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专利|D FA 21mm F2.4 Limited专利模拟

天魔王 PENTAX和LEICA笔记 2022-08-23

      由于上周魔王出差一周,延误了成文,所以这一延误就是八天。下次再有这样的情况,魔王就任性不发算了,毕竟写了也没人看。


      8月12日,日本专利局“欣然”公开了两份理光的镜头专利:JP 2022-117772和JP 2022-117775。这距离这家“影像公司”上一次公布镜头专利已经过去了302天(上一份镜头专利公布于2021年10月14日,为一份70-300、100-400及100-300的镜头专利)。


      特願2021-014458(特開2022-117772)申请于2021年2月1日,公开于2022年8月12日,专利登记在理光株式会社,设计师为古贺知也江桥裕一郎櫌本隆
     
      古贺知也是宾得近十年最为活跃的设计师,俨然已成为宾得目前的主力设计师,名下已有DA18-50、DA55-300 PLM、DA*16-50 PLM和被砍掉的DFA70-300SR均出自其手;
      江桥裕一郎是大家比较陌生的一位设计师,他隶属于GR部门,此前也只有一个GR附加镜的专利登记在其名下;
      而櫌本隆目前是PENTAX开发统括部光学设计的Leader,也是目前宾得资历最老的光学设计师了,1999年便和伊藤孝之、米山修二等一起设计了67系统的90-180/5.6这枚镜头。(设计师与魔王之前推测的小织雅和&古贺知也是有出入的)

      这份专利的设计重点是小型、轻量具备高光学性能的广角镜头,以解决长久以来反远望设计为了改良光学性能,义无反顾的增加镜片数量,而且不惜成本的使用大尺寸非球面镜片(这里埋下个伏笔,魔王要diss人了)。

     这份专利共有9个实施例,内登记有21mm/2.4,19mm/2.4,16mm/2.4和14mm/2.4这四个规格。其中前五个实施例为今天的主角DFA21mm F2.4。

      官方公布的镜头结构为11枚8组设计,其中像方第二枚与最后一枚为非球面镜,在五个实施例中只有实施例1满足此条件。所以基本可以确定实施例1即为量产版的方案。即便如此,魔王还是分别针对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5在ZEMAX中进行模拟。其中除了实施例1以外的其他实施例均与官方公布的镜头结构和镜片配置不符,甚至还采用了宾得从没用过的光硝子(HIROKI)玻璃厂的材料,基本完全排除真实可能性,最终锁定实施例1为DFA21mm F2.4量产版专利。
      接下来,魔王重点针对实施例1进行分析。

      从结构上看,DFA21mm F2.4 Limited设计是非常典型的反远望设计,从结构上并不能很直观的看出来设计到底如何,需要进一步看下玻璃材料。
     看到材料时,魔王还是迟疑了,这真的是Limited吗?这甚至连PENTAX都不太像了!11枚8组的设计,这都用了什么镜片啊?


2枚折射率高达2.0的镧火石玻璃玻璃(小原牌号:S-LAH99,HOYA牌号:TAFD55-W);
4枚氟磷冕ED玻璃(小原牌号:S-FPL51,佳能祖传UD镜片同款);
1枚Super ED氟磷冕玻璃(小原牌号:S-FPL53,就是我们常说的“萤石玻璃”)
2枚折射率高达1.9+的高折射重镧火石玻璃,这两枚玻璃的都是价格头几名的天价玻璃,其中TAFD37应该是目前最贵的民用光学玻璃之一;
1枚折射率高达1.8+的高折射重镧火石玻璃,这枚也是天价玻璃的代表;
剩下的唯一一枚是低软化点模压非球面玻璃。

掰指头一算,11枚有十枚半的特殊玩意,剩下那半枚就是被居心叵测的人疯狂吐槽的低软化点的模压树脂非球面玻璃了。当然,这类选择性失明肯定是看不到另外下手这么狠的10枚玻璃的。
    
    自从宾得在DFA★85mm F1.4首次采用双面非球面镜片之后便一发不可收拾,从DA★16-50mm F2.8 PLM,再到这只DFA21mm F2.4 Limited,均大胆的使用了不止片双非球面镜片,这在此前一贯非球面技术显著落后的PENTAX身上是完全不敢想的。
    非但如此,氟磷冕玻璃的硬度非常高,所以相当之脆,在加工过程中一不小心就容易崩坏。要采用氟磷冕玻璃上进行非球面的加工,难度可谓不止上升一个级别。当然,我们也见证了PENTAX这两年非球面镜片的制造研磨工艺确实得到了显著的提升。


      从结构上看,DFA21mm F2.4 Limited是非常典型的反远望结构设计,因为缺乏结构的对称性,无法依赖对称性抵消像差的方法来修正像差。其像差矫正的核心思路应该是对像差的逐步分解,分而治之,反远望设计用这种矫正思路还是非常传统的。

      我们分开来看,物方第一枚负镜(L1)是折射率高达2.0的S-LAH99,在带来场曲的同时下带来大量过矫正的畸变,广角镜头收束光线是基本操作,这也给后面的镜组的发挥提供了额外的自由度。
      随后的模压非球面镜在矫正前镜片带来的大量畸变和场曲的同时,引入了非常明显的像散,但这个像散应该会在最后一枚非球面镜那里得到解决。L3和L4,L5和L6以至于L7和L8这三组均是火石玻璃+冕牌玻璃胶合的“经典”消色差镜组,而且重镧钽火石玻璃的超高折射+ED镜片的高质量组合最大程度的校正因前镜组放大视场带来的轴向色散,并强力消除了前面产生的彗差。而其本身产生的畸变,则正好在三枚不同凸凹组合下相互抵消了。三枚高折射率的钽玻璃来解决前面三枚ED镜片难以矫正的大光圈产生的场曲和球差,同时还能兼顾轴向色差和色球差的矫正,以至于通过这三组骚气冲天的贵重镜组输出到后组时,像差已经所剩无几。

      在三枚消色差镜组中三枚超高折射率钽玻璃提供的额外屈光度下,放置了一枚“萤石镜片”,再次将轴向色散清除,并强力消除彗差,而它本身产生的球差和场曲则刚好与L8这枚高折射负镜相互抵消。接下来用S-LAH99这样的超高折射率镜头来缩短光路,同时将此前“萤石镜片”带来的过矫正球差和畸变拉了回来。
      最后一枚双面非球面ED镜片将剩余球面像差和轴上色差清理的非常干净,但副作用是带来了一些场曲过矫正和畸变。以至于这枚大视场角的超广最终整个镜头会有些场曲以及变形存在。这也是Limited镜头保留场曲来获得图像的立体感的手段吧。

      说了这么多奇奇怪怪的话,还是来看看魔王针对实施例1进行的模拟吧

   

二、MTF曲线模拟


      通过对各整档光圈位进行的MTF曲线模拟对比可以得出如下结论:
1.镜头整体属于高反差高解析力设计;“四公主”的蓝线10lp/mm线对(低频空间),光圈从F2.4-F11均在90%以上,反差均在较高区间;红线30lp/mm线对(高频空间),光圈从F2.4-F8.0均在80%以上,解析力也均在较高水平。
2.大光圈区间(F2.4-F2.8)焦外一致性非常好,二线性较弱,焦外散景非常柔和;中光圈区间(F4.0-F5.6)焦外边缘开始出现较为明显的二线性,焦外散景的玄学非常类似FA31mm F1.8 Limited的效果;小光圈(F8.0-F16)的焦外二线性又恢复到较为一致的情况。
3.光圈全开解析力非常优秀,解析力和反差在F2.4时即为峰值状态,全光圈段解析力均比DA☆16-50 F2.8 PLM优秀。从这个角度看,“四公主”是非常现代的镜头。
4.边缘画质与中心画质有较为明显的区别,这或许与像场弯曲、球面相差和彗差的保留营造的玄学有直接关系,可以看出是专门为“玄学”营造立体感刻意设计,这个后面再验证。
5.像场弯曲较为明显,尤其F4.0开始出现轻微的像场分裂,但光圈收缩到F11时像场分裂消失。
MTF模拟结果与魔王此前实测结果完全一致。

三、网格畸变


      从网格畸变图来看,作为视场角达到92.6°的全画幅21mm的超广角镜头,畸变控制得非常优秀,除最边缘可看出轻微的桶形畸变,其他区域几乎不可见变形,最大畸变仅为-1.8179%。对比DA☆16-50mm F2.8 PLM这支APS-C画幅的16mm时最大畸变-3.6351%要优秀太多了。

四、场曲&畸变曲线


      从场曲畸变图可以看出,与此前MTF和网格线变形测试的结果一致,画面中心2/3的像场弯曲都相对比较轻微,但依然在欠矫正和过矫正之间来回徘徊(像场分裂);在画面最边缘处,像场开始突然增大,出现明显的欠矫正情况。这种曲线虽然不平坦,但却是比较常见的具备较强立体感的曲线。

畸变的曲线,结论与网格畸变测试结论完全一致,与魔王此前实测的结论走向也基本一致:关闭机身矫正的情况下,中心失真控制极好,最边缘的桶形畸变非常明显。但畸变的实测结果(关闭机内矫正)还是要大于专利模拟情况。

五、横向扇图


      直接看结论:
1.横向色差控制在线,但依然能看出有横向色差的溢出,越往边缘,越明显;
2.边缘彗差比较明显;
3.弧矢面场曲和球差修正明显看出像场分裂,但不严重;
4.子午面场曲和球差修正的拉扯更加明显,越远离中心幅度越大;

六、标准点列图和离焦点列图


从标准和离焦点列图可以很直观的看出球差、像散和彗差,从以上的点列图分析可以看出:
1.镜头焦外彗差非常明显,在画面1/2处(23.15°)就开始出现彗差,到了2/3处(32.73°)就明显看出“鸽子永相伴”。
2.整体像散控制在线,中心几乎看不到像散存在(这里要cue一下某厂35mm F0.95);边缘依然能看到像散开始明显出现。彗差和像散的相生相伴并不奇怪。
3.球差控制比较规律,可以看出此设计应为玄学刻意保留。


‍      通过对DFA 21mm F2.4 Limited的专利模拟,可以看出专利与魔王此前实测结果完全一致(陌生人之眼——四公主的街头故事)。全开高反差高解析的现代设计满足了高像素的要求和街拍后期剪裁的需求;全开对球面像差和像场弯曲的刻意保留沿袭了FALE(FA Limited)镜头的“玄学”——柔和的焦外、绚丽的散景、突出的立体感;但因场曲和彗差导致导致的边缘劣化也不容忽视。
      总之,只会玩数据的一些键盘,可以退了~毕竟他们只看绝对值,“传统”在他们眼中只是糟粕。一支注重感官的镜头在感官艺术上的表现并不是他们所能理解的。

      魔王曾经在《陌生人之眼——四公主的街头故事》吐槽“四公主”:“ 一只Limited的情怀镜头,一个价格从来不低的厂家,一个光圈F2.4的规格,就算是增加了DC马达和防尘防水溅的性能,就算是在丰富的堆料,再多的低色散玻璃和重火石玻璃,9999元的价格,也都无法掩盖价格超标的事实。”
      在这里,魔王自己打自己脸,魔王此前知道这支镜头堆料,但根本无法想象这只镜头竟然堆料成这样:一枚“萤石玻璃”、四枚ED玻璃、五枚超高折射率玻璃、其中还有两枚双面非球面玻璃。没有一枚玻璃是便宜的(模压树脂非球面镜并不便宜,说便宜只是相对),没有一枚玻璃是平凡的。
      这所有玻璃堆出来镜头,PENTAX可能也是史无前例了。在此,魔王只能感叹一句,9999元有道理!

      

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