從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

設計 定焦鏡頭 玩機小胖 2019-04-06

從廣義來看,即便是單個折射球面也能成像(比如放大鏡),但實際光學系統一般要求能對有限大小的物體以寬光束成像,因此需要若干透鏡以嚴格設計來校正各種像差(尤其是高級像差)。在空氣介質對特定光波段(比如可見光波段)進行成像時,光學系統的視場中心理論極限分辨率在相對孔徑確定之後也就確定了,能達成多少百分比幾乎完全取決於像差校正。

所以,實現較大F制光圈的設計並不麻煩,1960年代就已經有F1.2級別的標準鏡頭,採用的是經典的雙高斯結構:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

雙高斯設計的優點在於小半徑的面處於收斂的光束中近於不暈的位置,便於校正球差,對稱結構也能自動校正垂軸像差,膠合面校正色差,因此直到了今天,很多大光圈標準鏡頭也依然是基於此設計而來。但在數字時代飛速進步的時代背景下,它的光學設計優點漸漸顯得沒有特色,甚至可以說校正幅度不足,已經變成了缺點,因此才漸漸引入了新的設計思路,比如蔡司Otus55、適馬50ART等鏡頭採用的反望遠設計:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

本質上是採用了前置負鏡+後置Sonnar的設計思路,也有像RF50mm F1.2這種糅合型設計,綜合來看優點是性能強大,缺點是體型笨重。

但對於M43來說,小像場賦予了它敢於突破的底氣,25mm F1.2在足足有19片鏡片的情況下體重也只有410克,同為短法蘭距的無反鏡頭,15片鏡片的佳能RF50mm就有950克;直徑70mm/長度87mm也比RF50mm的直徑89.8mm/長度108mm要小巧許多。這主要因為鏡頭焦距、相對孔徑和視場角之間存在相互制約的關係,當複雜程度大致相當的情況下,提高任意一個就會降低另外兩個。

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

同樣的焦距下M43視場角僅為全畫幅的一半,像場面積為1/4,而此時相對孔徑就會隨之增大。並且因為等效焦距的關係,鏡片尺寸可以做得比較小(25mm F1.2入瞳孔徑只有50mm F1.2的一半),所以在設計空間相對不受限的情況下,小像場的體型優勢使得它更容易堆料,也更容易做高F制光圈的鏡頭(比如俄羅斯產GOI CV 20mm F0.5像場直徑只有2.9mm,再比如尼康品牌最快的量產鏡頭TV-Nikkor F0.95,像場直徑也只有12.6mm。當然,還是那句話。如果單純只追求大光圈,APS-C也能做出40mm F0.85這種規格的產品,而且是來自國產品牌)。

堆料自然是為了實現更好的成像素質,簡單來說就是減少各種高級像差,所以奧林巴斯的F1.2三巨頭紛紛都採用了相當驚人的設計,特別是25mm F1.2:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

簡單一個詞就是:豪華。但問題在於這個3片ED的組合並沒有很好地消除色差,從結果來看就成了浪費:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

與同樣採用3片ED的適馬50ART相比,色差控制要差不少(即便是50ART在這方面也有浪費材料的嫌疑),軸向和倍率色差控制一般,也明顯沒有有效消除二級光譜(沒有具體鏡片規格,不然還可以算一算),再加上內部有大量膠合和不易定心的鏡片設計,所以它的良率不會太高,公差也不會太小。但也還就是因為M43小尺寸的優勢,讓它有成本空間去折騰,而且最終定價相對來看也不會很誇張。

下面是25mm F1.2的色差實拍:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

哪怕不需要放大,也不難看出它的色差控制很一般,焦內和焦外都會出現比較明顯的紫色和綠色邊緣,與採用傳統雙高斯結構的佳能EF 50mm F1.2差別不大。不過如果單看鏡頭MTF,在M43的25mm標準鏡頭裡算是相當出色的,縮小到F2.8中心部位50lp/mm也能到MTF80以上,F1.2全開時也有MTF50左右,與適馬50ART幾乎相當。不過在級聯傳感器後,銳度表現就相對一般了:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

再加上M43本身的像素總數相對較低,所以細節呈現力一直不算是它的優勢。與此同時,25mm F1.2的19片鏡片意味著透光率的大幅下降,T值只有1.8左右(減少了1檔多),50ART則有T1.6,所以它的真實速度並不能達到F1.2的水準:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

同為ISO 200,上圖為全畫幅50mm F1.2快門速度1/6400秒,下圖為M43 25mm F1.2快門速度1/4000秒。

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

可以看到除了白平衡有一點差別之外,輸出亮度幾乎一致,所以這也是堆料引發的問題之一。除此之外因為反射面增多(足足有38個!),眩光也會成為一個大問題,逆光拍攝時會相當明顯,雖然有不少人還挺喜歡這種效果,但前提是足夠規整,25mm F1.2的眩光可沒那麼好看。

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

那麼,為什麼在這種情況下,奧林巴斯對大光圈定焦還會採用這種複雜設計?背後還有一個重要原因——遠心設計。

什麼是遠心?這裡的“心”實際上指的是鏡頭的出瞳與入瞳,這個概念我在不下2篇文章裡仔細說過,在這裡就不重複了。遠心又分物方遠心、像方遠心和雙遠心三種,其中物方遠心設計就是將入瞳位置設計在無限遠處,這個設計意味著所有通過光闌的光線都是平行於光軸入射,因此無論物面在哪個位置,放大倍率都是固定的(當然現實設計只能在有限物距內實現),沒有透視視差:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

而且也幾乎沒有畸變,景深內外的邊緣判據很明顯。但缺點也顯而易見:要拍多大的物體,就得用多大的口徑的前組,所以它並不適用於常規照相機系統,物方遠心設計的主要應用領域是機器視覺工業檢測,可以很大程度的增加生產效率。

而奧林巴斯的設計方向是像方遠心,也就是出瞳位於無限遠處,鏡頭出射主光線以近乎平行光軸的方向抵達傳感器:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

這個設計的最大優點就是理論上可以消除漸暈,整個畫幅無論中心還是邊緣,光線近乎垂直抵達,軸外像差影響變小。主要應用方向有大地測量儀等,通過測量已知高度物體(比如標尺)的像高來求得放大率,從而得出物距。而像方遠心的問題是鏡頭直徑隨孔徑增大而增大,但好在M43本身視場小且實際焦距短,做起來更有優勢一些,但為了實現像方遠心,需要把光闌放置到物方焦平面上,鏡片組合的複雜度會明顯增大,這也是奧林巴斯F1.2三巨頭結構繁複的原因之一。

但就像堆砌了大量高級材料卻沒有獲得相應水平輸出一樣,雖然奧林巴斯官方比較強調遠心設計這一點,但實質上它的成像特性並沒有達到像方遠心的應有素質,比如它的暗角、口徑蝕等問題就依然很明顯:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

並不比50ART強多少,即便是在有機內校正的情況下。所以它並沒有很好的利用遠心設計,讓大量使用的鏡片變得有些徒勞。事實上特別是在無反時代,很多定焦鏡頭都有近似像方遠心的設計傾向,目的主要讓邊緣主光線以儘量垂直於傳感器的角度出射,比如佳能RF鏡頭就幾乎都配備了大口徑末組設計來滿足這一需求。因此,嚴格來說奧林巴斯也並沒有採用完整的遠心設計思路,也只是部分借鑑而已。

F1.2的虛化則是奧林巴斯花了較大篇幅來重點宣傳的特性,但畢竟它的等效光圈並不大,物距為50cm時,M43+25mm F1.2的總景深為1.36cm,而全畫幅+50mm F1.4只有0.76cm,要把光圈縮小到F2.4景深才會一致。不過25mm F1.2的最近對焦距離很近,拍拍小品可以獲得相當不錯的效果:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

而且,景深幅度並不完全代表虛化效果的好壞,在此基礎上決定虛化效果主要是球差表現和不同位置的光圈形狀呈現,好在它們可以直接通過背景光斑來進行觀測:

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

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奧林巴斯的F1.2定焦三巨頭官方數據全都採用欠校正球差設計,讓背景點光源分佈成邊緣擴散狀,從畫面質感來看光斑邊緣會更柔和,不過從實拍光斑效果來看這種特徵倒不是很明顯,反而可以很明確的看到色差,也呼應了前面色差測試部分的結論。9片光圈葉全開時可以形成一個明顯的圓形,不過口徑蝕的影響比較明顯,邊緣就成了貓眼狀,不能說是特別出色,但在M43畫幅裡已經是最能打了。

從奧林巴斯25mm F1.2說起:M43大光圈鏡頭的設計特色

總體而言,奧林巴斯25mm F1.2是一顆有著自身特色的標準鏡頭,體型輕巧、分辨率還不錯,價格在F1.2級別鏡頭裡也相對不貴(單看成本空間,小像場真的就可以這麼任性)。只是我認為它即便不這麼大力堆料,理論上也能達到相當高的水平,瘋狂堆料並沒有帶來理想的性能提升,與比它更便宜的適馬50ART差距較為明顯,在結合機身後可以說是分辨率/動態範圍/信噪比等性能規格沒優勢、通光量不足使它速度沒優勢、等效光圈小又讓它虛化效果也沒優勢……所以它的“強”僅限於對比M43畫幅鏡頭,確實強過於自家的25mm F1.8,也比松下25mm F1.4更強。但如果是跨出畫幅,哪怕只時選擇APS-C為競爭對手,適馬30mm F1.4 DC的銳度、色差性能也在其之上,暗角與T值基本一致,畸變奧林巴斯25mm F1.2勝出,但問題是適馬30mm F1.4 DC還不到2000塊,結合索尼APS-C無反很容易實現反殺,而且是在系統價格幾乎相同的情況下。

所以M43鏡頭最大的優勢還得是依靠相對不高的價格、相對不笨重的身段和近乎變態的機身防抖性能來瘋狂賺長焦,即便是E-M1X也只有1DX2/D5等同樣內置手柄機型2/3的重量,結合PRO系鏡頭在長焦端會很有特點……至於25mm F1.2嘛,不跨出M43的圈圈它就是獨一檔的存在,適合就只想玩M43的朋友們。

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