施耐德Schneider Xenon-E 50 mm f/2.2 镜头测试及样片

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 施耐德 Xenon-E 50 毫米 f/2.2

 

 施耐德Schneider Xenon-E 50 mm f/2.2  镜头测试及样片
施耐德 Xenon-E 50 mm f/2.2 带尼康 F 适配器。

施耐德氙-E50毫米F / 2.2是在金属筒上的机器视觉透镜。氙气是经典的透镜公式之一,其特征(与许多其他透镜一起,包括可能是最早的例子的双高斯)在两端使用两个最外面的单个元件和两个最里面的双合透镜。 代表 Emerald,这是施耐德最近推出的一系列镜头的名称。Xenon-E 50 mm 是 Emerald 镜头中最便宜和最快的,很难理解它与其他 Emerald 镜头的共同点。后者似乎更专门用于机器视觉,例如,其中一些有两种版本,一种针对短焦距进行了优化,一种针对长焦距进行了优化——但不是 50 毫米。该镜头在 Emerald 系列中的位置可能是 Schneider 营销部门的事后想法。事实上,这个镜头的早期样本,如上图中的那个,是在没有 E 品牌的情况下生产的,但在其他方面与后来的相同。

这款镜头与施耐德几十年来生产的许多其他 50 mm f/2.2 Xenons 有何不同也值得商榷。按照今天的标准,氙气光学公式并不复杂,但许多用于显微摄影的传统镜头,包括尼康微距尼克尔、蔡司 Luminars 和 Leitz Photars,都使用类似甚至更简单的公式。另一方面,像 Nikon Printing Nikkors 这样复杂的传统镜头和许多现代微距镜头包含的元素数量几乎是典型氙气镜头的三倍。大多数传统氙气镜头是通用“普通”镜头,设计用于有限范围的对焦距离,包括无限远。

在接下来的讨论中,我将这款镜头称为 Xenon-E 50 mm。根据规格,这款镜头经过优化,放大倍数为 0.2 倍至无限远。失真最小为 0.1 倍。FL(焦距)为 51.2 毫米,光圈范围从 f/2.2 到略高于 f/11,没有咔嗒声。

这款镜头因其简单的光学公式而非常昂贵(撰写本文时 B&H 为 958.95 美元)。当前测试的一个方面是验证与其他当前和传统镜头相比,该镜头是否值得要价。

这不是一个常见的镜头,除了 2016 年美国 eBay 上提供的少量二手库存外,在二手市场上很少能买到。另一方面,许多旧的 Schneider Xenon 50 mm f/2.2 型号有多种安装方式,而且价格相当低。这些镜头在传统镜头的用户中似乎没有一大批粉丝。

镜头力学

光圈刻度围绕光圈环的圆周重复三次,并且锁定指旋螺钉可用于围绕光圈间隔的三个螺纹插座中的任何一个。前过滤器螺纹为 M43。

尽管该镜头被指定提供替代卡口(尼康 F、佳能和 V48,这是施耐德专有的 V 型槽卡口,用于微距、线扫描和机器视觉镜头),但实际上镜筒只有一个25 毫米长 M40 螺纹,镜头随附带有上述附件之一的可锁定适配器。长 M40 螺纹用作聚焦螺旋面,不用于连续调整,但仅在获得聚焦后锁定在设定位置。对焦时整个镜筒在适配器内旋转。这反映了镜头的计划用途,永久安装在固定摄像机上,经过训练并聚焦于装配线的特定点。

总的来说,镜筒长约 50 毫米,这对于 50 毫米镜头来说偏高。前后元件靠近枪管的相应端部,但不从后者突出。

市场上并不缺少 50 毫米通用相机镜头,因此我对这款镜头最感兴趣的是在 1 倍或更高倍率下使用它,而不是在 0.2 倍或更低倍率下进行一般摄影。显示了放大倍数从 1 倍到 4 倍(镜头颠倒)的初步测试,但对这款镜头的评价并不高。在这些发现中,镜头的分辨率一般,两种类型的色差,以及从 f/2.2 缩小到其他光圈时发生的焦点偏移。海报建议缩小到 f/5.6 或 f/8 以提高镜头性能。应在至少停到 f/4 后进行对焦。简而言之,f/2.2 光圈在实践中是无法使用的。

安装镜头

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Schneider Xenon-E 50 mm f/2.2 带 M42 x 1 反转环。

M43 反转环是反向安装此镜头的最简单方法。上图显示了一个以 M42 x 1 螺纹结尾的反向环。

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Schneider Xenon-E 50 mm f/2.2 在 Olympus OM Telescopic Auto Tube 65–116 上反转。

在本次测试中,我将反转镜头安装到Olympus OM Telescopic Auto Tube 65-116上,两端都带有适配器。这提供了介于 2.08 倍和 3.09 倍之间的放大倍率范围。

M42 至 M40 降压转接环可以安装在反向镜头上作为短镜头遮光罩。由于 M40 螺纹的工作距离已经很短且直径相对较大,因此使用更长的镜头罩是不切实际的。

理论上的镜头

镜筒后端距无限远焦平面仅 28.4 毫米,因此该镜头无法在数码单反相机上进行无限远拍摄。内置的 M40 螺纹可用于使用随附的尼康或佳能适配器进行无限远对焦,镜头可在配备合适镜头适配器的无反光镜相机上进行无限远对焦。

较短的传感器到镜头距离也意味着,一旦反转,该镜头的工作距离对于 50 毫米镜头来说异常短。在给定的放大倍数下,使用反向 50 毫米 SLR/DSLR 镜头将提供更长的工作距离。

指定的像圈是 43.2 毫米(大概是无限远)。这完全足以覆盖全画幅传感器。

镜头测试

 

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顶部:Xenon-E 50 毫米,f/2.2,2 倍,缩小框架。
底部:不同光圈下的 1:1 像素裁剪。
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顶部:Xenon-E 50 毫米,f/2.2,3 倍,缩小框架。
底部:不同光圈下的 1:1 像素裁剪。

对于分辨率和对比度测试,我使用了专为半导体制造设计的镀铬玻璃对准目标。该目标上的网格略小于 1 毫米。我进一步使用了一个稍微倾斜于焦平面的显微镜校准尺来测试轴向色差。

我仅以 2.08 倍和 3.09 倍(实际上是 2 倍和 3 倍)、带有适配器的 Olympus OM 伸缩式自动管(见上文)进行了测试,并且在光圈刻度上每隔一个刻度进行了测试(即一站式间隔,除了从 f/2.2 到 f/2.8 的步骤)。我使用 20 Mpixel 的 Olympus E-M1 Mark II 进行此测试,带有电子快门和自动曝光。我手动调整了 LED 透射照明器的亮度,以避免曝光时间短于 1/250 秒(这会在我的相机上使用电子快门产生水平条纹)或长于 1/60 秒(这似乎会导致向冷色平衡转变,原因不明)。这些问题是本相机的电子快门所特有的。

该镜头在 f/2.2 和 f/2.8 下的表现很奇怪。在这些孔径处,轴向色差非常强,而且在不同波长下表现也不同。与大多数镜头一样,由于轴向色差,该镜头将绿光和品红色光聚焦在不同的焦平面上。然而,绿色光线被聚焦以形成清晰的图像,而品红色光线形成更模糊的图像。当光圈缩小到 f/4 时,绿色光聚焦的平面足够清晰,可以在其他颜色下也提供清晰的图像。我相信这就是其他人所描述的这种镜头焦点偏移的现象。

在 2 倍时,在 f/5.6 的 1:1 像素裁剪中可以看到衍射模糊。在 3 倍时,它已经在 f/4 处可见。在两种放大倍率下,f/4 是最快的光圈,可以很好地控制轴向色差。因此,为了获得最佳图像质量,该镜头在 2 倍时应缩小到 f/4 和 f/5.6 之间。在 3 倍时,该镜头只能在 f/4 下使用,这已经受到衍射模糊的适度影响。由于轴向色差,它无法在不进一步模糊的情况下停止或打开。

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斜尺轴向色差,画面中心,裁剪略有减少。

轴向色差最好使用倾斜的分辨率目标进行测试。该测试表明模糊关于焦平面是不对称的,“品红色侧”(靠近镜头)也显示出强烈的球面像差,而“绿色侧”保持更清晰。不对称模糊可能是设计优化的结果,以渲染具有更宜人散景的散焦背景。这是通常对通用摄影镜头进行的优化,尤其是传统摄影镜头。这也表明目前的镜头很大程度上是旧设计的翻版,而不是专门为机器视觉设计的镜头。

缩小至 f/4 可显着提高焦平面的锐度,并减少但并未完全消除窄焦区外的任何像差。这证实了在先前测试期间所做的观察。

在光圈缩小到 f/4-f/5.6 后,横向色差几乎不存在。

Schneider Xenon-E 50 mm 作为无限共轭透镜

鉴于此镜头被指定为在其正常方向聚焦在无限远时可用,理论上可以将其反转并将其安装在配备有管镜的无限远校正系统上。在无限远校正系统中,通过改变管透镜的 FL 来改变放大倍率。在这个测试中,我使用了三个 Olympus OM 传统 SLR 镜头,通过适配器安装在 Micro 4/3 上,作为管镜头。管透镜完全打开并聚焦在无限远。

一般而言,无限远校正系统的总放大倍数 ( M ) 由下式给出

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其中  T  是管透镜    的 FL,L是前透镜/物镜的 FL。通过选择不同的管透镜 FL 来改变放大倍数的一个后果是物镜的工作距离(因此它的 NA)在不同的放大倍数下保持不变。

下面列出了管透镜和预期的放大倍率(假设 Xenon-E 的 FL 为 50 mm,管透镜的标称 FL)如下所示。

  • 奥林巴斯 OM 200 毫米 f/5:4 倍
  • 奥林巴斯 OM 100 毫米 f/2.8:2 倍
  • 奥林巴斯 OM 50 毫米 f/1.8:1x

我选择这些镜头的原因之一是,奥林巴斯 OM 镜头通常被认为质量上乘,但价格远低于同等的尼康和佳能镜头。另一个原因是奥林巴斯 OM 镜头(尤其是这些型号)在机械上做得很好(全金属镜筒),但由于速度有限而紧凑。远离非常快的镜头也意味着这些相对较慢的镜头在设计时对图像质量的影响较小。选择管镜时,镜头速度很少是一个因素,因为在放大倍数高于 1 倍时,有效孔径在大多数情况下受到物镜的限制。第三个原因是所有选择的镜头都使用 49 毫米滤镜,从而简化了适配器的选择。

无限远校正系统的主要用途是可以在物镜和管透镜之间插入额外的光学元件,而无需重新调整它们的相互距离或改变系统的总放大倍数。为此,无限远系统通常在透镜和管透镜之间具有显着的间距。200 mm FL 的管透镜常用于商业系统,因为长 FL 的管透镜可最大限度地减少由离轴光线引入的像差。

当使用相机镜头作为套管镜头时,物镜和套管镜头之间的最小距离通常效果最好,并且套管镜头的 FL 可以尽可能短,以避免渐晕和离轴像差。Xenon-E 50 mm 通过 M43-M42 反向环和升压环 M42-M49 安装在尽可能靠近管镜前部的位置。

作为一般公式,物镜的 NA(数值孔径)由下式给出

其中n是介质的折射率,在这种情况下,空气的折射率为 1,α是从焦平面中心的一点传播到前部元件的相对边缘的光线所对的半角。镜筒末端距焦平面 28.4 毫米,后部元件的边缘(在反向镜头中面向拍摄对象)在镜筒末端内凹入约 5 毫米。后部元件的直径为 25.2 毫米。所以,

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其中d是后部元件的直径,r是后部元件的 边缘和焦平面之间的距离(我使用边缘作为参考,以避免透镜表面的凸度引入的偏差,如果到焦平面的距离是从镜片表面的中心部分测量的)。代入上述公式中的数值得出 f/2.2 下的 NA = 0.37。对于 1x-4x 放大倍率范围内的镜头来说,这是一个很高的值,并且是相对较大的后部元件和较短的工作距离的结果。例如,它可以与 NA 为 0.14 的无限远校正的 Mitutoyo M Plan Apo 5x 或 0.055 的 2x 进行比较。当然,全开镜头是否也能提供令人满意的图像质量是一个完全不同的问题。

测试结果

每个管透镜的实际放大倍数与根据标称焦距计算的放大倍数非常接近:

  • 奥林巴斯 OM 50 毫米 f/1.8:1.05 倍
  • 奥林巴斯 OM 100 毫米 f/2.8:2.00x
  • 奥林巴斯 OM 200 毫米 f/5:4.06 倍
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Xenon-E 50 mm 带 50 mm 管透镜,缩小框架。
插图:1:1 像素裁剪细节。
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Xenon-E 50 mm 带 100 mm 管透镜,缩小框架。
插图:1:1 像素裁剪细节。
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Xenon-E 50 mm 带 200 mm 管透镜,缩小框架。
插图:1:1 像素裁剪细节。

大多数测试图像显示焦平面有微小但可见的未对准,未完全垂直于镜头的光轴。在这组测试中,设置保持不变,包括一个 Metabones 适配器和一个非常小但坚固的内置 Arca 兼容鞋。未对准的方向随管透镜而变化。这可能与镜头适配器的三脚架靴下垂和/或套管镜头的未对准有关,包括它们的前过滤器螺纹。这些管镜头都没有内置三脚架靴。

作为结果的第一个说明,50 mm f/1.8 作为管镜的强烈渐晕最初让我有点惊讶。我的第一个想法是 Olympus 50 mm 和 Xenon-E 50 mm 都覆盖全画幅,因此我希望组合镜头能够覆盖传感器四分之一的区域,并有足够的余量。如果我们将此设置视为堆叠透镜,那么总焦距应该非常接近 25 毫米,但这些不是理想化的薄透镜,它们的入瞳和出瞳不能任意靠近。

经常使用堆叠镜头的摄影师会通过增加后镜头和传感器之间的间距来解决渐晕问题,从而增加放大倍率和像圈的大小。我没有这样做,因为我的目的是在合适的无限远系统中测试 Xenon-E 50 mm,因此管镜必须保持聚焦在无限远。

使用 100 mm 和 200 mm 管透镜,可以缩小 Xenon-E 50 mm 的光圈。在我的测试中,它从未产生过暗角、渐晕或热点。停止时,50 毫米管透镜的渐晕变得更加清晰。

使用套管镜头的图像质量明显优于使用反向 Xenon-E 50 mm 作为有限镜头的图像质量。这证明了这个测试的想法确实适用,至少对于这个特定的镜头是这样。可以预期,其他设计为无限远聚焦的镜头也会以类似的方式工作。

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轴向色差。前两行:Xenon-E 50 mm,带 100 mm 管透镜,1:1 像素裁剪。
底部两行:Xenon-E 50 mm,带 200 mm 管透镜,1:1 像素裁剪。

当 Xenon-E 50 mm 用作无限共轭透镜时,也存在轴向色差。在 2 倍时,它伴随的球面像差比用作有限透镜时的球差要小。然而,“洋红色的一面”仍然比“绿色的一面”更模糊。

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画面左边界处的横向色差。
所有 1:1 像素裁剪,f/2.2。左边有限,中心和右边无限共轭。

有适度的横向色差,无论是作为有限透镜还是与本测试中使用的管透镜无限共轭。光圈完全打开时,测试放大倍数下的最小量是有限的 2 倍。在 f/4 和更高时几乎没有横向色差。

总的来说,虽然通过将这款镜头用作 2x-4x 管镜上的无限共轭,通常会提高镜头性能,尤其是在完全打开时,但这种改进不足以让我推荐这款镜头。有更好的镜头以类似或更低的价格提供。

结论

施耐德氙-E50毫米F / 2.2是一种昂贵的透镜,其提供只有当反转平庸的图像质量在2到3倍。它的f/2.2 光圈无法使用,必须将其缩小到至少 f/4 以获得更好的性能显着的轴向色差 和球面像差是进一步的问题。

在 2x-4x 的无限远校正系统中使用时,镜头性能适度提高,但在 1x 时暗角很差

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2月 ago

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