介绍:
最早的透镜仅由一个凸透镜组成。这种结构本质上受到球差、色差和慧差等各种像差的困扰。虽然人眼也是单凸透镜(晶状体)的结构——但人脑却有自动校正光学系统。像差功率。
为了解决像差问题,两组2元高斯结构镜片、一组2元消色差胶合镜片、4组4元双高斯结构镜片相继出现。
以后,随着光学设计的不断完善,陆续设计出了蔡司、蔡司、蔡司等多组多镜头镜头结构。本文将介绍这些镜头结构和蔡司 APO 镜头。
1. 色散和复消色差透镜
自17世纪牛顿通过棱镜实验发现白光由七种颜色的光组成以来,不同波长的彩色光具有不同折射率的现象被称为“色散”。
这时,如果一束光线通过凸透镜,那么由于“色散”的影响,就会出现不同波长的光聚焦在不同焦点的“色差”现象——其中“轴向色差”可以通过缩小光圈来改善。
然而,因聚焦离轴光而产生的“横向色差”并不能通过缩小光圈来改善。因此,要想全面解决色差问题,就必须从光学设计方面入手。
早期光学研究中可使用的主要透镜材料是冕玻璃和火石玻璃,后者是在前者中添加氧化铅而获得的。
与低折射率、小色散的冕牌玻璃相比,火石玻璃有一个非常有趣的特性——它的高折射率、大色散与冕牌玻璃完全相反!因此,火石玻璃常被用来制造闪闪发光的“假水晶”。
既然如此,如果用冕玻璃制作凸透镜,再用火石玻璃制作凹透镜,最后将两者粘合在一起,不就可以校正色差了吗?
这样,当光线通过这对透镜时,凸透镜完成聚焦后的低色散光束可以被折射率高、色散特性大但曲率小的凹透镜反向弯曲。最终,色差将会减少,而不会影响整体对焦能力。抵消。
然而,人们后来发现,这种消色差透镜并不完美,因为它只能消除光谱两端的C光和F光,而对光谱中间的D光却无能为力——这就是“二级”在当时是非常困难的。谱”问题。
其中C光和F光分别对应波长为656.3nm的红光和波长为486.1nm的蓝光。两者的字母代码均源自氢发射谱线; D光对应的是波长为587.6nm的黄光。光,源自氦发射线。
该二级光谱的大小几乎等于焦距的千分之一。历史上,人们一度认为这个问题无解!幸运的是,天空是极限。天然萤石的异常分散特性被发现后,胜利的曙光开始出现。
事实证明,萤石虽然在蓝紫光波段具有高色散,但在红光波段也具有异常低色散的特性!更有趣的是,萤石还具有超低的总体色散水平,仅为低色散冕玻璃的一半左右!
最后,1886年,蔡司科学家恩斯特·阿贝首次将萤石应用在显微镜镜头上,并将这种可以对两种以上波长的色光进行校正的萤石命名为萤石。色差)。
2、结构及结构
蔡司的前身是卡尔·蔡司先生于1846年创办的“精密机械与光学工坊”。当时,蔡司先生一手经营着这家小企业,亲自制作、修理、改良各种仪器。
随着生意的蓬勃发展,他开始雇佣第一批员工,并搬进了更大的工厂。与此同时,工厂生产的简易显微镜给他带来了超乎想象的利润!后来,正是显微镜业务让他与Ernst Abbe进行了深入合作。
阿贝博士最终于1877年成为蔡司的合伙人,并于1886年聘请保罗·鲁道夫(Paul )加入蔡司光学设计部门。鲁道夫博士是百年经典和镜头的发明者。
音译为“Prana”的镜头诞生于1896年。当时鲁道夫博士在解决了双高斯结构的斜光入射像差问题后,也发现了由此产生的色差问题,最终诞生了新的4 6-片结构。
鲁道夫博士用来改善色差的方法就是上一节详细解释的“消色差”原理,即低色散凸透镜和高色散凹透镜的粘合作用。
同时,这种镜头结构还继承了“双高斯结构”的对称设计优势,首次在大光圈(f/4.5)下实现了对各种像差的非常好的校正——这正是它的名字所暗示的。意思是“平面图像场”。
有趣的是,双高斯结构原本是“数学王子”高斯发明的高斯结构的修改版,而Plana结构则是双高斯结构的修改版。可见早期数学家和物理学家(牛顿、阿贝)推动了光学的发展。
遗憾的是,由于当时镀膜技术尚未出现,这种多组多镜片的结构会存在严重的眩光和重影问题。最终,鲁道夫博士不得不另辟蹊径,设计出了他1902年最经典的作品——(田塞)结构。
源自希腊语,意为“四”,这个含义对应其四片式光学玻璃结构;同时,它因其非常锐利、高对比度的成像而被许多摄影师所称道。对于“蔡司鹰眼”。
3. 结构
虽然结构和结构都非常经典,但这两种结构的后续发展并不是本文的重点。这两者的混合()结构是最终要详细解释的光学结构。
该结构诞生于1930年,由蔡司的 博士开发设计。它是一个3组6片的光学结构,空气接触面很小。它有效减少杂散光,并且具有大光圈。 。
该结构的名称来自德语单词Sonne(太阳)。太阳所代表的最高亮度对应其高对比度和大光圈的特性,因此非常适合用在长焦镜头上。
最初第一版结构的前半部分来自前半部分结构的修改版本——额外的凸透镜粘合在一起,而后半部分则直接源自后半部分结构。
后来为了继续扩大镜头光圈而诞生的改版,在后半部分附加了一个凹透镜,并演变为3组7片镜头。此后,基于这两种结构扩展出了各种镜头。
另外,作为两种经典光学结构的组合,它直接继承了结构的平坦像场(几乎无畸变)特性和结构的锐利成像特性。
如上图所示,现在有型号的蔡司镜头采用了“改版”的设计理念,但得益于蔡司T*镀膜的帮助,前半部分不再依赖镜片胶来控制眩光。
这种结构的优点可以概括为:优秀的图像质量、优秀的清晰度和大光圈。此外,其奶油般的模糊效果可以进一步突出主体。
那么蔡司专门为蓝厂设计的采用新标准“Vario-Apo-”的长焦镜头,作为紧凑版镜头,与相机端结构有什么具体联系呢?
事实上,英文前缀Vario之前只被蔡司用在变焦镜头上,而现在则用在手机的定焦潜望式镜头上。其实只是想强调,在APO设计下,手机数码变焦的成像质量得到了质的提升!
确实如此,因为蔡司APO设计可以完美解决结构大光圈特性带来的色差问题,因此可以避免数码变焦时因色差放大而导致分辨率下降的问题。
另外,X100 Pro潜望式镜头的镜头结构虽然没有胶合镜片,但通过拆解可以发现,有两对凹凸镜片以“胶合状”状态紧密连接在一起,所以这是4组6 Chip结构的精简版。
总结:
蔡司的结构、APO设计、浮动镜组、T*镀膜等经典元素能被纳入手机珍贵机身内部的潜望镜组,实在是一个不小的奇迹。
其中,基于结构的大光圈优势,以及X100 Pro选用的OV64B的50兆像素裁剪方案(等效倍率系数),最终带来了更长的100mm原生等效焦距和更大的焦距。光圈为 f/2.5。
该结构还具有高对比度的优势,而这一优势在蔡司APO设计和T*镀膜的帮助下被放大!此外,浮动镜头组带来了强大的对焦能力和微距功能。
结合其100mm原生等效焦距和长焦微距功能,这不就是手机版的“百微镜头”吗?再加上100mm焦段的人像特写效果,这款潜望镜经典元素与功能加持满载!
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结尾
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