對于畫幅為36mm×24mm的135全畫幅相機來說,43mm左右焦距的鏡頭統(tǒng)稱為“標準鏡頭”,具體包括了40-50mm焦距的定焦鏡頭,可以寬松地擴展到55mm或58mm。在這些新老鏡頭的光學結構中,主要有雙高斯對稱(Double Gauss)、天塞(Tessar)、索納(Sonnar)、反望遠(Inverted Telenes)及前組內(nèi)凹等幾種主要光學結構設計。
雙高斯對稱(Double Gauss)結構
雙高斯對稱結構,Planar結構, 主要用于50-100mm的標準鏡頭和中長焦鏡頭中。該鏡頭結構具有較好的像場平整度,并對球差、像散、色差等給予了很好的校正。
Planar_lenses
早期的Planar結構在誕生時,由于鏡片數(shù)量較多,且當時并未發(fā)明鏡片鍍膜技術,鏡頭的抗反光性能并不高,會產(chǎn)生一些嚴重的耀斑現(xiàn)象。而且,此種鏡頭在光圈全開時的慧形像差較明顯,以導致成像偏“軟”的現(xiàn)象,因此早期Planar結構鏡頭的光圈并不大,只能達到F4.5。之后,通過不斷的改良,到1950年代已經(jīng)能很容易地實現(xiàn)F1.4光圈。過去很長時間里,各大廠商的50mm標準鏡頭結構都非常相似,F(xiàn)1.4光圈的鏡頭大多是6組7片結構,而F1.8光圈大多是5組6片的設計。
Planar 1896
在雙高斯對稱結構設計中,也存在一些“變種”鏡頭,其中最具傳奇色彩的當屬蔡司為美國國家航空航天局(NASA)定制的Planar 50mm F0.7。這支鏡頭的光學結構可以分為前后兩部分:前部4組6片相當于一個大光圈的85mm中長焦鏡頭,后面的2片相當于一個減焦增光結構——今天,metabones、SpeedBoost等減焦增光轉接環(huán),基于同樣的設計思路。
為了修正慧形像差,相機廠商開始在高端標準鏡頭中引入非球面鏡片,比較具有代表性的產(chǎn)品有尼康Noct 58mm f/1.2(1片大口徑研磨非球面)、AF-S尼克爾58mm f/1.4G(2片非球面鏡片),索尼的Planar T* 50mm f/1.4 ZA SSM(2片非球面鏡片),佳能EF 50mm f/1.2L USM(1片非球面鏡片)等。值得一提的是,索尼Planar T* 50mm f/1.4 ZA SSM鏡頭還采用了后組對焦,對焦性能比采用整組對焦的大多數(shù)標準鏡頭表現(xiàn)更好。
天塞(Tessar)結構
天塞結構,也常稱為蔡司天塞(Zeiss Tessar)。最初的天塞結構得最大光圈僅為F6.3。由于該光學結構的設計相對簡單,典型的天塞鏡頭中設計有4個鏡片,并將其分做3組(第3片與第片為粘合),具有解像力高、反差高、畸變較小的特點,壓倒了之前的各種鏡頭,并獲得了“相機的鷹眼”的美譽。
天塞結構的鏡頭還可分為前組與全組兩種對焦設計:前組對焦設計的優(yōu)點是制造工藝較簡單,但球面像差的矯正有一定的損失,而全組對焦設計則采用了全鏡頭整體式對焦的設計,對球面像差的矯正較好,但缺點是機械結構的設計較為復雜,成本也相對較高。
現(xiàn)代的標準鏡頭中,采用天塞結構的產(chǎn)品大多為薄型鏡頭或者說餅干型鏡頭,代表產(chǎn)品有佳能EF 40mm f/2.8 STM(4組6片結構,包含1片非球面鏡片)、尼康的AI尼克爾 45mm f/2.8P(標準的3組4片)、Contax Y/C 45mm f/2.8(標準的3組4片)、福倫達40mm f/2.0 Ultron(5組6片結構,包括1片非球面鏡片)等。
索納(Sonnar)結構
索納結構最突出的特點是重量輕、結構簡單且光圈較大。與Planar結構相比,索納結構中的鏡片多采用了粘合工藝(第2、3、4片鏡片及第5、6、7片),其鏡片表面與空氣的接觸面更少,能大幅提升對比度及控制耀斑的產(chǎn)生。與天塞結構相比,其最大光圈下的色散控制能力更得以大幅提升。
如今,提到索納結構,大家首先想到的都是135mm f/2、135mm f/1.8這樣的大光圈中長焦鏡頭。實際上,在標準鏡頭中,索納結構也偶有客串,例如蔡司的ZM 50mm f/1.5鏡頭等。
反望遠結構
眾所周知,望遠式鏡頭均采用了前置凸透鏡,后置凹透鏡的放大原理,而反望遠式機構正好與之相反,多用于焦距較短的鏡頭,主要是解決單反、攝影機、大畫幅短焦需要較長鏡后距的情況。在光學設計上也有其他好處,比如入射光線更垂直于CMOS影像傳感器,可大幅提升鏡頭在整個畫面區(qū)域上的分辨率(尤其是邊緣畫質)。而且,此種結構還能大幅改善四角失光的問題,并能將最大光圈增大。但是,反望遠結構也有其缺點:前組鏡片的直徑較大,整體的長度與體積也較大。例如,蔡司Otus 55mm f/1.4是77mm的口徑,重量約為970-1030克,而適馬的ART 50mm f/1.4 DG HSM也同為77mm濾鏡口徑,重量也達到了815克。
雖然反望遠結構設計能做到大光圈及邊緣的高畫質,但其體積與長度較大,且需要添加一些補償鏡組,來改善整體成像質量。
這是由于反望遠式結構為非整體對稱式設計,在近距離拍攝時,其成像質量往往會降低,或是造成場曲像差(由像場彎曲引發(fā)的像差),因此在結構設計中往往會加入一些額外的近攝補償鏡片與機構,以便在近拍時改變不同鏡片間的相對距離,來提高成像的清晰度。
前組內(nèi)凹式設計
近年來一些標準鏡頭采用了前組內(nèi)凹式結構,代表產(chǎn)品有索尼E 35mm f/1.8 OSS、FE 55mm f/1.8 ZA,騰龍SP 45mmf/1.8 Di VC USD,蔡司的Milvus 50mm f/1.4與85mm f/1.4。其實,這些鏡頭也可分為兩部分:前組相當于是一組廣角附加鏡(為了減焦增光),后組則是一個中長焦大光圈的光學結構,例如上文提及的蔡司50mm f/0.7鏡頭,就是將“廣角附加鏡”加在鏡組后端,這種前組內(nèi)凹式結構則是將“廣角附加鏡”加在鏡組前端。
從蔡司Milvus 50mm f/1.4的鏡組設計中(前組內(nèi)凹式),可以看出第1片鏡片為凹透鏡,主要起到減焦增光的作用(左圖),此種設計將逐漸成為大多數(shù)新一代標準鏡頭的設計。
值得一提的是,蔡司Milvus 50mm f/1.4和索尼在2011年公布的50mm f/1.4鏡頭結構非常相似,這種設計不僅能改善畫質,還可以實現(xiàn)光學防抖和內(nèi)對焦,提高鏡頭的分辨率,但也有可能造成幾何畸變的增大,需進行矯正。