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专利|DA*16-50mm F2.8 PLM专利模拟

天魔王 PENTAX和LEICA笔记 2021-07-17

      7月15日,理光映像毫不意外又出乎意料的“欣然”了早就现身画饼的新一代DA★16-50mm F2.8 PLM(以下简称1650)。此代1650取消了饱受诟病的早期SDM微型超声波马达,换成了对焦速度有口皆碑的PLM步进马达。第一代1650饱受诟病的不仅仅是SDM马达,还有那拉胯的光学素质。于是,变更设计成为二代1650翻身的唯一途径。



      其实这个残念一直萦绕着PENTAX,早在2016年时,能村洋一就申请过一个APS-C画幅的16-50mm F2.8的专利设计(特願2016-181399),该设计重点针对一代1650的色散进行了修正,从而提高光学素质,但这款设计并未得到采纳。



      于是,便有了我们今天的主角——特願2019-231486(特開2020-154286),这便是DA★16-50mm F2.8 PLM的专利。这份专利申请于2019年12月23日,公开于2020年9月24日。日本专利登记在理光株式会社名下,但美国专利(US2020292797)却是以设计师个人名义申请。关于这点原因,魔王没想通,也许只有当事人才清楚个中缘由吧。


      这份专利的设计师为中山貴裕(Nakayama Takahiro)和古賀知也(Koga Tomoya)。其中古賀知也是个熟脸,为光设部职员,DA55-300mm PLM、DA18-50和被砍掉的DFA70-300SR均出自其手。另一位中山貴裕则是第一次在光设专利中出现,中山并不是光设部门的成员,而是理光新事业部“尖端技术研究所HDT研究中心第二研究室第三研究小组” 的成员,这也是首次专利登记有非光设设计师担纲的情况。

(古賀知也,为什么我感觉和赵宁老师很像?)


       特開2020-154286这份专利设计重点为了达成在控制体积的基础上实现大口径、高性能和快速对焦,以彻底解决一代1650背负的所有不足,实现翻身。该专利一共有9个实施例,其中实施例1-7为16-50mm F2.8的设计案,实施例8为15-45mm F2.8的设计案,实施例8和实施例9为18-100mm F2.8的设计案。


      官方公布的镜头结构中,第十枚镜片为异常低分散玻璃(AD镜片),在16-50mm的设计案中,只有前三个实施例该位置为对应的AD镜片。魔王分别针对实施例1、实施例2和实施例3在ZEMAX中进行模拟。其中实施例1和实施例2模拟结果部分数据偏离正常值较大,排除量产可能性,最终锁定实施例3为DA★16-50mm F2.8 PLM量产版专利。接下来,魔王重点针对实施例3进行分析。



(16mm光路图)


      从结构上看,DA★16-50mm F2.8 PLM依然为非常常规的大光圈标变设计,16枚10组设计,五组两两胶合的镜片也是常规操作。物方第四枚和第六枚采用PENTAX的传统技能——树脂复合非球面。该技术源自平川纯、伊藤孝之、泉水隆之和千叶亨于1993年公布的一项专利,该专利表明将树脂充分搅拌后涂在玻璃上镜片上,加入硬化剂加压形成非球面。这两枚复合非球面镜将前组产生的大量的欠矫正球面相差进行修正。你以为这就完了?远不止此,还有另外的四个非球面组成的六大AL共同修正球面像差,不可不说令人咋舌。


      魔王粗略一算,一共16枚镜片的DA★16-50mm F2.8 PLM采用了12枚高折射镜片,其中不乏镧冕玻璃(S-LAL18、S-LAH97、S-LAL8)、重镧火石玻璃(S-LAH55VS、S-LAH95、S-LAM66)等贵重之物。而剩下的四枚镜片也没闲着,其中三枚是低色散氟磷冕玻璃,另一枚是更为高级的异常低色散玻璃(AD镜片)

      DA★16-50mm F2.8 PLM本次采用了三枚氟磷冕玻璃ED镜片,分别为物方第9枚、第15枚和第16枚。其中第9枚和第16枚为小原的S-FPL51(与佳能祖传的UD镜片同款)。第15枚为HOYA的FCD1,其实小原的S-FPL51和HOYA的FCD1可以视为同款玻璃,均是CODE:497816的玻璃,魔王不太理解为什么PENTAX要在同一CODE上采用两家材料,其中有个猜测魔王后面再聊。


      DA★16-50mm F2.8 PLM此番也是宾得首次用氟磷冕玻璃玻璃制作非球面镜片,而且均为双面非球面镜片。这是自DFA★85mm F1.4首次采用双面非球面镜片之后,更进一步在硬度很高的氟磷冕玻璃上进行非球面加工,要知道氟磷冕玻璃很脆,在加工过程中崩坏的可能性也比较大,非球面的加工更是难度上升一个级别。不得不说,这两年PENTAX的玻璃研磨工艺确实有比较明显的进步。


      此处,魔王不得不说有一处担心,便是倒数第二枚镜片为折射率高达2.0的HOYA家大名鼎鼎的TAFD55(专利明确表明是TAFD55,而非2019年改良的TAFD55-W)。为什么说会担心呢,TAFD55是大名鼎鼎的“名门正派”不敢使用的玻璃,这枚玻璃本身透光度就比较低,再加上红色光谱有一段透光度突然降低,形成一个破洞,这个破洞会导致明显偏色。适马很多ATR镜头中的SLD镜头均有这块玻璃存在,这也是适马为什么色彩非常奇怪的原因之一。


(TAFD55和TAFD55-W,老款TAFD55着色度确实异常)


      这里说回魔王的猜测,为什么CODE:497816玻璃采用不同的两家的玻璃,也许采用HOYA的FCD1是为了弥补TAFD55带来的偏色。


      废话不多说,来看看魔王针对实施例3的模拟效果吧


一、变焦光路图

      (16mm-28mm-50mm变焦,光学总长逐渐变长)


二、MTF曲线模拟



      通过对各主要焦段的各级光圈进行的MTF曲线模拟对比可以得出如下结论:

      1、各焦段均为高反差高解析力设计;

      2、全程焦外一致性都非常好,二线性较弱;

      3、光圈全开解析力非常优秀,F5.6时解析力和反差均达到峰值;

      4、边缘画质非常好,与中心差距非常小,随着光圈缩小差距越来越小;

      5、像场平坦,场曲小,除全开外,几乎没有像场分裂;


三、网格变形



      从网格畸变图来看,16mm的桶形畸变较为明显,最大畸变为-3.6351%,在APS-C的16mm焦段属于控制的较为不错;28mm焦段桶形畸变得到明显控制,最大畸变仅为-0.5233%,几乎肉眼不可见明显变形;50mm焦段的变形控制进行了过矫正,变形变为枕形畸变,最大畸变为1.8648%,除最边缘仍可看出变形,其他区域几乎不可见变形。


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,16mm和28mm的像场非常平坦;50mm时画面1/2处为过矫正状态,到了画面边缘场曲过矫正又被拉回,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。

      至于变形,结论与网格变形测试结论完全一致,不再多言。


五、横向扇图




     直接看结论:

      1、横向色差控制非常优秀,几乎难以看到明显色散;

      2、弧矢面场曲、球差以及彗差修正非常优秀;

      3、子午面场曲、球差控制优秀;

      4、子午面除16mm最边缘产生较为明显彗差,其他焦段及全部画面的彗差控制较为不错;


六、标准点列图和离焦点列图


(标准点列图)


(离焦点列图)


      标准和离焦点列图可看出球差、像散和彗差,从以上两张图可以看出

      1、镜头在16mm时彗差最为明显,毕竟彗差是广角最难以控制的像差之一,即便如此,16mm大部分范围彗差控制都令人满意,唯独边缘彗差控制稍弱,仍然有很大的提升空间。

      2、像散控制令人满意,中心几乎看不到像散,除边缘稍稍出现像散情况,整体像散控制的均达到不错的水平;

      3、球差控制的非常优秀,



      模拟完专利实施例3之后,可以断定DA★16-50mm F2.8 PLM的光学素质较之第一代1650有着本质上的飞跃,无论从解析力、场曲、色散球差均有非常不错的成绩;在彗差和变形上,16mm作为超广角焦段,控制难度较大,出现较之其他焦段更为明显的像差,属于可以接受但不愿妥协的程度。DA★16-50mm F2.8 PLM完全可以断定,这是一只素质非常优秀的镜头,至少纸面上确实如此。至于实物如何,就看量产的公差控制和品控把关了!我们拭目以待吧!


      有朝一日刀在手,定叫长江水倒流!

      DA★16-50mm F2.8 PLM,他做到了!

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