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【xx】【转载】宇宙级大光圈——神话般的蔡司Planar 50/0.7

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【转载】编者序:
蔡司无疑是这个星球上最有名的摄影器材生产商。
纵观近170年的蔡司历史,其中推动摄影进程的镜头不尽其数;
恐怕除了福伦达公司的Petzval、爱展能公司的Retro Focus结构和Cooke公司的Cooke triplet
没人能撼动,也没人妄想撼动这位光学巨人在摄影史上的地位
数不尽的光学设计,从Dagor到Plnanar,再到Tessar Sonnar Hologon...
一代又一代蔡司工程师鞠躬尽瘁,编造了一段又一段光学传奇。
这里要讲的就是一支脍炙人口的镜头,
也是19世纪最高速的实际生产过的摄影镜头——
神话般的Zeiss Planar 50mm F/0.7镜头


本文经原作者同意,转载自银河铁道工业设计局/valenr的新浪博客
——————————————————正文————————————————————

本文经http://www.marcocavina.com/的网站所有者(原文作者)书面授权许可翻译发表,由于纯图将导致超大图的关系,因此通过blog引用的方式转载。请尊重原作者及译者权利。
(另外希望各位能支持Marco Cavina以一人之力撰写大量文章、维护网站,如果有国际Paypal请为他捐款,页面及相关说明见:http://www.marcocavina.com/articoli_tecnici_fotografici.htm)
神话般的Zeiss Planar 50mm F/0.7镜头与大导演库布里克




原作者:Marco Cavina
意大利文译英文:google翻译(译后人工校对)
英译中:银河铁道工业设计局/valenr
(本文尊从网页上的原文顺序,未根据更新时间进行调整)
红字为译注及吐槽,黑体为另外的文献源,所有图均由原作者重新加大水印)


IP属地:浙江本楼含有高级字体1楼2015-02-13 08:46回复
    这个NASA和库布里克都用过的Planar 50mm f/0.7,实际上就是源自二战时的夜视项目,并作为红外夜视镜的主要部分(透镜),装在在纳粹的多种武器系统上。
    楼上那张图图左就是70mm F/1.0,可以看出同50mm F/0.7在设计理念上大体一致——对称的胶合双高斯透镜结构,以及一组同1847年Piazzi Smyth设计的Petzval镜头一样的后镜组(这里只是指下图的设计,Petzval当然是Petzval先生设计的…)。
    在这两个结构中,镜后距都非常小(此Planar结构中进一步缩小到仅有约4mm)。而二战的那只镜头结构中最后两片镜片之间50mm空隙很不寻常,有一种假说认为是用来安装栅极的,也有人认为是用来安装光电倍增管直接增强光线,而不使用红外成像(用来安装栅极/ for the use of cathode ray tubes in cascade因为我电学专业词汇不懂,暂且翻译为栅极)
    *注 LZ认为是阴极射线(一种物理实验仪器)所用的镜头

    在差不多已知的42种红外夜视镜的设计模型中(包括各种变形),上述三种是最接近20多年之后的Planar 50mm F/0.7的。确实是意想不到的万恶之源【划掉

    就像在Leitz看到的一样(我不知道这里指地理位置还是老leica公司,按理说上下文没有leica什么事情?),Zeiss的这个用于军用的夜视镜设计也是源自更早的20世纪30年代的X光射线镜头。
    而X光镜头设计的初衷则是被称为Programm offenbar(德文)的德国对其国民肺病状况的调查计划。这一健康调查计划设计使用Zeiss产F/0.85的X光镜头。
    现在看来那镜头包含了Planar 50/0.7的所有设计要素,包括超小的镜后距(30年代的那只镜头,镜后距为0,同时最后一片镜片的后表面是平直的,接触底片时可以完美的压住使之绝对平整)
    *注 LZ认为这里的徕卡指的是改自X光的Leitz 90/1.0军用镜头


    IP属地:浙江本楼含有高级字体3楼2015-02-13 08:58
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      ______________________________________________________________________
      2011年4月20日更新
      Planar 50mm f / 0.7 由Erhard Glatzel设计,他设计了4种原形镜并最终定型生产了我们所看到的Planar 50mm f / 0.7。
      Glatzel由50mm F/1.0起步(视角30度——所以最初的设计就不是全画幅。如果全画幅36x24那视角应该是50度)开展手工计算(我了个去呀…),用10片镜片来设法更好的矫正相差,后镜组非常接近焦平面。
      最初模型的设计受制于繁复的计算工作,因此他们使用人工计算也借助IBM7090型计算机(1960年市值290万美元,折合现在2500万美元…)
      下图就是从最初到定型的几种结构
      (manual为人工计算,automatic是计算机设计,prototype=原型)
      (K表示光圈,production lens为定型产品)
      *注 这一切都是命运石之门的选择

      在镜头设计的变迁中我们可以看到——从第一型到第二型的变化上,设计者人为的将第二片镜片由单片变成双胶合透镜,用来克服负的球差(sum of Seidel I/赛德尔第一象差,我没有见到明确给赛德尔象差排序12345的说法,不过既然是双胶合透镜,而且一般来说赛德尔五象差第一位都写球差,因此我这里也翻译成球差,大概是没错)
      但是接下来的计算优化将这一改变平均分配给了光圈左侧的第一片透镜(见第三原型),因此增加了无谓的加工难度。因此在第四原型中人为将第一、二、三片镜片合并为一片透镜,然后通过计算机对各表面进行优化,完成定型设计。
      设计者Glatzel本人也指出了同前文提到的F/0.85 X光镜头结构上确实相似,
      不过他说“把F/0.85推进到F/0.7也是很了不起的!是不是~是不是?”(是很厉害啦,Glatzel大人)



      IP属地:浙江本楼含有高级字体4楼2015-02-13 09:02
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        未曾公开过的 Zeiss Planar 50mm f / 0.7 MTF曲线图哦!
        在光圈全开时测量。空间频率0~20线对(关于MTF的这里有一段解释,说明数据怎么测的,但是因为原文是意大利文,所以在此基础上翻译出来的英文术语很难理解,我也不是光学专业出身。以下文字仅供参考)
        sag是Sagittal,平行于直径的线条;原文中tangential大概系指切线,也就是图中的mer= Meridional。
        0/10/14是偏离像场法线的角度,由于视角30度,因此0度就是像场正中间,也就无所谓 sag还是mer;
        10度是像场半对角线的中心位置,而14度则是像场的边缘位置。
        然这些数据并不特别出众,但对于这项目来说着实不错了。

        Erhard Glatzel,Planar 50mm f / 0.7之父。
        承蒙Larry GuBas 提供图片



        IBM 7090全貌,20世纪50年代推出,Glatzel用其进行光学计算,在当时价值290万美元
        (2500万美元,今日的),或者说…月租金6万3千5百美元。
        (图片引用自computer-history.info,电脑前那个人不是Glatzel)

        Planar 50mm f / 0.7原始图,未作任何改动(没有对焦环,Compur 3号电子快门),
        曾是已故zeiss Historica前负责人、收藏家Charles Barringer的藏品(此人也是我之前weibo提到的40mm F0.33那个搞笑产物的记录人)。
        图片引用自Westlicht Photographica Auction – Vienna



        一张拍摄于Oberkochen(二战后西德Zeiss所在地)的Planar 50mm f / 0.7,
        镜头底下的就是原始设计稿。
        这支镜头已经安装了卡口和螺纹对焦环,标尺为英制。
        图片引用自photoscala.de

        这张特写中可以看出,对焦标尺距离标的很细(便于估焦)
        光圈则从F/0.7到F8可调(这个好像把镜间快门拆了,不过光圈还保留了)
        (另外根据其他资料指出,这个对焦标尺是双刻度的,为了保证精确对焦和足够长的对焦行程,所以这个对焦环行程>360度,但不超过2圈,具体多少没说。最近对焦距离约5英尺)


        IP属地:浙江本楼含有高级字体5楼2015-02-13 09:08
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          将这个镜头和Planar 50mm f / 0.7的结构图放在一起就能看出很多相似性,包括两个镜头的镜后距都很小。
          正如上文提到的,这支Planar的源头是1847年Piazzi Smyth设计的Petzval镜头,
          然后在纳粹德国的实验中用来同阴极射线管组合为红外夜视镜,共轭后组的像场弯曲进行了特别修正以适应射线管*,极小的镜后距和其他表现也使得原文作者Marco Cavina先生推测这支50/0.7可能本来给NASA设计的时候就是用于类似的用途——配合阴极射线管来拍摄红外图像,或者光电倍增管…
          但这无法解释原型(上文中“没有任何改动”的那一只)镜头上的大号镜间快门,只有普通摄影才会用到啊…?
          *注 应该是阴极射线
          (diverging group=发散透镜组,teleconverter=增倍镜,field format=像场)

          这张示意图表明了常规的焦距增倍镜(一般被摄影师用来增加焦距)和Luboshez 及 Herzberger在设计(也是Planar 50/0.7)中使用的汇聚透镜组。
          增倍镜扩大图像,因此单位面积上的光线减弱了;汇聚透镜则相反,聚集光线到一块较小的面积上,因此单位面积的光强增加了。因为视角并未改变(见上文的说明,较长焦距较大底片vs. 较短焦距较小底片,所以不变)而且成像圈缩小、焦距缩短
          所以如果想保证原来的画幅/成像圈的话就得在(不包括汇聚透镜的光路)设计之初保留足够的成像圈余量(这样就算缩了还是能覆盖底片的~)
          从NASA原始合约来推断,这并不是空穴来风。
          早在1960年4月1日(这个日子不太可靠啊…不过是真的)发射的Tiros 1号卫星就带有电视摄像系统(TIROS I /TIROS-1是第一颗成功的气象卫星,是电视摄影及红外线观测卫星系列之第一颗 by wiki)
          而J.F.肯尼迪(中枪死的那一位总统?)宣称要加速宇宙空间开发则进一步推动了对大光圈镜头的需求
          尤其是要求在60年代实现载人登月。
          肯尼迪同志大幅增加了预算,促成了登月计划的发展
          NASA因此计划发射5艘”流浪者”飞船(为啥国内当时给翻译成了这个…Ranger叫做游骑兵不是更帅气么)进行绕月图像探测,包括对月球的暗面进行测绘。
          1961年1月23日发射了第一艘流浪者号,不过直到1962年4月23日发射的流浪者4号才顺利到达绕月轨道(“俺们那个时候载人登月就和划着洗衣机横渡大西洋一样”…我突然想起来这句话了)
          这一系列卫星搭载了超大光圈摄影镜头——1953年3月Pierre Angenieux(法国Angenieux/爱展能的创始人)凭借一己之力设计的高斯结构100mm F/1.0的镜头,
          可能就是用于对付月之暗面的极端弱光环境(1964年流浪者7号发射,并传回了第一张月球轨道拍摄的月面照片)
          而最早进入月球轨道的流浪者4号早就同这法国大眼睛在一起摔在月暗面里。
          *注 Pierre 怎么TMD又是你

          Pierre Angenieux设计的F/1.0镜头结构图
          基于经典的对称高斯结构,并未使用当时最先进的玻璃(基本参数都有了,谁去做一只看看?)
          可能是通过使用F/1.0的镜头拍摄时NASA科学家发现这一光圈还不足以捕捉月球暗面的影像
          因此在著名的阿波罗(Apollo计划,1960年7月公布)计划中
          NASA委托Zeiss开发更大光圈的镜头,即这支50mm F/0.7


          IP属地:浙江本楼含有高级字体7楼2015-02-13 09:21
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            麻痹好累啊原作者什么耐心写下去的


            IP属地:浙江8楼2015-02-13 09:23
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              注意烛光边缘的色差







              浅景深使得人物从背景中凸显。


              IP属地:浙江11楼2015-02-13 09:37
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                PLANAR 50mm f / 0.7 加上KOLLMORGEN附加镜
                注意光圈全开时边缘成像质量的下降,这是附加镜头造成的。


                注意角色O’Neal身后那些处于焦外的蜡烛火焰所表现出来的镜头慧差
                (焦点上桌前的蜡烛则没有…但是有色差~)

                从德国纳粹秘密武器到探月利器,再从NASA实验室走入库布里克的伟大电影,
                这错综复杂的历史源流不失为人们在追求光影的历史中所展现出的一种浪漫,
                这就是Planar 50/0.7,能真正担当起“镜神”之名的镜头
                (译者:最后也请记住为这个镜头改造的人,Ed Di Giulio,导演,曾经是 Mitchell Camera Corporation的副总裁,后创立Cinema Products Corp。2004年6月4日逝世,享年76岁。也是历史铭镜Cine-Pro T9 24-480mm zoom lens的制作人,该镜头被用于拍摄《发条橙》的部分场景。这里的制作人更接近电影工业中“制片人”的含义)
                ——————————————————————————————————————————
                声 明!!
                未经原作者及本人允许,禁止转载于任何纸质媒体(包括但不限于报纸、杂志,海报等),禁止用于任何商业行为(不论是否盈利),网络转载只允许全文转载,不得对本文进行任何删改,必须标注原作者,出处,以及译者。学术研究目的请按规范引用。
                上文中黑体部分参考Two Special Lenses for "Barry Lyndon" by Ed DiGiulio,该人曾经为Mitchell Camera Corporation的副总裁,所以才会改造Mitchell摄影机给库布里克用么…此篇文章也在申请翻译授权,是关于50/0.7的改造实录。


                IP属地:浙江本楼含有高级字体12楼2015-02-13 09:42
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                  这你他么开小号水的飞起


                  13楼2015-02-13 09:59
                  收起回复
                    19世纪笑尿hhhhhh


                    14楼2015-02-13 14:27
                    收起回复
                      其实mtf全开0.6起跳和莱卡的summarit差不多水平了


                      IP属地:浙江来自iPhone客户端15楼2015-02-13 15:54
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                        看起来好复杂,管他呢,买徕卡就得了


                        IP属地:广东16楼2015-02-13 18:12
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