ZT:摄影器材基础——数码相机的取景方式「五」

    旁门左道的奥林帕斯与 4/3 系统

  4/3 系统是由奥林帕斯、柯达和富士联合推出的比较另类的数码相机规范,松下的一些产品也加入了 4/3 阵营。“4/3”的意义并不是人们望文生义误解的那样指传感器对角线尺寸是 4/3 英寸,而是传感器尺寸宽高比为四比三。4/3 系统的传感器实际尺寸只有 17.3mm*13.0mm 左右,对角线长度约 21.6mm,这个数值比 4/3 英寸(33.9mm)要小很多(也明显小于常见数码单反相机传感器的 APS 系列尺寸),只有全画幅对角线长度的一半,所以在 4/3 系统单反相机上,镜头焦距换算系数是拿不出手的 2.0。因此,称之为“三分之四系统(Four Thirds System)”是没有道理的,正确的念法是“四比三系统”。
  四比三系统的 CCD 传感器尺寸虽然偏小但幸好还不算太小,尚足以应付目前数码相机的像素数水平。根据原理估算,以目前半导体技术水平,传感器上感光单元的间距不应小于三微米,像素按照通常“一红一蓝二绿”的 2*2 点阵排布,四比三系统的 CCD 传感器尺寸可以容纳约二千五百万像素(全画幅可容纳将近一亿像素)。目前的像素水平离极限还有相当一段距离。
  说四比三系统旁门左道并不是因为它的传感器尺寸,而是在这个系统的数码单反相机中出现了许多独特的取景器结构,以及独特的光路设计。其中以 Olympus Evolt E300/E330 为典型。

Olympus Evolt E330 没有凸起的五棱镜(当然也没有旁轴取景窗),却有着可转方向的机背 LCD 取景器。眼平式取景器不在镜头正上方而是远远偏在左侧。从其外观来看,很容易把它认作一台 EVF 取景的长焦消费数码相机。然而 E330 确确实实是一台共轴式取景的单镜头反光相机,只是它没有采用正统的屋脊状五棱镜取景器,而是使用了另类的侧反式取景设计。
Olympus Evolt E330 有两种叛经离道的取景模式,{dy}种就是所谓侧反式取景模式,斜对镜头的平面镜不是竖向倾斜(向上反射)而是横向倾斜 45°把光路反射到侧面,镜头在对焦屏上成倒像。接下来光路射向彼此夹直角的一对反光镜,这对反光镜的作用等价于“保罗棱镜”(Porro Prism),将对焦屏上的实像竖向反转。然后光路射向一个倾斜 45°的半透平面镜,反射光路转向眼平方向同时实现景物的左右反转,以用作光学取景;透射光路射向一个专为液晶屏取景而设的全时取景 CCD 传感器,用来产生机背液晶屏的取景图像。因此 E330 的取景方式是单镜头反光共轴取景加机背液晶屏取景的独特组合。
  不要急于惊叹 E300/E330 侧 反式取景模式光学设计的独特,将其取景器光学部分的结构看清楚。在对焦屏上成倒立实像后的光路中有三个反光镜起上下、左右反转光路的作用,右侧彼此垂直的 一对反光镜的作用等价于“保罗棱镜”的直角反射面,我们虚拟出“保罗棱镜”的斜面,同时看仔细另外那块反光镜,它与虚拟的“保罗棱镜”斜面的相交直线平行 于虚拟斜面的长边,与虚拟斜面夹 45°角。因此这三个反射面构成的光路与屋脊状五棱镜xx等价。
侧反式取景模式的光学设计其实就是屋脊状五棱镜的改头换面,xx没有任何原理上新颖的光学设计。与正规屋脊状五棱镜取景器的光路相比,侧反式取景模式只利用了一半光路,也就是入射光只射向“保罗棱镜”的一个直角面,但这丝毫不影响光学成像机制。
   从上面光路图上还可以理解另一个原理性问题,屋脊状五棱镜中光路的反射是内部全反射吗,从前面基本光路图的主光轴来看,光路在“保罗棱镜”的两个直角面 之间是全反射,而在五面棱镜下一个面上的反射角太小,可能做不到全反射。但是从上图的光路看,这个光路在等价屋脊状五棱镜三个面上无疑都可以做到全反射。 因此说明在正规屋脊状五棱镜中至少有部分光路可以实现内部全反射。虽然在两处概念图中光轴相对反射面的方向不同(实际上面对屋脊状五棱镜的角度相差22.5°), 但这并不影响概念的一致,因为所谓主光轴只是简化地图示概念,实际每个发光点都是一个点光源,发光都射向四面八方任何方向,采用任何发光方向来图示光路对 于成像的饿结果都是xx一致的。在正规屋脊状五棱镜结构取景器和侧反式取景器中,镜头所成实像相对屋脊状五棱镜的方向不同,但屋脊状五棱镜的反转成像作用 并不受此影响,镜头所成的实像在什么方位,就基于其所在方位反转之。

  此外 E330 还设计了第二种更变态的“Macro Liveview”取景模式,在这种取景模式下,斜对镜头的 45°反光镜处于稳定的掀起状态,同时快门常开,使光线直接射入传感器,产生机背液晶屏上的取景图像。
在此模式下只能使用机背液晶屏取景(因 45°反光镜抬起,光学取景器无法工作)且需要关闭光学取景器以防止杂光光晕,E330 在此模式下只能手动对焦。为保证对焦精度此模式下机背液晶屏的图像可以放大十倍察看。
  Olympus Evolt E330 的 两种取景模式全盘颠覆了传统单镜头反光相机的取景方式,令人大跌眼镜。其优点是有效利用机身内部的空间,将取景光路紧凑的安排在相机一角而省去了屋脊状五 棱镜,据说“使机身紧凑”——但看看其取景器结构,有什么能比屋脊状五棱镜的光学设计更紧凑。该设计的明显缺点是光学取景的视场狭窄,由于取景光路曲折且 分出部分光线该液晶屏取景的专用传感器,光学取景器也不够明亮。所谓优点说一千道一万,问题是大大增加了成本,E330 的价格远高于采用正常五棱镜取景器、综合性能更先进的 Olympus Evolt E500,也说明了特殊取景器所谓优点的苍白。另外,省去五棱镜后没有了那块凸起,但光学取景器却会向下挤压液晶屏的空间,使得机背液晶屏尺寸严重受限,所以“节省空间”一说毫无意义,是在节省局部一个角落空间的同时浪费了更多的整体空间。因此奥林帕斯 4/3 系统的后续机种如 E410/E510 等又放弃了侧反取景方式,重又回归屋脊状五棱镜取景器设计。
  加入 4/3 系统阵营的松下 Panasonic LUMIX DMC L1 单反相机也采用了与 Olympus E300/E330 相同的取景器设计,这是迄今 4/3 系统中{zg}端的单反相机型号。L1 的设计十分古典,但取景器的布局与 Olympus E300/E330 如出一辙。

翻开历史一查,发现侧反取景方式并非 Olympus Evolt E300/E330 xx,奥林帕斯搞此“妖术”由来已久,二十世纪六○年代奥林帕斯设计的 Olympus PEN-F 单反相机才是侧反取景的鼻祖。

到了二○○七年推出的 Olympus Evolt E410/E510 单反相机,4/3 系统的取景器又玩出了新的花样。E410/E510 也是单镜头反光共轴光学取景加机背液晶屏取景组合的机种,其光学取景器都是正规的屋脊状五棱镜设计,而机背液晶屏同时具有动态取景功能,估计液晶屏取景的成像也是由单独的取景传感器实现的。
然而 4/3 系统的相机并非都那么古灵精怪,例如 Olympus Evolt E500 就是中规中矩正统的基于屋脊状五棱镜眼平式共轴取景器设计的单反相机。{wy}遗憾的是它的取景器中使用了空心“五面镜”(Penta Dach Mirror)替代经典的屋脊状玻璃五棱镜。
从史前时xx始,奥林帕斯就在其单反相机系列中搞了很多反叛的花样,数码时代兴起后,它特别致力于探索单反共轴眼平式取景与机背液晶屏取景方式结合的取景结构,奥林帕斯的单反相机家族可称为单反取景方式的博物馆。数码相机四、五百万像素时代的经典机型 Olympus E10/E20 是另一种单反怪物。


 Olympus E10/E20 不属 4/3 系 统,按照“单镜头反光”字面的定义,它们确属单反相机无疑,不过它们是不可更换镜头的单反相机。因为不需要考虑镜头的更换,所以它们采用了镜间快门而不是 焦平面快门(通常单反相机采用焦平面快门把快门与镜头分离是出于更换镜头的考虑),从上右图的结构可以看出,它们的取景结构中没有采用正规的 45°反光镜,而是一个特殊设计的分光镜“Beam Splitter”,这个分光镜也就是个半反射镜,较早在 Canon EOS 1N RS 等相机上就开始采用,主要意图是xx曝光时反光镜抬起的震动和噪音。而分光镜用在 E10/E20 上更加别有用心,因为分光镜的半透作用,来自镜头的景物成像总可以直达传感器,加上可以常开的镜间快门,使得 E10/E20 取景器结构中限制机背液晶屏取景的主要因素已不复存在。
  更有意思的是它的光学取景器,据某些材料称 E10/E20 的光学取景器中没有用于结像的磨砂对焦屏,从上右结构图可明显看到也没有采用屋脊状五棱镜,而是采用一组附加的透镜组通过再次成像的方法反转成像。在正规单反相机取景器五棱镜的位置上它只是一个简单的反射面将光路直接转折 90°。这样的光学取景器设计可能会产生目视对焦问题,也有可能使来自取景器的光线反向跑到感光器件上。总之这又是奥林帕斯一种放弃屋脊状五棱镜的独出心裁的光学取景器设计。
  奥林帕斯的做法引来了其它相机厂商的羡慕,机背液晶屏具有动态取景功能的数码单反可能成为一种流行,近来佳能{dj0}数码单反家族的新宠 Canon EOS1D Mark III 也采用了可用来取景的“Liveview”机背液晶屏设计。
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