ps.感謝collective大哥借小弟雜誌一覽. 小弟這就來交作業啦~~

ASAHI camera 2008/02
p.97 "數位時代的新鏡頭學入門"


前言:

這十年間. 數位單眼的進步是有目共睹的.
而在這同時. 交換鏡頭的性能也有飛躍性的成長.
鏡頭集光成像. 原本接收光的底片變成了感光元件. 數位時代觀賞照片的方式也與以往不同
為了對應這些改變
數位像機所使用的鏡頭. 相較於底片時代. 性能必須要更好
為了提升銳利度. 鏡片使用特殊玻璃材質. 非球面鏡片.
AF驅動所使用的超音波馬達技術
以及防手振機能
都是必須的


p.100
數位時代專用鏡頭所必須加入的考量主要有三

1.
數位照片只要在電腦上簡單操作. 就可以100%局部擴大觀看(觀察?).
所以(使用者)需要解像力較過去更高的鏡頭產品

2.
數位相機的感光元件本身是一鏡面. 很容易反射光線. 因而造成耀光和鬼影
所以相對於底片時代. 必須徹底減少鏡面表面反射.

3.
對應APS size感光元件. 視角減小
所以廣角和超廣角必須推出APS-c 新規格的專用鏡頭.




專訪:
佐藤治夫: Nikon 映像公司開發本部. 第二設計部. 第二設計課. 主幹
田中一政: Nikon 映像公司開發本部. 第二設計部. 第二設計課. 技監補
盧澤隆利: Nikon 映像公司開發本部. 第三設計部. 第四設計課. 主幹
大石末之: Nikon 映像公司開發本部. 第三設計部. 第三設計課.


問: 相較於底片時代. 現在的鏡頭設計上有什麼改變的地方呢?
答: 設計本質上沒有太大的改變. 設計的過程就是由電腦不斷重複模擬. 將各項要素安排盡可能地接近設計目標
重要的是一開始"要設計怎樣的鏡頭"這個目標

問: 數位時代之後. 設計目標上有什麼改變嗎?
答: 與放相機不同. 現在只要在電腦上簡單操作就可以將畫像局部放大觀賞.
為了應付這樣的需求. 光學系必須提供足夠的銳利度.

問: 如何提升光學上的銳利度呢?
答: 提升銳利度. 和減少色散是幾乎同義詞. 減少色收差就是主要方針.

問: 具體而言如何減少色收差?
答: ED鏡片的廣泛使用是重點. 特別是畫面週邊的"倍率色收差"(垂直於光軸. 平行於感光元件方向的色散)
因為倍率色收差是即使縮光圈也不會改善的. 顏色會滲出
超廣角鏡頭一般都會縮光圈使用
如果不使用ED鏡片的話. 就無法減少倍率色收差. 也就無法提升銳利度

問: ED鏡片以往印象裡大多用在超望遠鏡頭上....
答: 實際上. 以前除了高價的望遠鏡頭以外是不使用ED鏡片的.
但是. 最近這些年來. 除了高價超望遠以外. ED鏡片也開始普遍並積極地應用.
製造技術的進步使得ED鏡片的價格降低
變的比較能廣泛使用了
這點對於鏡頭設計來說亦是好消息. 設計目標也可以提高

所以好的鏡頭不僅僅是因為設計者而已.
製造技術. 量產技術等等. 周圍所提供的環境條件也是非常重要的
而這些條件在這十年來有非常大的進展


**ED Glass
鏡頭是以玻璃為材質令光線折射.
眾所週知可見光有七色
當鏡片將光線折射. 進而在焦點成像的時候. 同時也會因各色光折射率的差別. 造成色散/色彩滲出的現象
畫質就會因此變差. 這就是色收差

要消除色收差. 使用一組凹凸透鏡
凸透鏡使用低色散玻璃
凹透鏡使用高色散玻璃
這個消色散鏡組方式. 是在18世紀就被發現的. (ps.即achromatic doublet)
這個方式可以消去相當程度的色散
但是如果要再更進一步. 就不能只靠鏡頭設計了
為此. 各家廠商長年以來都在開發新的玻璃材料. 其中一是日本光學(現Nikon)所開發的ED Glass
其中含有多量的氟素.

ED Glass對於色收差補正有絕大的效果
起初採用於大口徑的超望遠鏡頭. 現在則應用在高性能鏡頭的平價化上




問: 請教一下關於感光元件表面反射所造成的耀光和鬼影. 對策是?
答: 鏡片表面採用了nano crystal coat等措施. 這是比底片時代更高等級的對策

問: 跟過去的鍍膜相比. 有哪些優點呢?
答: 過去的鍍膜. 對於鏡片垂直方向的入射光線. 以及接近垂直方向的光線
抗反射鍍膜的效果是相當好的
但最近的新鏡頭裡. 有些鏡片已經突起成碗狀. 像山峰一樣. 組合在鏡頭裡.

特別是超廣角鏡頭. 光線相對於鏡片面. 可能會以近乎平躺般的角度進入.
若是這樣. 過去所使用的抗反射度膜就沒有效
這是產生大幅度鬼影的原因之一
(ps.可參考 http://www.flickr.com/photos/wasiwatery/735749307)

在這所開發的nano crystal coat. 相對於過去的鍍膜.
對於這類近乎平躺角度進入的光線也有抗反射效果.
所以對於減少耀光和鬼影有著絕大的功效

問: nano crystal coat原本是用於半導體生產光罩. 所使用鏡頭上的
答: 是的. 但是要用在相機鏡頭上. 有兩個困難點
一是. 光罩所使用的nano crystal coat價格非常非常地昂貴. 不可能直接拿來用在相機鏡頭上
二是. 光罩所使用的光線是紫外光. 波長200um前後. 相機鏡頭則是可見光.
約五年前. 因為這兩點所以始終不能應用在相機鏡頭上
現在總算可以了.


**nano crystal coat
鍍膜是製作在鏡片表面上一層極薄的膜. 用以消除表面反射. 增加透光率.

原理.
光進入鏡片的時候
在鍍膜與空氣的表面反射的光線
與玻璃和鍍膜之間反射的光線
產生干涉. 而互相減弱
從而減少了表面反射

一般光學玻璃表面的反射率約5%, 表面施作單層鍍膜時, 反射率約在1%~2%
表面施作兩層以上的多層鍍膜, 反射率可以抑制到0.5%以下

近年Nikon 所開發的nano crystal coat, 是在過去的多層鍍膜表面上再加一層特殊細微鍍膜
於鍍膜本身微細的隙縫中. 予以填滿
這結構可以進一步減少空氣到鏡片之間的折射率
可以對應各種可見光波長. 以及各種入射角度. 有效降低反射光量

詳細的製造過程原理. 目前是商業機密.


問: 請教一下鏡頭的驅動技術?
答: 如大家所知的. 過去Nikon 鏡頭, 是藉由機身內部的電磁馬達來驅動AF
這種方式可以驅動任何鏡頭(特別是薄型的定焦鏡)
但相對的也有一些缺點
馬達的轉速非常快, 必須使用較多的齒輪來降低馬達轉速
因此會產生比較大的聲音

因為齒輪運作正常必須要有一定的間隙
所以當機構立即停止時. 多少必須花一點時間才能完全停止

另外就是使用者的感受. 雖然每個人感覺不同. 但總的來說總是欠缺操作手感

所以針對這些缺點. 開發了超音波馬達(SWM)
組裝在鏡頭內.
基本上不需要透過齒輪即可驅動AF
因此減少噪音. 增加操作感. AF精度也可以提升


問: 超音波馬達有哪幾種呢?
答: 大略的區分有大中小三種. 小型是針對DX鏡頭開發的最新超音波馬達. 2005年18-55DX是第一隻使用它的鏡頭.


**超音波馬達
與一般使用磁鐵的馬達不同. 藉由(高達)超音波頻率的震動方式. 製造迴轉能量. 驅動AF組件
不需要齒輪. 安靜. 準確. 可即時啟動和即時停止.
也有搭付齒輪的小型超音波馬達

作動原理
結構分成兩部分. 下層的壓電素子. 以及上層的滾子
壓電素子只要通過電流就會產生變形
加上交流電壓驅動它. 就會產生振動
此時下層結構會產生進行波. 波峰則會形成橢圓軌道的運動. 透過摩擦力帶動上層的滾子



問: 最近常用以宣傳行銷的防手振機能(VR)如何呢?
答: 這八年內, VR機能大幅度地遍布到各種產品上.
起初是職業和高級業餘使用的, 高級VR鏡頭的VR機能改進.
最近則是平價化鏡頭產品也要逐漸加入VR機能


問: 技術上有什麼進化呢?
答: 發售初期的VR效果相當於快門三級. 最新的"VR II"提升到約四級快門
是因為偵測手振的角速度sensor性能的提升.
以及VR機能全體的制御性能提升使然.


**防手振機能

世界第一台防手振相機, 是Nikon 1994年所發售的Nikon zoom 700VR QD (ps.是不可更換鏡頭的相機)
當時是使用DC motor與齒輪, 來推動防手振光學元件
其作動原理與目前的VR相同

鏡頭內設置了兩枚角速度感應器, 負責偵測相機的上下, 左右方向手振的移位量
經過計算對應的位移量以後, 再移動防手振光學元件(VR鏡片)
用以移動光學元件的機構稱為VCM(voice coil motor?)

防手振光學元件的尺寸. 依據產品和鏡頭的大小各有不同
VR鏡片所需的驅動力. 和鏡頭的光學成相品質. 都是設計者必須下工夫考量的.

另, Nikon 的防手振鏡頭, 在快門曝光之前, VR鏡片會歸位到正中央
以確實得到足夠的防手振移動量
畫質也會比較理想