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聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

(2013-02-03 17:29:55)
标签:

镜头

像差

球差

焦外

移焦

分类: 论摄影
前几天有摄友提到某大光圈镜头“移焦的设计缺陷”。什么是移焦问题?是设计缺陷么?这个要从球面像差说起。

聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿


撞针在《L镜头十日谈》里花了不小篇幅说像差,因为像差是理解镜头的关键,球差就是基本像差中的一种。在理想的完美镜头上,光轴上的一点发出的光线通过镜头任一部分都可以汇聚成一个完美的点,有就是常说的点成点像。但在球面镜片组成的镜头上,实际情况却非如此,通过镜头边缘的光线会偏离汇聚点。这是因为在边缘部分光线所发生的折射弯曲程度比中心要大。这就是球面像差,又称球差。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

由于球差的影响,点的成像不再是完美的点,而是一个小小的斑,降低了成像的锐度。在会聚光线最窄的地方,这个斑最小、最“清晰”,这里就是最佳成像位置。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

球差与光圈值有关,大光圈镜头球差特别明显,收缩光圈可以减小球差,而聚光线最窄的地方的位置也会不同。球差给大光圈镜头带来对焦偏移问题。单反相机的镜头是开启最大光圈取景对焦的,此时球差最严重,对焦系统在此条件下找到了锐度最高的对焦位置。拍摄前瞬间,镜头光圈会收缩到设定的数值,此时球差减小,锐度最高的位置就会发生变化。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

对于没有矫正球差,或者轻微矫正的镜头来说,用最大光圈拍摄时没有问题,用中等光圈拍摄时近距离物体时焦点会后移。用小光圈拍摄时由于景深增加,这种偏移不明显。


球差是可以矫正的。改变前后球面的曲率半径的比值、利用正负透镜组成消球差透镜组都可以减小球差,使用非球面镜片可以减少甚至消除某些特定球差。而浮动对焦系统可以减轻对近距离对焦时增加的球差。但实际上没有镜头能完美消除球差。而且球差是焦内、焦外成像设计的重要部分。

焦内成像相对比较好理解,既然不存在将点完美呈现为点的镜头,那么设计师就要考虑点的成像在面积最小话的同时,如何呈现。这是各种像差的均衡。焦外要特别说一说。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

在没有球差的理想圆形镜头上,对某一点对焦成像,则该合焦点前后的点都会在像平面上均匀弥散为一个圆,这种弥散形成了焦外成像。但我们并不喜欢这种完美均匀的弥散,因为这个弥散圆有清晰的边缘,焦外不“柔软”。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

没有矫正球差的镜头则不同,其弥散圆并不均匀。近景点由于边缘光线集中,弥散圆边缘明显、中间较淡,这也是我们不喜欢的焦外。远景点不同了,中央部分光线集中,弥散圆边缘较淡。这种焦外很柔软,不同形状交会部分会水乳交融,是大家比较喜欢的焦外类型。

而那些矫正球差的镜头,根据矫正方式的不同,焦外也多种多样,有一些中央光线过分集中,行成了硬核;有一些光线分布不匀,虚化缺乏过度;有一些中间部分大而匀,边缘淡而柔;还有特殊的圆环套圆环;某些镜头背景虚化好,前景很难看,也有前景虚化好,背景糟糕的。焦外也像散、暗角等等影响,但总体趋势是球差及矫正决定的。
聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

聊聊球面像差影响焦外和对焦的那点事儿

焦外成像是大光圈镜头光学设计的重要考量因素,球差矫正再好,大光圈成像在锐利,如果焦外生硬,这个镜头摄友依然不会喜欢。如果保留一定的球差能明显改善焦外成像,那么就要接受附带的大光圈锐度降低和收缩光圈焦点偏移。总是,光学设计是提升与平衡的游戏,如同某些光学设计用暗角来提升边缘成像锐度一样,某些光学设计也会利用场曲来改善畸变。与其说移焦是设计缺陷,不如理解为光学取舍。

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