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基礎光學結構解析:Distagon/Biogon/Hologon [複製連結]

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發表於 2014-4-21 20:33:39 |顯示全部樓層 | 字體大小
原文

接下來要介紹的是三種結尾都是"gon"的結構
"gon"是從希臘文"gonia"(angle之意)而來,用來表示較廣的視角

首先是Distagon

標準鏡(Standard lens)通常指的是焦距大約等於該片幅的對角線長 (43.3mm in 135 and 28.4mm in APS)
如果焦距約略等於片幅的長邊通常稱為moderate wide-angle lenses
焦距介於片幅短邊和對角線的一半之間則稱為super wide-angle lenses
焦距更短的則是extreme wide-angle lenses

Moderate wide-angle lenes還可採用傳統的Tessar或Planar設計
但視角更廣時就必須採用新的設計來解決邊角的像差和斜射問題

廣角鏡在設計上最主要的限制在於最後一片鏡片和焦平面間必須保留一個給機身必要結構的空間
對於具備反光鏡和測光結構的SLR來說尤其重要

最原始的廣角鏡是在標準鏡前加上能夠發散光線的凹透鏡
到了1950年,Angénieux和Carl Zeiss Jena幾乎同時發表了應用相同原理的SLR廣角鏡,分別稱為"Retrofocus"和"Flektogon"
而在1952年Carl Zeiss也跟進推出了"Distagon"("distance"+"angle"),用來表示具有長鏡後距離的廣角鏡

逆望遠的結構破壞了原本像差修正良好的對稱結構
因此彗星像差、變形和側向色散成為了必須要解決的大問題,這些在幾乎沒有電腦可輔助的1950年代是很大的挑戰
直到1970年代中期,電腦和鏡片材質的進步才實現了3.5/15、1.4/35和1.4/25等高規格的SLR廣角鏡(但畫質顯然跟現代鏡差很多)
而目前逆望遠結構已經是非常重要的設計,特別是針對廣角和大光圈的需求
但同時也會付出複雜結構和高昂成本的代價

逆望遠的設計不僅限於廣角鏡上,當鏡後距離大於焦距或是要盡量減少邊角的斜射光時也是使用的時機
(近期的Otus 1.4/55跟Sigma 1.4/50 Art也都是)

再來舉了幾個例子說明早期的逆望遠設計因為側向色散修正不好而大幅影響畫質
因為要鋪梗宣揚C/Y Distagon 2.8/21的威猛成就(我們都知道這是顆傳奇鏡頭)
作者認為這是顆至少跟最好的對稱性設計一樣好的鏡頭(我想除了變形外大概大家都同意)
也順帶提了近期的Distagon 2/25,認為其特殊的消色散鏡片讓色散修正雖然還差2.8/21一點但也幾乎是看不出來
(但Photozone和DxO的測試都認為2/25的側向色散更低)
非球面鏡(2.8/21沒用)讓變形不再是波浪形(2.8/21的阿基里斯腱)
浮動鏡組也讓近距離的畫質遠勝過早期的2.8/25

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若相機的設計不需要太長的鏡後距離,就可以用精簡的對稱性結構達到很好的光學表現
最早的Biogon出現在1936年,由Ludwig Bertele為Contax RF設計的2.8/35
當時的"Bio-"和現在常用的字義不同,用在這裡主要是想表達可應用在高動態攝影 (因為相對大的光圈提供更高的快門速度)

後續在1950年代Ludwig Bertele再設計了一系列傳奇的Biogon
這些Biogon的最大光圈都是f/4.5,分別應用在不同片幅 (35mm、6x6、6x7、6x9... etc),但主要是RF相機和少數的特殊相機
因為Biogon兼顧了廣視角和出色畫質而在當時引領了廣角攝影的風潮 (1956年的4.5/21也僅比現有的C Biogon 4.5/21 ZM稍差一些而已)

Biogon之所以為人稱道不僅止於出色的對比和細節描繪,藉由對稱性結構的特性也把變形幾乎抑制到完全消失
4.5/21的變形量小於0.1%,但在當時同視角的逆望遠設計卻高達2-4%
也因為這樣出色的畫質表現,讓有人甘願接受不便的操作而用Biogon搭配SLR

現代的Biogon為了相機的測光結構而加長了鏡後距離
原始的4.5/21鏡後距離僅9mm,但ZM都至少有15mm以上
也因此新的Biogon在變形抑制上反而不如以往,但仍算是很好的表現 (其實我覺得有些實在不能算很好,像2.8/21 ZM跟2.8/25 ZM都近1%)
隨著這樣的改變,目前的Biogon和Distagon已不像以往壁壘分明
ZM 15mm和18mm甚至都改稱Distagon,但其實這兩顆Distagon和一般SLR的Distagon還是大不相同 (又是一個不能顧名思義的例子)

我們可以簡單地從鏡頭外觀來推測鏡頭的基礎設計
若某一鏡頭的入射瞳 (從鏡頭前方往內看的光圈大小)和出射瞳 (從鏡尾往內看的光圈大小)
相同或相近,則此鏡為對稱性結構 (例如2.8/28 ZM分別是9.9/10.9mm)
逆望遠結構會讓出射瞳明顯大於入射瞳 (例如2.8/21是7.5/22.6mm)
反之則是如同Sonnar一樣縮短鏡後距離的望遠結構

也因為光圈值等於出射瞳直徑和出射瞳到焦平面的距離
所以同光圈值的鏡頭出射瞳越大也就代表出射瞳到焦平面越遠,入射光線的角度也就越小,意即遠心式設計(telecentric)

遠心式設計可盡量減少數位感光元件對於邊角斜射光的適應問題
但此類設計也無可避免會需要相對大的接環直徑

Biogon的鏡後距離相當近,邊角斜射光的情形比起Distagon也明顯許多 (Distagon的邊角入射角幾乎不大於20度,但Biogon卻可能高達45度)
因此會帶來幾種影響:
1. 邊角失光無法因縮光圈而有明顯改善
2. 數位感光元件需要特殊的微透鏡才能利用邊角斜射光
3. 更重要的是斜射光會對感光元件前的任何濾鏡都相當敏感
就算只是厚度些微改變也可能大幅影響邊角畫質(這應是Sony A7使用對稱性廣角鏡會邊角崩壞的主因)
(原文接著舉例說明不同的感光元件設計所可能對MTF造成的巨大影響)


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1966年問世的Hologon同時擁有著110度的超廣視角、完全零變形和高水準的邊角畫質
因而成為攝影史上的一代傳奇

近年來也不斷有攝影迷要求Zeiss能夠再版Hologon
但Hologon的邊角入射角高達55度,如前所述我們知道在目前的數位機身是不可能使用的
(在特殊的APS機身如Ricoh GXR M mount是還勉強可用,但已經失去了應有的超廣視角)

Hologon之名來自希臘文的"Holos",意即everything/complete之意
原始設計僅三片鏡片,但對於生產的精密度要求卻極高,導致低量高價
因此到了Contax G的版本則改為五片鏡片的"簡化版" 本帖最後由 Calatravayang 於 2014-4-21 21:19 編輯

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發表於 2014-4-21 21:45:05 |顯示全部樓層 | 字體大小
這個是節譯吧。
原文有寫很清楚 SLR用對稱結構的廣角是1946年Roossinov發明。
小弟覺得重要關節點,不應該略去比較好。
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發表於 2014-4-21 22:11:55 |顯示全部樓層 | 字體大小
LINCOLN 發表於 2014-4-21 21:45
這個是節譯吧。
原文有寫很清楚 SLR用對稱結構的廣角是1946年Roossinov發明。
小弟覺得重要關節點,不應該 ...

確實不是完整的翻譯,如有遺漏還請見諒
建議有興趣的朋友詳讀原文
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