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大光圈定焦镜头贵在哪儿?

 taotao_2016 2018-10-09

大光圈镜头不仅体积重量较大,取景明亮、成像优异也是它们突出的优点,但它们的价格却比光圈偏小的镜头往往贵出2-3倍有余。


与最大光圈较小的镜头相比,大光圈定焦镜头(f/0.95或f/1.4)等的优势颇多,取景亮,景深浅,背景虚化佳,而且分辨率也高。但是,大光圈镜头的价格却要贵出2-3倍,究竟贵在何处?


其实,大光圈镜头贵在成本方面,而这成本中绝大部分是用于改善最大光圈下的成像质量上。对于所有光学镜头来说都存在各种像差:球差、慧差、像散、场曲、畸变和色差等,这对镜头的清晰成像都有负面作用,不同的镜头在研发时通过改良镜组设计、运用萤石玻璃、非球面透镜等措施来改善成像质量。即使这样,价格高昂的大光圈定焦镜头,其成像质量也并不是完美的,依旧受到各种像差的影响。其中,对影像分辨率(清晰度)影响最大的当数球差、慧差和像散。


球差

球差,俗称模糊圈,是指从镜头口径入射的平行光线,在经过球面透镜折射后且由于光圈孔径角的不同,造成远离光轴的光线与邻近光轴的光线相交于不同点,形成圆形弥散光斑,表现为分辨率较低、影像模糊。


通常,镜头的球差问题在最大光圈下较为明显,但随着光圈孔径的缩小(减小光圈孔径角)后,则有所改善,也有部分高质量的镜头会采用非球面镜片来进行球差的矫正。一般来说,每支镜头的最佳成像光圈通常都是最大光圈缩小2-3挡,例如,35mm f/1.4镜头的最佳成像光圈为F4或F5.6。另外,某些采用特殊镜组设计、多片非球面镜片的镜头在缩小2挡之后即可实现最佳成像,例如,尼康AF-S尼克尔24mm f/1.4G ED镜头(2片非球面镜片)在F2和F2.8光圈下的实测最高分辨率分别达到了3900LW/PH和4100LW/PH的高水平,而且F4-F11之间皆可超过4000LW/PH,仅在F16时受到“极限光圈衍射原理”的影响,分辨率才会降至3300LW/PH左右。


在最大光圈下拍摄时,球差是大光圈镜头所要克服的重大问题,因此在光学设计时需要做出诸多修整,以保证最大光圈下的分辨率依然能保持在一个可接受的范围内。


慧差

镜头成像除了受到球差的影响之外,射入镜头的光线还会受到慧状像差的影响,简称'慧差'。慧差主要是指光轴外斜向射入镜头的光线在经过光学系统折射后,不能在焦平面结成清晰成像,而是形成了拖尾状彗星形光斑。慧差与光圈孔径和视场大小密切相关,即光圈较大的镜头、视场较大的广角镜头都易于产生慧差。


慧差容易出现在大光圈广角镜头中,画面边缘易出现非圆形且呈慧星状的影像。在设计时,一般采用特殊材料玻璃以及非球面/双非球面镜片来改善成像。


像散

在镜头视场较大的成像中,画面边缘部分景物的光线远离光轴、光线斜射角较大,在经过光学系统折射后,其子午光束与弧矢光束的汇聚将不在一个点上,即最终表现为成像不清晰。像散的大小随视场角的大小而有所不同,即画面中景物平面上各点距离光轴的远近不同,像散的大小不等。通常,画面边缘的成像受到像散的影响,导致分辨率降低,成像略显模糊。像散的矫正方式与慧差的矫正方式较为接近,改变球面曲率和选择合适的玻璃材质都可有效改良像散现象,但这也会提高镜头的生产成本。


总体来说,大光圈镜头的成像质量的确要高于光圈较小的镜头,但在最大光圈下的成像质量也并不十分乐观,其最佳成像光圈的特性与小光圈镜头颇为相似;而且,在影像分辨率方面,小光圈镜头与大光圈镜头的差距并未与价格差形成正比,大光圈镜头更多的成本都被用于改善最大光圈下的成像质量。

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