带微距镜头的Olympus MC-20增距镜  

  带微距镜头的Olympus MC-20增距镜  

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本页介绍与传统微距镜头耦合的Olympus MC-20增距镜的测试。 

从20世纪后期到现在,大多数微距镜头都连续对焦,从无穷远到最大放大倍数为1倍。增大放大倍率的传统方法是在相机和镜头之间插入延长管。但是,大多数现代微距镜头都使用一个或多个“浮动”光学组来校正不同焦距下的像差。

尽管术语“浮动光学组”唤起了随风和水流自由移动的浮动物体的图像,但是浮动光学组的位置由精密机械凸轮严格控制,并且具有很高的可复制性。浮动光学组的位置没有任何随机性。“浮动”一词仅表示当焦点改变(或在某些镜头中转动了手动调节环)时,该光学组相对于其他光学组移动。

向具有浮动光学组的镜头添加延伸镜的主要问题是,延伸镜会改变镜头与传感器之间的距离以及放大倍率(相对于在聚焦刻度上显示的放大倍数),因此必须对镜头进行强制操作在其设计参数之外工作。这可能会增加像差并对图像质量产生负面影响。

避免此问题的一种传统方法是,在1倍以上使用时将镜头倒转,使其后部指向被摄体,并在镜头和相机之间根据需要添加延伸环。反转时,还应调节具有浮动组的透镜的聚焦环,以指示实际放大倍数的倒数,以便在其设计参数范围内仍可以使用光学系统。例如,在倒置镜头的放大倍数为2倍的情况下,应将聚焦环调整为显示0.5倍的放大倍数(即1/2)。无论光线的方向如何,光线都会沿着相同的路径穿过镜头光学系统,因此该策略仍以最佳设计使用镜头。仍然存在许多可能导致图像质量下降的问题,包括增加的衍射和考虑到一定的传感器像素数来计算镜头分辨率的事实,并且当放大倍率超过其设计最大值时,迟早会达到其极限。现代镜头的一个更大的问题是,一旦反转,它们的电子设备将不再与相机连接。在某些情况下,这会在触发相机快门时阻止其光圈接近所需的设置。需要访问镜头中各种电机和执行器的电子功能不再起作用,包括在曝光过程中将光圈自动降低到预设值,基于镜头的图像稳定,自动对焦,相机内对焦包围和相机内对焦堆叠。放大倍率超过设计最大值时,迟早会达到其极限。现代镜头的一个更大的问题是,一旦反转,它们的电子设备将不再与相机连接。在某些情况下,这会在触发相机快门时阻止其光圈接近所需的设置。需要访问镜头中各种电机和执行器的电子功能不再起作用,包括在曝光过程中将光圈自动降低到预设值,基于镜头的图像稳定,自动对焦,相机内对焦包围和相机内对焦堆叠。放大倍率超过设计最大值时,迟早会达到其极限。现代镜头的一个更大的问题是,一旦反转,它们的电子设备将不再与相机连接。在某些情况下,这会在触发相机快门时阻止其光圈接近所需的设置。需要访问镜头中各种电机和执行器的电子功能不再起作用,包括在曝光过程中将光圈自动降低到预设值,基于镜头的图像稳定,自动对焦,相机内对焦包围和相机内对焦堆叠。当触发相机快门时,这可以防止它们的光圈接近所需的设置。需要访问镜头中各种电机和执行器的电子功能不再起作用,包括在曝光过程中将光圈自动降低到预设值,基于镜头的图像稳定,自动对焦,相机内对焦包围和相机内对焦堆叠。当触发相机快门时,这可以防止它们的光圈接近所需的设置。需要访问镜头中各种电机和执行器的电子功能不再起作用,包括在曝光过程中将光圈自动降低到预设值,基于镜头的图像稳定,自动对焦,相机内对焦包围和相机内对焦堆叠。

一些摄影师报告说,使用增距镜代替延长环可以解决上述问题。现代增距镜在镜头和相机之间传送电子信息,而在使用增距镜时,带有浮动组的镜头在其整个聚焦范围内仍可在其设计参数内正常工作。不幸的是,当前用于无反光镜相机的增距镜只能在长焦镜头上使用,并且其前光学元件从其前支架伸出,并不能与其他镜头一起使用。据报道,通过在镜头和增距镜之间增加带有电子信号传输的延长管,已经取得了一定程度的成功,但这又带来了迫使镜头在其光学设计参数之外工作的问题。

还有其他方法可以使用1倍及更高放大倍率的传统镜头(不仅是微距镜头,还包括其他类型的镜头)。其中一个是在相机上安装聚焦无穷远的镜头,然后在第一个镜头的前面安装第二个镜头(通常是相反的)。从原理上讲,这可以有效地构建与现代复合显微镜中使用的无穷大校正光路相当的无穷大校正系统。该无限系统具有令人感兴趣的光学特性。在给定的放大倍率下,其有效光圈比单独的前透镜要快,尽管工作距离较低(增距镜的效果在两个方面都是相反的,请参见下文)。前后连接的两个相同的相机镜头会产生1倍的放大倍率,并且往往会抵消彼此的一些像差。如果两个镜头的焦距不同,则放大倍率等于后焦距与前焦距之比。如果反向前透镜设计用于35毫米SLR / DSLR,则无论系统的放大倍数如何,系统的工作距离约为40-50毫米,如果透镜用于大幅面SLR,则系统的工作距离是其两倍。

堆叠镜头是另一个术语,表示两个镜头具有可比性的系统,两个镜头安装在相机上(有时通过扩展架安装),第二个镜头颠倒安装在第一个镜头上。该术语不一定表示无限远系统,因为第一透镜可能未聚焦在无限远处。这种系统的放大倍率可能与两个焦距的比率不同,并且图像质量在很大程度上是不可预测的,必须针对镜头,距离和放大倍率的特定组合进行测试。

前后连接的两个透镜的系统的特征是,最靠近对象的透镜的光圈可能未最佳放置以控制系统的光圈。在两个镜头之间的空间中安装一个光圈可能会更好。后透镜的光圈通常保持完全打开,因为它通常会减小像圈的大小,而不是减小系统光圈。在高放大倍率下,两个透镜通常都完全打开以将衍射限制在最小。

在微距镜头的前面添加会聚消色差透镜(或专门设计的多元素会聚光学系统)也是放大对象1倍以上的一种方法,尽管这是以工作距离为代价的。同样在这种情况下,只有测试才能判断给定的设置是否有用。

这些替代光学系统的复杂性和不确定性值得在此页面上进行比实际可行更长的讨论。例如,在photomacrography.netcloseuphotography.com上讨论了所有上述方法。还建议使用这些链接,以获取有关在显着高于1倍的放大倍数下使用镜筒透镜和无限远校正显微镜物镜的信息。

像本页讨论的增距镜方法一样,大多数情况下,双镜头系统在1倍及以下的放大倍数下都不是那么有趣,在这种情况下,现代微距镜头可提供出色的图像质量,简单易用的功能以及对相机功能(如焦点堆叠和对焦)的访问权限。包围。

  带微距镜头的Olympus MC-20增距镜  
经过测试的微距镜头,增距镜和转接器。
第一行,从左至右:
Sigma 180 mm f / 3.5 Apo Macro DG HSM D,
尼康AF Micro Nikkor 105 mm f / 2.8
CostalOpt 60 mm f / 4 Apo
左下:尼康Micro-Nikkor-P Auto 55毫米f / 3.5。
右下:在Olympus MC-20上将Metabones Nikon F转为Micro 4/3适配器。

在本页上,我将讨论一种简单的替代方法,将这些增距镜与微距镜头一起使用,同时完全避免使用加倍镜。摄影师通常会通过没有光学器件的机械适配器将原本专为胶片SLR和DSLR设计的传统镜头适配到无反光镜相机,并且通常没有相机和镜头之间的电子连接。当手动对焦,手动光圈和缺乏图像稳定度不是主要障碍时,传统微距镜头是在无反光镜相机上使用的主要候选对象。如果需要这些电子功能,则本方法不适用(在这种情况下,无法替代天然镜片)。上图显示了用于此测试的传统微距镜头。

严格来说,CoastalOpt(现在的Jenoptik)60 mm f / 4 Apo并不是旧版镜头,因为它仍在生产中(按特殊订单),但由于它是有史以来最好的微距镜头之一,因此被纳入研究。顺便说一句,Sigma 180 mm宏是作为Apo销售的许多传统Sigma镜头之一。但是,与CoastalOpt 60 mm镜头不同的是,这些镜片都不是真正的复消色差镜片。

与Micro 4/3相机上的普通镜头适配器一起使用时,所有经过测试的镜头均具有手动对焦和手动光圈。除了CoastalOpt 60毫米(0.67倍)和Micro-Nikkor-P 55毫米(0.5倍)外,这些镜头可达到1倍。在本测试中,所有镜头均以最大放大倍率聚焦。

在现场,传统的微距技术可以使使用这些镜头更加容易,例如,在镜头上设置所选的放大倍率,然后逐渐接近被摄对象并在被摄对象处于取景器中所需的焦点时使快门跳闸。可以通过在接近被摄对象时进行序列拍摄并在家中选择最佳图像来辅助这项技术。

提示-在恢复实时取景之前,大多数无反光镜相机会在取景器和/或LCD屏幕中短暂显示记录的图像。顺序拍摄时,此功能可能会中断实时取景,这实际上迫使您盲目拍摄。在大多数相机中,可以在取景器和/或后液晶屏中关闭此功能,但是您需要在菜单中手动激活此选项。半按快门按钮通常还会中断对已记录图像的检查并恢复实时取景。

增距镜和微距镜头

增距镜将像圈的中心放大一个给定的倍数,通常为1.4倍或2倍,并分别将有效镜头速度降低一到两个光圈。现代增距镜与相机和镜头电子设备配合使用,并且在使用增距镜时相机会显示有效光圈。在远摄镜头上使用增距镜拍摄时,这就是您需要知道的全部内容。在微距摄影中使用增距镜时,还需要注意一些其他事项。

其中之一是某些相机没有考虑放大倍数来调整显示的光圈。它们仅在无限远对焦时显示有效光圈,而与实际镜头对焦无关。例如,奥林巴斯相机就是这种情况。

增距镜增加了相机和镜头之间的物理距离,有效地将镜头向前移动了几厘米。这会改变焦距(即相机机身与拍摄对象之间的距离),并且可能会改变镜头的平衡。镜头的工作距离(即,镜头前部与被摄物体之间的距离)通过增距镜保持不变。反过来,这带来了实际的后果,最初使我感到困惑,但后来在photomacrography.net上进行的快速讨论将其清除了。这样的结果是,当从1倍聚焦到2倍聚焦时,仅安装在延伸部分(聚焦螺旋面,波纹管,延伸管等)上的镜头的有效光圈增加档,而工作距离W减小

W = f(1 + 1 / m

其中f是焦距和m放大倍率。在这个具体的例子中,w ^ 2减小˚F= 1〜1.5 ˚F= 2.用增距镜增加从1到2,相反,工作距离保持2 ˚F也在= 2,同时通过有效孔径增加站(另见下文)。换句话说,通过使用增距镜而不是增加附加功能,您可以获得焦距,从而获得了工作距离,但是却失去了有效的光圈。这可能会迫使您进一步打开镜头光圈环以避免衍射。

多余的工作距离可以帮助害羞或危险的对象使用,并且可能使空手回家或保持足够的图像效果有所不同。较高的工作距离也可能使在演播室/实验室中放置被摄体照明更加容易。

本节的其余部分是指传统镜头的光圈,如其光圈环上所示。这些镜头不会将光圈报告给相机。传统微距镜头在光圈环上指示光圈的方式可能有两种不同的方式。大多数镜片都标有标称光圈(未针对放大倍数进行调整),包括本页上讨论的镜片。某些镜头会显示有效光圈(已根据放大倍数进行调整),因此当从无穷远聚焦到1倍时,会打开其光圈。

例如,某些版本的Micro Nikkor 55 mm f / 3.5可通过使用弯曲的(而不是直的)导轨将光圈环耦合到光圈来补偿有效的光圈。当镜头紧紧聚焦时,光学组件在镜筒内向前滑动时,导轨的曲率会导致连接至光圈的凸轮改变光圈的关闭量。您需要找出这两种选择中的哪一种适用于您正在使用的特定微距镜头。在下面的讨论中,我假设光圈环始终显示其标称光圈。

使用增距镜提高有效光圈时,您需要注意,与仅使用镜头相比,镜头+增距镜具有不同的最佳光圈范围(显示在传统镜头的光圈环上)。在衍射方面,您需要使用2倍增距镜以相同的放大倍率打开光圈,以恢复不具有增距镜的镜头所产生的相同数量的衍射模糊。

实际上,许多镜头需要停一到两个档才能获得最佳图像质量,因此您可能需要在打开光圈以减少衍射的需求与停下来以提高光学性能之间进行权衡。测试相机,镜头和增距镜的组合,以找出最适合您的光圈范围。

如果您的镜头对耀斑和中心热点敏感(例如,CoastalOpt 60 mm f / 4 Apo),则镜头阴影通常可以解决此问题。如此处所述,在较小的传感器上使用镜头可以使用更窄和/或更长的镜头阴影,这进一步有帮助并且可以使对象的照明更容易。使用增距镜拍摄时,您可以使用比没有增距镜时更窄和/或更长的镜头阴影,这可能会有所帮助。

测验

以下所有测试图像都是用玻璃上的金属测试靶以相距10μm的细线拍摄的。这是一个高反射率的目标,因此当使用我在此测试中使用的目标两侧的漫射闪光照明进行拍摄时,会产生低对比度的图像。每个镜头均使用MC-20增距镜拍摄,并以镜头聚焦螺旋线提供的最大放大倍率拍摄。以下测试图像的标题给出了标称光圈(如镜头对焦环上所示)。所有图形都是图像中心区域的1:1像素裁切。

为了简单起见,下面的标称光圈与有效光圈的讨论通过假设其等于1来忽略了透镜的光瞳比的影响。如果需要更精确的计算,则需要首先测量透镜的光瞳比,然后计算有效孔径A ‘为

A ‘= A((m / P)+1)

其中,A是标称孔径,m是放大倍数,P是瞳孔比。不考虑瞳孔比,上式变为

A ‘= Am +1)

要记住的主要事情是,在1倍放大倍率下,有效光圈是镜头光圈标尺上显示的标称光圈的两倍(即多两个光圈)。在0.5倍时,差异约为一档。MC-20增距镜在有效光圈上又增加了两个光圈,因此总的来说,在2倍放大率下的有效光圈比镜头的标称光圈多四个光圈。例如,在这些条件下的标称f / 4有效f / 16。

适马180 mm f / 3.5

多年来,尽管其对比度并不出众,但这款镜头仍以其出色的分辨率继续给我留下深刻的印象。但是,它对耀斑的抵抗力非常好。目前的测试证实了我的印象。这是一款现代微距镜头,具有10组中的13个元素(其中2个SLD),内部聚焦和9叶片光圈。例如,请参见DPreview上的技术评论。

完全内部的聚焦机制使前后组无法移动。光圈与内部对焦组一起移动。从无穷远聚焦到1倍时,它也明显关闭了一点。这不是在对焦时根据有效光圈的增加进行调整的“补偿光圈”,因为这种类型的光圈在从无穷远到1倍对焦时会打开。该镜头中光圈的行为还必须有其他光学原因,这可能与有效焦距的缩短有关,该焦距通常是在近距离处伴随内部对焦而来的。

  带微距镜头的Olympus MC-20增距镜      带微距镜头的Olympus MC-20增距镜      带微距镜头的Olympus MC-20增距镜  
左:f / 3.5。中心:f / 4。右:f / 5.6。
  带微距镜头的Olympus MC-20增距镜      带微距镜头的Olympus MC-20增距镜      带微距镜头的Olympus MC-20增距镜  
左:f / 8。中心:f / 11。右:f / 16。
配备奥林巴斯MC-20的Sigma 180毫米f / 3.5 Apo Macro DG HSM D.

在标称f / 3.5(即完全打开)下,有效孔径为f / 14,这已经受到20 Mpixel Micro 4/3传感器上衍射的明显影响。尽管存在不可避免的局限性,但测试目标上的线条还是可以很清晰地分辨出来。实际上,f / 3.5为使用MC-20的这款镜头提供了最佳分辨率。测试目标上的(较暗)线比线之间的(较浅)空间细得多,这使人们能够以小于线对间距的尺度定性地判断分辨率。原则上,呈现的暗线越细,分辨率越高。

在f / 8(有效f / 32)和f / 11(有效f / 44)之间,分辨率大大降低了。在f / 8时,对比度低于前面的图像,但是线条仍然可以很好地分辨。在f / 11时,线条几乎看不到,而在f / 16时完全消失了。

图像中存在一些颜色波纹,这是由于固件抗锯齿不能完全有效地消除由稍微倾斜的线条引起的锯齿。这是相机的限制,而不是用于此测试的光学元件。

在对焦区域中看不到轴向色差。离焦区域中有一些(绿色/洋红色类型),但没有过多。

微型尼克尔105 mm f / 2.8

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左:f / 2.8。中心:f / 4。右:f / 5.6。
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左:f / 8。中心:f / 11。右:f / 16。
尼康AF Micro Nikkor 105毫米f / 2.8。

在f / 2.8时,分辨率高,但对比度低。最佳标称光圈为f / 4,然后为f / 5.6。我在这里讨论过这个镜头。

CoastalOpt 60毫米f / 4 Apo

这是一种手动聚焦和手动光圈镜头,主要用于广谱成像(近紫外到近红外)。尽管它没有达到1倍,但它还是有史以来最好的微距镜头之一。尽管镜头使用了固定的后置校正组(实际上等同于浮动组),CoastalOpt建议使用延伸环实现比其聚焦螺旋线所允许的0.66倍更高的放大倍率。

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左:f / 4。中心:f / 5.6。右:f / 8。
CostalOpt 60 f / 4载脂蛋白。

最好将镜头完全打开(f / 4)和f / 5.6。在f / 8时,分数几乎已经完全隐藏了细线图案(尽管沿测试图像的顶部和底部仍可以单独分辨较细间距的细线)。该透镜的最大放大倍率(0.66x)低于前一个透镜,结果并不意味着该透镜比前一个透镜差,或受更大程度的衍射影响。

测试图像显示了我用其他超高分辨率镜头观察到的精细伪影的类型,例如“印刷尼克尔105 mm f / 2.8”。这些伪像可能是由于镜头无法分辨传感器的单个像素而导致的,因此迫使相机的抗锯齿算法超出了其设计规格。尽管f / 8图像仅显示了测试目标的线条的微弱痕迹,但仍显示与在单个像素的比例上解析的目标的行间距相关的颜色莫尔条纹的类型。

在该测试过程中发现的一个奇怪的副作用是,直到光圈关闭到远超过色差使图像模糊的极限为止,添加了MC-20的该镜头才众所周知中心热点。尽管使用了适合于避免在全屏上渐晕的宽且相对较短的镜头阴影,但镜头仅在标称f / 22时才开始显示微弱的中心热点,而在标称f / 32时才开始显示明显的热点。这表明该热点是由从透镜外围区域入射到传感器的强烈倾斜光线引起的,该光线大部分被用作内部挡板的MC-20狭窄且突出的前部元件所遮挡。

尼康Micro-Nikkor-P Auto 55毫米f / 3.5

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左:f / 3.5。中心:f / 4。右:f / 5.6。
Micro-Nikkor-P Auto 55毫米f / 3.5。

该测试中最老的镜头性能也很好,最佳标称光圈为f / 4,而f / 3.5的对比度则稍差一些。所有精细的细节都已经达到f / 5.6的水平,考虑到该镜头的最大放大倍率很低(0.5x),这是合理的。我最初担心这种镜头对于微型Micro 4/3像素的分辨率可能过低,这是没有根据的。尽管少量的光学元件(4组中的5个元件)使该问题的影响最小化,但该镜片过时的单层涂层可能会导致相对较低的对比度。

此外,该镜头还显示出一点点的云纹,这表明该镜头稍微超出了传感器的分辨率,尽管程度不及CoastalOpt 60 mm。

测试结论

Olympus MC-20增距镜可将微距镜头获得的最大放大倍率提高一倍,而不会缩短其工作距离。对于所有经过测试的镜头,MC-20可以产生精细的图像细节,有时甚至达到或接近20 Mpixel Micro 4/3传感器分辨率的极限。对于最大自然放大倍率为0.5x-0.7x的镜头,图像分辨率特别好。在几乎所有情况下,镜头完全打开时图像分辨率都是最佳的(只要镜头本身完全打开时效果最佳)。

使用增距镜时,在相同的标称孔径下,CoastalOpt 60 mm Apo在标称f / 5.6时产生的图像分辨率要好于Micro-Nikkor-P 55 mm。60 mm聚焦在0.66x +增距镜上,在有效f / 13时可提供1.32x的有效放大倍率。聚焦在0.5倍+增距镜上的55毫米镜头在有效f / 11时可提供1倍的有效放大倍率。尽管55毫米在有效光圈方面略有优势,但60毫米的稍高放大倍率使其在标称f / 5.6时具有明显的分辨率优势。在f / 4时,60毫米的边缘仍超过55毫米,但不如在f / 5.6时明显。两种带有增距镜的镜头都能产生接近最大传感器分辨率的图像,但由于其较低的放大倍率,至少对于本研究使用的测试目标,其55毫米更接近此极限。在这种情况下,

使用2x增距镜和在Micro 4/3上以1x放大倍率对焦的微距镜头时,标称镜头光圈必须为f / 2.8,以避免衍射。f / 3.5稍差,但仍然相当不错。标称f / 4或f / 4.5可能处于可用性的极限。另一方面,需要将微距镜头停止到标称f / 5.6或f / 8才能在1x放大倍率下获得出色的图像质量,在使用2x增距镜的2x放大倍率下不太可能使用微距镜头,并且相反,可能值得进行2倍的扩展测试。总体而言,从测试目标线的相对较好的分辨率到所有目标线的无分辨率的过渡仅需一个孔径光阑。因此,重要的是要知道此限制的去向,并且不要意外地超过该限制(至少,如果需要最大分辨率)。

概括

MC-20增距镜可用于Micro 4/3相机,以在不缩短工作距离的情况下将传统微距镜头的最大放大倍数提高一倍。在四个经过测试的带有尼康F卡口的微距镜头中,MC-20的图像分辨率高到非常高。但是,聚焦于1倍放大率的f / 3.5镜头,再加上2倍增距镜并全开使用,已经受到衍射的中等影响。需要停到标称f / 5.6-f / 8才能在1倍放大倍率下提供出色图像质量的微距镜头不太可能与MC-20一起使用。

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6月 ago

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