趣談大光圈：為什麼原廠不出F0.7這樣的鏡頭呢？

變焦為什麼做不了大光圈

在前幾天小胖寫的堆疊改善虛化二線性的文章評論裡，不乏這樣一種觀點“只有新手才會鍾情於大光圈”，這個說法可以有兩種解讀，一是針對鏡頭本身，二是針對大光圈帶來的虛化效果，但無論怎麼說，這句話都忽略了一個前提：在同等焦段的情況下，光圈大小往往與鏡頭綜合性能成正比關係，簡單理解來看，50mm F1。4就是要強於50mm F1。8，F1。4更出色的虛化效果只是它綜合素質更好的體現之一：因為光圈越大，鏡頭的用料設計難度就越高，用料好設計靠譜的鏡頭綜合素質自然是跟著水漲船高，因此大光圈往往就代表著高效能（切記前提：同等焦段，拋開應用面區別只看成畫素質，50mm F1。8也是抵不過100mm F2。8的）。

那麼，是不是說光圈做得越大，鏡頭素質就越高呢？其實這是個拋物線式的增量關係，想做到大光圈並不是什麼特別難的事情，早在上世紀四十年代的二戰時期，蔡司就為二戰時期的德軍夜視儀專案製作了50mm F0。7、70mm F1。0等透鏡，在現在來看這些也都是規格相當炸裂的產物，所以歷史早就告訴我們，在不計成本的前提下，單純只是把光圈做大依然是可行的。二戰結束後蔡司的50mm F0。7結構就被NASA徵用改進並生產了10顆，用於在空間站上以超低亮度拍攝月亮的陰面，也被70年代知名導演庫布里克改造為電影鏡頭拍攝了電影《亂世兒女》，其中有個場景就是完全靠蠟燭作為光源，硬是以100度（ISO 100）膠片迫衝200度+蔡司50mm F0。7鏡頭給拍了下來，成為了電影圈至今都難以複製的神蹟（主要是這鏡頭除了他之外別人沒有，沒辦法複製）。

所以不難看出，當年做大光圈的目的就是要夠明亮，膠片時代400度就已經算是比較高了，跟現代數碼相機ISO 3200都只是灑灑水完全不可同日而語，超大光圈雖然很明亮，但各種光學誤差也基本沒辦法控制了，在五六十年前大家要求的是“拍到”，而在這個4000萬畫素級時代大家要求的是“拍好”，這個區別就決定了現代鏡頭難以做到F1。0以內的超大光圈。

就目前的單反鏡頭來看，F1。2算是最大級別了，但大家依然會吐槽佳能50mm F1。2不太結實的焦內成像，以及85mm 1。2太淺的景深和難以把控的對焦，也總會吐槽它們非常明顯的焦內倍率色散和焦外軸向色散，紫邊王的位置坐得穩穩當當的（比如下圖85mm F1。2全開，貓的鬍鬚就有非常明顯的紫邊），再加上像散、口徑蝕等問題也將很難避免，而且大光圈鏡頭前鏡組都需要使用高曲率或折射率，具備放大功能的設計，如果在乎畫質的話，會對鏡片工藝提出很高的要求。綜上所述，在目前工藝下，F1。4就是各大廠商得出的“鏡頭光圈/成畫素質/研發成本拋物線峰值”，這個光圈的單反鏡頭基本代表了各家大光圈單反鏡頭成畫素質和機械效能的頂級水準，大於它，甚至想做F1。0以內？這不是花錢買罪受麼！

注：光圈值的定義是鏡頭入瞳徑/焦距（入瞳徑：從鏡頭前看進去的光圈視覺直徑，不是它真實的物理直徑，大光圈鏡頭前鏡組採用高曲率或高折射率鏡片，作用就是把入瞳徑放大）

有沒有注意到小胖不斷在強調“單反”鏡頭，如果你同時還是個冷門鏡頭愛好者的話，你應該聽說過中一光學這個品牌，它就敢為天下先地以國產品牌的身份，推出了50mm F0。95這樣的超大光圈鏡頭，但同時你也應該知道，這是一顆專門為索尼FE卡口打造的鏡頭，為什麼不出單反版本呢？因為想要做大光圈，在鏡頭物理結構上有兩個重要的設計點：鏡後距短、像場小，目的是在儘量短的距離內將盡量粗的入射光錐聚焦在CMOS上。FE卡口因為沒有反光鏡系統，後鏡組可以非常接近CMOS（前面提到的蔡司Planar 50mm F0。7鏡後距甚至只有4mm而已），所以就大光圈鏡頭的設計製造難度來說，無反有先天優勢，但作為唯一的全畫幅無反品牌，索尼為什麼不做超大光圈呢？看看中一50mm F0。95的官方樣張吧。

5000塊的鏡頭，說明中一真的盡力了，但這焦外光斑赤裸裸的表明了其光學素質的確不咋地。當然我們不能把索尼和中一的鏡片製造和鍍膜工藝同一並論，同時也必須為敢走在前頭的國產光學廠商鼓掌，不過現實是殘酷的，超大光圈就是這麼暴力，連中一這成畫素質也要賣到5000，以索尼的尿性，真造出來價格必然是20000以上，而且實用性可能還不如55mm F1。8……一線品牌在出產品之前一定會做精算和調研，既然一直沒出，說明了什麼就不需要小胖再明講了吧。

剛剛小胖說了，製造大光圈的兩大前提其一是鏡後距短（上圖為兩款50~70年前的超大光圈鏡頭結構圖，可以看到鏡後距非常短）。第二種方案就是小像場，像場簡單一點理解就是鏡頭入射光錐直徑，CMOS尺寸越大，光錐就必須夠粗才能實現整個CMOS的覆蓋，所以像場你也可以簡單等同於CMOS尺寸（這也是為什麼全畫幅無反鏡頭在同焦段同光圈的情況下不可能做得更小巧的原因）。CMOS尺寸變小一些的話，入射光錐直徑也相應變小，比如M4/3奧林巴斯和APS-C的富士就新推了一些F1。2鏡頭，不僅光圈夠大，體型還輕巧得很（看下圖，這就是一顆M4/3畫幅F1。2鏡頭的體型）。不談等效全畫幅鏡頭光圈的信噪比和彌散圓直徑，至少可以獲得更快的快門速度，也是一種便利。

就算是單反鏡頭，適馬的APS-C專用鏡頭也把變焦做到了50-100mm F1。8，如果再往極限一點說的話，比如X光機等醫學影像器材的鏡頭基本都大於F1。0，甚至可以到F0。5，高倍率顯微鏡的物鏡更是可以做到F0。33這種實際光圈去，歸根結底就是像場小外加工作距離固定方便矯正，用相機轉接顯微鏡拍攝時你就會發現只有中心部分在成像，原因就在於像場很小，無法覆蓋相機CMOS。

關於各個焦段的最大光圈，可能你會觀測到一個現象就是：焦段越長，最大光圈就越小。這個說法是成立的，長焦鏡頭的鏡頭長度隨焦段增大而增大，這就好比一條50米的隧道你站在入口看到的出口很大，但500米的隧道你就只能看到一個小小的出口了，越長焦最大光圈就越小，呈單調遞減關係。

但反過來說並不是廣角就有利於做大光圈，這主要是受制於前鏡組和CMOS形態，人眼之所以能做到超過180°的視野（包含餘光）主要因為眼球是球體，但CMOS卻是平面，鏡頭視野越廣，邊緣失光率越高，成畫素質下降速度越快，而且光圈越大越明顯，同時燈泡前鏡組動不動做到快100mm對工藝來說也不是開玩笑的。所以一般24mm可以做F1。4，但20mm就只能F1。8，真正的非移軸超廣14mm大多數就只能做F2。8了。適馬倒是做了個14mm F1。8，但95mm的燈泡前鏡組再加上1120多克的龐大體型幾乎達到了極限，作為對比，佳能14mm F2。8 II燈泡前鏡組只有80mm直徑，體重更是隻有620克出頭，甚至比自家的24-70 DG OS HSM還要更為龐大（參照下圖），再加上連適馬都要賣到9999的價格，都一切說明超廣想做大光圈有多不容易。

不可否認的是，在極限光圈的研發上，現代鏡頭還是更傾向於保守的市場策略，這也跟大環境有關，上世紀中葉的影像器材主要都是軍用，研發動力很大，而現代影像器材主要是民用（專業產品其實進步還是很快，但與民用存在很大程度的不相容性），你可以認為多多少少會有一些擠牙膏的成分在裡面，進步幅度比較小速度慢，商業顧慮比較多，想要在大光圈設計上看到激進態度幾乎是不可能的事情，多少還是感覺有些遺憾吧。