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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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变焦镜头的未来?  

2014-12-13 13:23:53|  分类: 摄影小札 |  标签: |举报 |字号 订阅

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喜欢一点照相的人,对于世界上几大相机和镜头名厂那是如数家珍,C家、N家、P家、O家,各家都用粉丝,为了偶像可以打成一团糟。其实更厉害的镜头大家还 不是这些,而是Zeiss、Rodenstock、Schneider这些。不过这些德国厂家现在非常小众,Rodenstock不大活 跃,Schneider被韩国三星收编了,和Sony旗下的Zeiss或者Panasonic旗下的Leica差不多了。“真Zeiss”还在蹦 达,Hasselblad用的就是Zeiss镜头,还有为各家单反适配的第三厂家镜头,不过Sony傻瓜上的Zeiss就只有哈哈了,Panasonic 傻瓜上的Leica也是一样。“真Leica”的名气大,不过镜头技术实际上墨守成规,守着几个传统设计的定焦,当珠宝玩赏不错,当work horse镜头使用就悲剧了。



Canon、Nikon这样的镜头家族是传奇式的



Sony、Pentax的镜头也很成气候


就连不大看好的Olympus 4/3这样的后起之秀也不可小视了

定焦镜头依然是光学质量的极致,但从实用来说,变焦镜头已经成为绝对主流,部分专业级变焦镜头已经在光学质量上不输定焦镜头了。但没有例外地,所有现在市 场上的变焦镜头统统是机械变焦的。也就是说,通过沿光学轴线改变镜片组支间的距离,来改变焦距或者放大倍数。典型变焦方式有旋转式和推拉式。旋转式通过转 动变焦环驱动螺杆机构,实现镜片组的前后移动。推拉式则直接推拉,驱动镜片组的前后移动。


Canon 28-300L是典型的旋转式变焦,图中手指位置正是变焦环。这是“内变焦”,最前端的镜片是固定的,移动的镜片组在镜筒内部前后移动,这样没有暴露于空气的缝隙,不易进水进灰,但结构复杂,重量和成本都高


Canon 24-70L镜头也是旋转式变焦,但最前端随变焦伸缩,内外镜筒之间的间隙暴露于空气中,容易进水进灰


第一代Canon 100-400L就是推拉式,这个位置已经推到最远,暴露出内镜筒。推拉式必定有暴露于空气的缝隙,推拉动作像打气筒一样,容易进水进灰,而且镜筒指向天 空或者地面的时候,重力作用会使得外套筒自然滑动,这种zoom creep很恼人,尤其是用于三脚架拍摄的时候


旋转式变焦不是简单的螺杆,而是非常复杂的不规则导轨

但机械变焦不仅结构复杂,而且重量较大。更重要的是,变焦直接导致镜片组数量的增加,必须用不同的镜片组矫正在远端、中段和近端的各种变形、色差和其他光 学畸变,而镜片书增加本身又带来新的光学畸变。镜片与其他介质(包括空气和其他镜片)之间的界面越多,折射、散射等光学畸变问题就越大,眩光、色散什么的 都来了。所以从纯光学角度来说,镜片书越少越好。有名的Zeiss Tessar镜头就是异常简单的四片组,原始设计是1902年完成的,到现在依然是中焦距(35毫米成像时40-50毫米焦距样子)定焦镜头的完美典范。 100年来,镜片、光学理论大大发展了,但完美就是完美,不可能比完美更完美。相比之下,Canon的70-200/2.8L IS2具有19组23片镜片。

多少年来,镜片数增加被看成天经地义的,这是necessary evil。但是美国桑迪亚国家实验室最新的专利可能改变未来变焦镜头的设计。桑迪亚是洛斯·阿拉莫斯、劳伦斯·利弗莫尔等齐名的国家实验室。洛斯·阿拉莫 斯和劳伦斯·利弗莫尔以核武器研究为主,桑迪亚则是非核研究,内容非常广泛,从计算生物学到新能源,从心理学到感知科学,无奇不有。显然,他们的研究还包 括光学,其中一项最新专利就是用液晶来改变焦距。

变焦镜头的未来? - 晨枫 - 晨枫小苑
 人眼也变焦,不过不是通过镜片组的前后移动,而是通过改变镜片的曲率,来移动焦点

人眼也变焦,所以我们可以从天际线一直看到鼻子底下。队列操的时候可以用“眼角余光”看到旁边的人的位置,但眯缝起眼睛、盯着远方看的时候,实际上视角很 小。这就是变焦一样的道理。不过人眼变焦没有机械变焦这样的镜片组前后移动,而是通过眼肌改变角膜形状,移动聚焦点。桑迪亚的新专利也是一样,用电控液晶 改变“镜片”形状,达到变焦的目的。具体来说,镜头前后依然采用传统光学镜片,但贴敷着两片直径0.75英寸(约20毫米)的液体聚合物镜片。液体聚合物 镜片用特制薄膜密封,在超声波作用下,铅制螺丝前后移动,改变薄膜形状,控制液体聚合物镜片的弯度,达到变焦作用。桑迪亚已经用这个原理制成狙击步枪的变 焦瞄准镜,变焦可在250毫秒内完成,精度达到100纳米。作为变焦瞄准镜来说,狙击手可以迅速从宽视场搜索状态转入窄视场精确瞄准,最关键的是整个过程 不需要手离开扳机,不影响连续跟踪和瞄准。桑迪亚的设计还考虑了电池断电的情况,这是镜片不至于“垮下来”,而是固定在一个形状,相当于定焦瞄准镜。


采用液体聚合物变焦镜片的狙击步枪瞄准镜在测试中

对于相机镜头来说,液体聚合物变焦也具有重大意义,可以极大地减少镜片而实现相同的变焦效果。这不仅降低重量、体积,还大大降低了成本。对于DC甚至手机 镜头来说,取消机械变焦的意义更大。手机镜头已经有一些具有变焦能力了,不清楚是否采用机械变焦,个人估计是数字变焦,也就是用截取较小的成像区域模拟拉 长焦距的效果。对于手机照相来说,能看个大概就算达到目的了。但要是采用液体聚合物变焦,光学质量有望大大提高,而重量并不显著增加。对于DC,变焦也是 一个老大难问题。变焦倍数可以做得很大,但一般都是用按钮或者拨杆电控变焦,动作不连贯,难以精细调节,而且反应很慢。同样,液体聚合物变焦可望大大改善 变焦性能。

光学是物理科学里最古老的分支之一,文艺复兴之前,阿拉伯人已经发现了针孔成像的原理,Zeiss Tessar镜头到现在依然是光学极致,但新材料和电控技术的结合可能是这古老的科学爆发出新的活力。如果光学质量足够高,卫星、航摄都可以使用。最重要 的是,千百万拍照人有福了!
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