泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

2021-04-12 20:44:17 22点赞 24收藏 6评论

自2018年尼康Z系列、佳能EOS R系列发布以来,佳能、尼康乃至此前推出L卡口的徕卡纷纷宣传大卡口直径的优势,这使得索尼E卡口搭载全画幅偏小的问题,成为厂商和粉丝争论的议题,其中涉及卡口直径在镜头设计上会影响哪些因素。

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

对于E卡口直径过小的影响,无忌泡菜“zeratulmrye”给出了比较系统的看法:
泡 菜 说 - 帖主观点 -

在不考虑移轴的情况下,没有什么规格的镜头是E口做不出来的,这一点是毫无疑问的。区别在于,出瞳直径不能大于卡口直径,所以当f/F>卡口直径时,出瞳的位置就必须向CMOS靠拢,导致画面边缘的光线入射角增大

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

出瞳和CMOS的距离在很大程度上和焦距相关。所超广角镜头的出瞳天生就离CMOS很近,对索尼来说反而是最好做的镜头。倒是单反因为法兰距太长,必须付出额外的努力把出瞳往前移动,导致镜头体积增大。对于E口来说则刚好相反,假如一个镜头的f/F超过40mm且本身焦距很长(比如85F1.4),那么索尼可能需要耗费额外的努力把出瞳往后移,确保出瞳直径小于卡口。也就是说真正可能受影响的是长焦大光圈镜头。目前E口里最受影响的镜头理论上应该是400mmF2.8。

至于边缘入射角的大小主要影响暗角,和锐度没有必然联系。但是转接时会有个问题:各个系统的镜头都是在考虑到CMOS表面玻璃对光路的影响的前提下设计的,转接时由于CMOS玻璃的厚度/折射率不再匹配,基本上入射角越大则锐度下降得越明显。LensRentals上有大量文章都在解释这个问题,下面这幅仿真图解释了玻璃不匹配时出瞳位置(光线入射角)对MTF曲线的影响:

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

所以转接崩边真正的原因并不是开口太小,而是因为超广角镜头的入射角天生就比较大。实际上,入射角太大的光线反而不可能被转接环遮住。

既然如此,为什么有的转接环(比如MB)的表现会比别的转接环(比如MC11)更好?多数人的错觉是因为MB开口更大,但实际原因可以参考旁轴镜头所谓的前置镜片法,即假如一个旁轴头转接到A7上严重崩边的话,在镜头前装一片某种特定规格的滤镜(修改整个光路)反而有可能大幅增加边角画质。这篇文章里有非常详细的测试:https://phillipreeve.net/blog/rangefinder-wide-angle-lenses-on-a7-cameras-problems-and-solutions/

而对于浮动对焦的镜头来说,只要转接环的厚度不够,同样会对光路产生影响。有些厂商可能是出于接环过长无限远会不能对焦的担心,故意把接环给做短了,但这反而有可能使得本来崩边的转接头素质提升。根据Jim Kasson的测试,Metabone的误差是所有测试的环里成绩最差的,高达0.35mm:https://blog.kasson.com/the-last-word/adapter-flange-distance-errors/

另一个测试则表明,适马18-35本身在变焦时可以保持焦点不变,非常适合视频拍摄,而且在搭配MC-11时依然如此。但一旦你使用MB4的话就完蛋了,焦点根本无法保持。可见适马MC-11的厚度非常精准,而MB4的长度严重缩水,明显改变了镜头光路

但在转接的时候,MB4偏短的特性反而有可能提升广角镜头的素质,适马越精准反而越不讨好。

而出瞳的大小很大程度上取决于最后一片镜片的尺寸,所以转接时真正可能被E口内径限制住的反而是佳能85mm F1.2这种屁股极大的镜头。假如E口的尺寸确实影响这类镜头的转接的话,会出现的现象也不是锐度下降,而是更严重的暗角和口径蚀。

至于原生镜头方面,首先移轴镜头受卡口直径影响最严重的是移轴量。从理论上来说,E卡口做正负12mm的移轴是绰绰有余的,但是鉴于佳能尼康的卡口确实比E口大,如果它们强行提升移轴量,继续往16mm、18mm发展的话,最后一定会出现E卡口跟不上的时候。

除此以外,索尼做长焦大光圈镜头会比佳能尼康更费力,尼康佳能的出瞳距离可长可短,而索尼就不行,这可能导致索尼要使用更多的镜片、镜头体积更大、成本更高或者素质更差之类,但是鉴于本人水平所限,无法定量分析出这个影响到底有多大。如果单看现有产品的话,85GM反而是口径蚀最小的85mmF1.4镜头,100-400GM同样非常优秀,但70-200GM横向对比明显不如尼康佳能新头。400GM本人没有用过,不好发话。

根据佳能的JPA2018018101专利的第一个实例(400F2.8)画了下从出瞳到CMOS的简化光路图。这个专利可能就是佳能新400F2.8,我也懒得和实际产品对比了,反正设计思路跟400GM非常接近。出瞳和CMOS的距离为170mm,出瞳径60.71mm,远远大于E卡口直径。可以看出几个问题:

1)1号光线可以轻松通过EF卡口,但不能通过E卡口

2)我不知道E卡口装上镜头后直径还剩多少,如果卡爪太厚的话,有可能连2号光线(主光线)都无法通过E口

3)但是由于3号光线的存在,转接到索尼上肯定还是能成像的,只不过暗角和口径蚀会非常感人

4)佳能在专利里标出了卡口处的“有效直径”,也就是说虽然卡口本身够大,但由于镜片尺寸或者其它光阑的约束,1号光线其实也无法通过EF卡口。但是佳能的情况不管怎么看都是比索尼好的

5)考虑到镜头总归是有暗角和口径蚀的,索尼对出瞳径的要求其实并没有理论那么严格,真比卡口大点其实也没关系。虽然佳能这个设计肯定不能给索尼用,但出瞳再往右挪挪估计就OK了。

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

总体来说,E口直径偏小肯定是有弱点的,但是光路图一画出来感觉好像也没那么严重……

总结一下:索尼设计焦距特别长、焦距除以光圈特别大的镜头时比别的厂商更困难,因为必须把出瞳往右移动,假如索尼不移动出瞳的话,暗角和口径蚀会很严重,设计更困难不代表产品一定不如别人好。

泡 菜 说 - 其他观点 -

泡菜@iZaZaD:补充一点儿楼主没提到的内容,关于呼吸效应与后组直径的,松下的DFD技术资料里边提到两条内容:

对于相同的DFD方法,瞳孔分割相位差检测方法,为了估计距离而不用花费时间,并且取两张待最小化的薄片,然而,需要获得透镜模糊参数。而且,实际上,在模糊图像中,除了透镜的存在之外,还存在由成像装置产生的孔径模糊、模糊膜特性等。因此,需要事先获得和考虑这些歧义。

问题[0014]DFD方法是,在拍摄两个焦距彼此不同的图像的时候,图像的放大率不能发生变化。通常的传统的光学系统中考虑这种情况的不是很多。也就是说,需要使用图像侧远心光学系统(例如,参照非专利文献3)。

这里提到的 图像放大率不能发生变化,说的是镜头的呼吸效应 ,并且说,解决镜头的呼吸效应,需要使用图像侧远心光学系统,也就是大口径后组镜片。

泡菜@realt:楼主的光路可以解释后置光圈的镜头,实际上大量镜头的光圈都不在镜组的最后一片的外面,全在里面,甚至比较靠中间,所以出瞳不会想楼主图那样受那么大影响,甚至可以说,啥卡口尺寸对于长焦来说,结构都可以差不多。

泡菜@aapril:nikon的f口又细又长 广角长焦都不适合,但是nikon广角不一样压了佳能很多年 70-200fl也是压佳能一头,还是看舍不舍得堆料吧,口小最多暗角严重点

泡菜@iZaZaD:nikon的卡口问题不是长,主要问题是细。法兰距长点儿是有助于改善暗角,但是很不利于做大光圈。

泡菜@NSX:其实我想说的是同样720 2.8规格,论口径 ef>fe>F ,论素质f>ef≈fe,论价格fe>f>ef,楼主说的从理论上讲有它有道理的一面,但落实到我们能买到的产品,那完全是另一回事了,小卡口的70-200fl素质最牛,价格也不是同规格最贵,这就是与理论的偏差。

影响素质的一方面是镜头素质,另一方面是传感器设计(注意,是设计,不是性能),这也是同样的镜头在旧型前照传感器上崩边,而在新的背照传感器上不崩的原因,影响价格的除了设计与材料成本,还有商家的定位,产地,渠道――sony的东西从耳机到电视再到大家都不咋用的手机,从来就没有便宜过,这更多的是品牌定位。

泡菜@dafadizi:我在dpreview上已经看过相关讨论了,主要是没明白exit pupil(注:出射光瞳)是啥意思,楼主的解读很好。

卡口肯定不是越大越好,在能实现所有设计的基础上,是越小越好的。而E卡口可以实现所有设计(除个别移轴)。就日常挂机镜头、扫街头、旅游头来说,小卡口能减重,能节约镜片,也是很明显的。

泡菜@ultraHD:(回复dafadizi的观点)显然不是,因为现在技术不可能做到,佳能尼康徕卡阿莱的新卡口都一个特点就是口径都加大了,连已经有54mm直径的PL卡口阿莱都换成了62mm口径的LPL卡口,而老的PL口放全画幅绰绰有余,索尼Venice,Red monsterVV都是沿用的PL口,为什么阿莱自己要加大?很简单因为三大数字电影机厂只有阿莱自己做电影镜头,自然要从镜头设计考虑卡口大小。

泡菜@numpfish:我来给楼主来点证据补充, FE400mm 2.8 GM基本上证实了楼主的观点, 光圈全开的时候, 口径蚀非常严重(主要表现为旋焦, 光斑残缺)

以下图片全部转自dpreview 图片链接, 可以清晰的看到所有图片的边角变形非常明显

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

泡菜@zeratulmrye:明确一下出瞳这个概念。出瞳其实就是光阑通过光阑后侧镜片所成的像,而入瞳是光阑通过前侧镜片所成的像。所以你从镜头的前方或者屁股看进去,光圈的大小可能是不一样的。出瞳的直径=出瞳到CMOS的距离/光圈,所以你从镜头的屁股测量一下光圈的大小,理论上应该可以直接算出出瞳的位置。出瞳的位置对画面中心没有任何影响,但是影响画面边缘的入射角。从镜头内出射的主光线往反方向画延长线(虚线),交汇的地方就是出瞳(如图)。

泡菜说|镜头卡口小就一定不好吗?

而入瞳直径则等于焦距/光圈值,也就是说我们平时说的光圈直径其实就是入瞳直径。入瞳所在位置是入射光线延长后的交汇点,所以按照这个点旋转是没有视差的,也就是接片党俗称的所谓“主节点”。

而真正的主节点其实又是另外一个东西。只能说摄影圈使用的很多光学术语其实都是错的……

出瞳和入瞳之间的尺寸之比叫出瞳入瞳比pm。在微距状态下,镜头的光圈会下降到(m/pm+1)F,也就是说pm越大的镜头(出瞳离CMOS越远的镜头)有效光圈会越大。

泡菜@rallyho:按楼主的逻辑,卡口越大设计越容易,sony的小卡口做长焦要“更多的镜片、镜头体积更大、成本更高或者素质更差”,然而事实(24GM/140GM/428GM等等)正好相反,是不是说明sony的设计能力远超其他厂商呢?

从普通用户角度出发,镜头越小越轻越好,价格越便宜越好,画质够用就行(因为画质提升不是线性的,一丁点的提升会导致体积重量大幅提高),比如最近福伦达出的21/3.5,画质不如Loxia21,然而体积重量和价格差不多都少了一半,f8下没什么区别,对于拍风光来说会优先选福伦达。实际上loxia21已经够小的了,同样规格在大卡口下体积重量和价格必然上升,然而这是用户需要的吗?

泡 菜 说 - 小结 -

泡菜@zeratulmrye通过比较完整的理论打破了“E卡口太小做不了F1.2定焦”的论调,提出“没有什么规格的镜头是E口做不出来的”、“真正可能受影响的是长焦大光圈镜头”、“索尼做长焦大光圈镜头会比佳能尼康更费力”、“如果佳能/尼康强行提升移轴量,继续往16mm、18mm发展的话,最后一定会出现E卡口跟不上的时候”,总的来说E卡口直径过小对大部分镜头开发没有什么影响,除非友商祭出“前所未有”、“极端”规格镜头,E卡口可能会在开发上更为困难,但用户也要清楚“超规格”镜头通常伴随实用性、便携性下降,售价更是上天。

如今索尼已开始对E卡口镜头群进行新一轮更新,接连推出FE 12-24mm F2.8 GM、FE 35mm F1.4 GM、FE 50mm F1.2 GM等三款GM高素质镜头,显然E卡口并没有让索尼在这场“镜头大战”中处于被动,反而频频做出反击。



编辑 | 梁爽

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