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恒定/非恒定光圈鏡頭詳解

眾所周知,普通變焦鏡頭的光圈環上總是標有兩組數據,這是什么意思呢?初學者經常問到這個問題。它其實是向你表明:該鏡頭的光圈會隨著焦距的變化而相應變化,如AF變焦尼克爾1:4.5-5.6/80-400mm D鏡頭,也就是說此鏡頭如果我們保持最大光圈4.5時,在80mm為F4.5,隨著焦距的增加,光圈實際上逐漸發生變化,到400mm端時,雖然光圈值仍然設在F4.5的刻度上,但實際光圈卻悄然地變成了F5.6,這就是所謂的“光圈浮動”,因此普通變焦鏡頭也叫“浮動光圈鏡頭”。 

浮動光圈是怎么回事兒?

尼康AF VR NIKKOR 80-400mm F4.5-5.6

浮動光圈是怎么回事兒?

                         浮動光圈是怎么回事兒?

再如我們以70-210mm/F4.5-5.6變焦鏡頭為例,當你用F8光圈在70mm端用A檔手持拍攝時,假定快門速度為1/125秒,根據快門速度與焦距的原理,則不存在“手震”的負面影響,你能夠拍攝到很清晰的照片,但當你把將焦距推至到210mm端時,而且在光線不變的情況下,那么此時光圈會“自動”地變為F11,相機也就會根據鏡頭通光量變化而自動地將快門速度改變至1/60秒,這時就開始有點小問題了,如果你仍然手持拍攝必然會產生因“手震”帶來的負面影響,結果就是難以拍攝到清晰的圖片(實際需要1/250秒以上的速度才能克服“手震”影響,或者使用腳架等穩定相機),有許多人看著一大堆模糊的照片,無比悲憤地認定自己使用的變焦鏡頭是“狗頭或爛頭”,被鏡頭制造廠家的廉價鏡頭給騙了,這中間確實存在著一種對鏡頭生產廠家的誤解,是一些攝友對浮動光圈鏡頭會“自動浮動”的這個天生的特點不了解的一種誤解,也是一些攝友在使用浮動光圈變焦鏡頭后,經常會出現照片效果不理想或片子糊了的根本原因,因此浮動光圈鏡頭有一個很出名的雅號:叫“無聲殺手”,它會無聲無息地謀殺你的膠卷或畫面效果。

  浮動光圈鏡頭所以要這樣設計,主要目的是為了減輕透鏡的直徑、重量和降低制造成本,但浮動光圈鏡頭的最大的缺點就是:你必須要忍受隨著焦距的變長鏡頭光圈口徑也跟隨著下降的痛苦、在低照度光線下不能手持拍攝、不得不使用高感光度膠卷、景深變化等等的痛苦,因此一些發燒友有了銀子就總想燒一燒定焦鏡頭或恒定光圈變焦鏡頭,這是有一定道理的。

  光圈的相對口徑也可稱為焦強,即鏡頭允許光線進入的能力,指鏡頭上的光孔。光孔越大,光就進來得越多,所需曝光時間就越短,因相機抖動對清晰度的影響就越小。即使在光線較弱時,光孔大的鏡頭也能拍攝(如F1.2、1.4、2、2.8等),而在使用光孔較小的鏡頭時就很難拍攝了(如F4.5以上)。

  光圈口徑大小對所需要的透鏡直徑影響非常大。焦距短時,透鏡離膠片層距離很近,光線能量損失很少,小直徑光孔就足夠了。焦距長時,一方面光進入路徑長,另一方面長焦距取景的范圍小,光線能量損失也大。

浮動光圈是怎么回事兒?

            卡爾蔡司的1700mm F4鏡頭,體積之大令人生畏

如果想讓同樣量的光線到達膠片,光孔直徑就應必須相應地增大。基本公式是:在焦強(光圈)不變的情況下,焦距增加一倍其透鏡直徑也必須增加一倍。如100mm焦距的鏡頭想與普通標準50mm焦距鏡頭一樣的達到F2.8,光孔直徑就是普通標準鏡頭的2倍,200mm鏡頭的直徑則必須是普通標準鏡頭的4倍,400mm鏡頭的直徑就是必須是標準鏡頭的8倍,這就是為什么同樣相對孔徑的長焦鏡頭的透鏡直徑必須比廣角鏡頭大上幾倍的根本原因所在,也是制造恒定光圈變焦鏡頭的主要原理所在。

恒定!現實與理想的差距

  恒定光圈變焦鏡頭也可稱之為無級變焦鏡頭,其設計要求很高,鏡頭可調節的最大焦距決定了透鏡直徑。如果想造1:2.8/28-200mm的恒定光圈變焦鏡頭,那就需要在200mm能時能把與1:2.8相對的光線能量帶到膠片層或感光層上,也就決定了必須采取大孔徑透鏡來保持高焦強,但采用大孔徑的透鏡又帶來了像差的質量下降,為控制像差的質量,既采取高焦強又保持高質量的成像效果,在相反焦距(下端廣角,上端長焦)時的像差控制要求精度很高,必須找到其最佳平衡點。這樣一來,設計上所需要的光學系統變得龐大而復雜,透鏡的制造成本必然大大增加。

浮動光圈是怎么回事兒?

適馬的200-500mm F2.8鏡頭,售價23萬人民幣

  曾經有許多人提出制造一種質量頂級的“一鏡走天下”鏡頭,很久以來就不斷有人提出能不能制造出一款18-200mm焦距,f1.4恒定光圈并具備防抖及1:1微距功能的鏡頭?我想這是犯了一個常識性的錯誤,從世界上照相機鏡頭制造廠家目前和將來很長時間內的鏡片制造技術趨勢來講,可以說這是一個我們根本無法達到的一個美麗幻想,這并非制造廠商有能力制造但為了追求利潤的最大化而故意不制造出來。如果真是這樣,那么為了本國的國家利益比如軍工產品上就完全可以制造出來。

  其實各鏡頭制造廠商是非常樂意把他們能夠達到的制造鏡頭最高技術水平展示于人,如徠卡的50mm F0.95;佳能的50mm/F1.0都是照相機鏡頭制造歷史上的極端例子,但為什么至今仍然沒能制造出18mm到200mm焦距且F1.4的恒定光圈鏡頭呢?這是由于制造技術上巨大困難和障礙的難以逾越,難在何處?難就難在要求從18mm至200mm始終都要保持在1.4的高焦強上,先且不說透鏡因這樣的技術標準要求而變得有多復雜,單從透鏡的直徑達到和超過200mm就嚇死人,如果再加上鏡頭的外徑將達到近350mm以上,你可以試想:有誰能扛得動這超級重量的鏡頭,目前世界上什么相機的機身的卡口能鎖定它?真的制造出來了,它那天文數字般售價誰能承受得起?

  這樣的超級鏡頭只有一種例外,一些世界上大型的天文望遠鏡和著名的哈勃望遠鏡能夠不惜成本,確實已經達到這樣的制造技術指標。但它的外觀是極其龐大而復雜的,其制造成本也是以億為單位的美元堆起來的。

  因此恒定光圈與浮動光圈鏡頭在價格上、體積上和重量上的差異如此之大就不難理解了。就以定焦標準鏡頭為例,F1.2、F1.4和F1.8在售價上往往相差幾倍,其根本原因不在于增大了半級光圈,而在于光圈越大透鏡的直徑就必然越大,隨著透鏡直徑的增大,其制造難度的增加和制造成本的必然大大地增加。

  為什么越是大光圈的定焦鏡頭和長焦恒定大光圈鏡頭,其重量也越重?這并不是制造廠家想有意這樣做,實際上如何減輕鏡頭的重量一直是制造商長期努力的方向,但由于上述原因的存在和技術上難度,其減輕重量一直是非常難以解決的一件事情。

 

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