发统括部大下

虽然已经停产了,我想我还是必须要说说AF变焦微距尼克尔 ED 70-180mmF4.5-F5.6D.这款变焦微距可以处理从远焦距到微距区域的拍摄,所以是一款有趣的拍摄镜头。我也推荐AF-S DX 尼克尔 18-200mm f/3.5-5.6G ED VR II. 具有高倍率变焦和防抖功能,所以你外出拍摄再不需要带另外的镜头来切换。常用于纪实摄影。

AF-S DX 尼克尔 18-200mm f/3.5-5.6G ED VR II

开发统括部佐藤

我会推荐 AF-S 尼克尔 24-120mm f/4G ED VR。我特别喜欢它的拍照能力。

AF-S 尼克尔 24-120mm f/4G ED VR

AF-S 尼克尔 24-120mm f/4G ED VR 拍摄范例

最后,请谈谈对于今后镜头发展方向的想法。

开发统括部佐藤

近年来,通过参与影像器材和新商品的开发工作,我感到与10年前相比,技术革新和提高性能要求的速度大幅度地加快了。这主要是由于设计(例如,电脑性能的提高及随之产生的软件的充实)取得了跨越式的进步。我们也运用了一切仿真手法,倾注全力于改进技术。 缩短从设计到发售的开发周期,并能大量生产出质量稳定的优良产品,这样的技术就是我们所取得的成果之一。凭借这样的技术,便能以较之功能相当优惠的价格提供高性能且高附加价值的镜头和照相机。在不久的将来,也许我们就能构建起只通过仿真就能完成所有试制并立即投入生产的体制。 另一项成果是我们已能进行全方面的光学分析,以前这可是即使想做也力不从心的。对鬼影、杂光的详细分析就是其中一例。不知大家是否注意到,最近10年,镜头的鬼影现象明显比以前减少了。无疑,纳米结晶涂层等高性能防反射镀膜得以成功开发也是原因之一,但镀膜涂层是对已经产生的鬼影和杂光进行消除。提高利用光学手法防止鬼影产生的精度以前曾相当困难,但依靠最近的仿真技术我们已能进行高度的光学分析,其成果在新的尼克尔镜头中也得以了体现。 另一个例子是刚才提到的,在AF-S 58mm f/1.4G的开发过程中确立起的设计方法。以往的评估可谓是二维对二维的方法,但将来,在这款58mm镜头的设计过程中培养出的三维评估方法的时代将会来临。提高清晰对焦部分的锐利度是我们永久的目标,但仅在这方面的努力还是不够的。在即将到来的时代里,视频短片会更接近我们的生活。而且,用于静止图像的设备和用于短片的设备之间的边界会更进一步地消失。那时,只考虑清晰对焦部分所设计出的镜头究竟能拍摄出怎样的效果?在视频短片中经常会将从失焦到清晰对焦的过程拍摄成影像,且拍摄对象的立体感和质感对影像产生的影响很大。这正是将来我们必须考虑的主题之一。我们有必要去确立新的光学设计方法并思考新的评估方法。无法通过仅考虑平面的MTF和分辨能力进行表达的时代即将到来。我们必须看准时代的趋势并踏踏实实地准备起来。

开发统括部大下

现在许多人已能用智能手机拍摄出精美的照片,因此用户对照相机和摄影镜头的要求水平也日益高涨。要满足这些要求相当困难,但与此同时,我们认为智能手机之普及所带来的“摄影文化的扩大”也是一个大好时机。通过智能手机初入摄影世界的用户在使用尼康照相机时会采用怎样的影像表现手法,一想到这就会让人兴奋不已。正因如此,我们的产品必进化才能更轻易地拍摄出更精美的影像,并对用户的感性要求作出直接回应。 镜头今后的进化方向与以往相同。首先,要能拍摄出以往无法拍摄的影像。其次,要能拍摄出更加鲜明、更加精美的影像。再有就是要更易于操作。 以往无法实现的影像表现手法很多,佐藤先生通过58mm镜头实现的那种散焦效果就是其中之一。此外,想要用更宽的视角进行拍摄、想要拍摄相距更远的拍摄对象、想要对拍摄对象添加变形效果、想要进行放大拍摄,等等,我们力求不断满足用户的这些要求和期待。尼克尔拥有众多世界最早的镜头。例如,实现了正投影的OP鱼眼镜头、专用于水下拍摄的UW尼克尔、PC镜头等。这些镜头群都是出自我们“想要实现以往无法拍摄的影像表现手法”的愿望。对新事物的挑战也可谓是尼克尔精神之一。 设计能拍摄出更鲜明、更精美影像的镜头是光学设计师永远的主题。在画面的所有部分都能获得高分辨率的镜头就是其中之一,但唯有这一点还不能算是可以拍摄精美影像的充分条件。佐藤先生所说的包括散焦部分的三维描写性能也好,优良的色彩还原性能也好,我们都会去不懈追求。还有,如果背光拍摄时出现杂光和鬼影,使影像显得不清晰,那就算不上是精美的描写。尼康曾开发并在多款镜头中采用了能大幅度减少杂光和鬼影的纳米结晶涂层,今后也会为了精美的描写能力而不断实施技术开发。 最后,我们还要让镜头要更易于操作。性能再高,如果与用户需求不匹配那就没有意义。比如在重量方面,采用菲涅尔相位(PF)透镜的300mm f/4镜头改变了远摄镜头既大又重的以往概念。同样,我们今后也要制作出体积更小且便于使用的产品。我们发售的AF-S 24mm f/1.8进一步充实了f/1.8系列的定焦镜头阵容。虽然该f/1.8系列镜头比f/1.4镜头暗2/3档,但不仅价格便宜许多而且重量也很轻。希望今后也能同样开发出这样的高性能且可让众多用户使用的产品。敬请大家期待今后的尼克尔镜头。