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索尼E卡口是直径最小的卡口 小卡口真的会制约全幅镜头画质么?

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早前时间,徕卡专业产品主管Stephan Schulz在采访中表示索尼E卡口太小了,设计全幅镜头会遇到问题,无独有偶适马也抛出过相同的观点。在全幅无反相机中,索尼E卡口是直径最小的卡口,只有46mm,远远逊色尼康Z的55mm、佳能RF的54mm,甚至不如APS-C画幅的富士X卡口(47mm),小卡口真的会制约全幅镜头画质么?

在用于全幅开始,E卡口就是一个问题不断的卡口

CMOS图像传感器的大小决定了镜筒直径与出射瞳大小,也就是说卡口内直径不能短于传感器对角线长度,在理想情况下法兰距应该等同于传感器对角线长度。全幅的对角线长度为44mm,46mm直径的E卡口是能满足全幅需求,可徕卡、尼康、佳能、富士无不选择了大直径卡口,并尽可能缩短法兰距,这是为何呢?

最理想的情况下,光线在经过镜头聚焦后应该垂直入射到整个传感器上,这样能最大程度避免慧差、色散一系列光学缺陷。然而实际上是难以做到,镜头投射到传感器表面的光线,距离中心越远,与焦平面夹角越小,色散、慧差越发严重。传感器每一个像素表面都有一个微透镜,假若入射光线做不到垂直入射,微透镜会进一步增加暗角与色散问题,而且这种色差是极难以通过数字校正抵消的。

在法兰距不变的情况下,增加镜头最后一片镜片直径(上图),能明显缩小传感器边缘入射光线与焦平面的夹角,改变边缘画质。要把最后一片镜片做大必须加大卡口直径,全幅传感器对角线(成像圈)达到了44mm,直径只有46mm的E卡口面对全幅非常吃亏,边缘大暗角、口径蚀严重成了FE镜头常态。

在今天,最受卡口大小限制的不是E卡口,而是M卡口。也许有人会说M卡口直径只有44mm,可它有Noctilux-M 50mm f/0.95 ASPH超大光圈镜头啊,在EF卡口都无法做出如此高速镜头。Noctilux-M 50mm f/0.95 ASPH纸面数据非常好看,但无数评测数据、真实体验都表明这是一支暗角吓人,边缘分辨率极低,光圈必须收缩到f/2.8才堪一用的镜头,所以到了L卡口上徕卡决心把卡口做大。

在A7II内置机身防抖后,进一下凸显了E卡口直径不足。我们知道,机身防抖是通过传感器的运动抵消抖动实现的,也就是说传感器会在大于36×24mm范围内移动。假若CIS在38×26mm范围内运动,对角线长度就达到了46mm,去到E卡口极限。机身防抖要求更大像场、更大卡口直径,这点E卡口是无法提供的,直接限制了机身防抖效果。

大直径卡口能明显提升画面边缘画质,那短法兰距又是为何呢,前文不是说理想情况下法兰距应该等同于传感器对角线长度么?

上图是EF 35mm f2 IS USM与RF 35mm F1.8 MACRO IS STM光学结构对比图,前者是一支典型反望远结构的广角镜头,为了在44mm长法兰距下获得广视角、大光圈,不得不在镜头前组中采用2组2片大尺寸镜片。相反,RF 35mm F1.8 MACRO IS STM回归到旁轴镜头设计,只在镜头后组上用了1组1片大尺寸镜片,实现了相同的边缘入射角度,镜头还变得更短。不过最充利用短法兰距、大直径优势相机镜头应是尼康Z 14-30mm f/4S,它在与Z 24-70mm f/4S相近的尺寸下实现14-30mm视角,以及恒定f/4.0光圈。

Z 14-30mm f/4S

在ARRI Alexa LF和Signature Prime镜头上,很好印证了短法兰距、大直径的价值。ARRI Alexa LF摄像机采用了全幅CIS(实际比全幅略大),可得益于法兰距更短、直径更大的LPL卡口(直径达到了62mm),简化了镜头光学结构,大部分Signature Prime镜头都比Super35画幅镜头Master Prime镜头轻巧(Signature Prime 47/T1.8 M重量为1.8KG,与其视角相近的Master Prime 32/T1.3重达2.3KG),其中18mm到125 mm的Signature Prime还实现了统一镜筒。

Signature Prime镜头,为了实现垂直入射,最后一片镜片直径非常吓人

与之相反,索尼在研发大光圈FE镜头时,受限于E卡口,不得不回归单反镜头设计,结果在FE 16-35mm F2.8 GM、FE 100-400mm F4.5-5.6 GM OSS等镜头大幅度增加了法兰距,画质表现只能谈得上锐。到了FE 24mm F1.4 GM镜头上,索尼也许了解E卡口先天不足,一心把镜头做小,发挥E卡口“小的优势”。

FE 16-35mm F2.8 GM镜头,法兰距大幅度拉长

在研发A7之时,索尼没有拿出勇气,继续沿用为APS-C画幅设计的E卡口,做成了种种先天不足。相反佳能吸取了索尼的不足,拿出了壮士断臂的勇气,抛弃EF-M卡口,重新设计了大直径的RF卡口。大直径、短法兰距卡口能提供更好的画质,有助于缩小镜头尺寸,另一方面它会明显降低机身强度,在设计机身时要加固机身正面与卡口周边强度,可瑕不掩瑜。

全新RF卡口,壮士断腕算是佳能老套路了

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