關於CMOS上的玻璃你知道多少

最新 01-18

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(全文約1800字)

之前在轉述Lens Rentals的85mm鏡頭橫評時，有細心朋友發現索尼FE 85/1.4 GM的測試數據里，有一個「Coverglass」的字樣。這是什麼意思呢？研究了一下，原來會和CMOS表面保護玻璃的厚度有關。

原文來自Lensrentals，原標題《Sensor Stack Thickness: When Does It Matter?》，感謝@Sammy_SI翻譯。

我們先來看幾個簡單的知識點：

- 相機感光元件前面有幾片光學玻璃

- 對於不同相機，這組光學玻璃的厚度從1mm到4mm

- 玻璃組的厚度會影響鏡頭的光學效果

在下面的內容里，作者會講解玻璃組厚度到底對鏡頭畫質有多少影響，並且給出一些測試數據。

什麼時候影響會很大？

測試

鏡頭測試有幾種情況：

①使用MTF測試儀測試，有時候需要在測試儀的感測器前放一塊厚度合適的玻璃。如果不放它，那麼測試出來的MTF曲線是不真實的，甚至是糟糕的。

在使用Imatest、DXO或其他測試軟體拍攝標板

②如果鏡頭安裝在原配機身上（EF卡口鏡頭接佳能單反，F卡口鏡頭接尼康單反），那麼測試數據是不會有問題的。

③如果鏡頭是轉接到其他機身上（例如在索尼機身上使用徠卡鏡頭），那麼所得到的數據並不具有通用性——當鏡頭使用在原本的機身上市，光學性能可能更好。

關於最後一點，我們可以展開談一下：在索尼A7R上測試佳能EF卡口、徠卡M卡口鏡頭，所得數據僅對於這個機身是準確的。如果因為這個數據得出徠卡鏡頭比佳能鏡頭更好就不嚴謹了——因為在原廠機身上測試，結果可能會有很大不同。

使用鏡頭轉接環

當我們使用直筒轉接環（內無光學元件）適配不同卡口的機身和鏡頭時，以下幾個因素會影響到成像質量。

① 機身感光元件的保護玻璃厚度與鏡頭所在系統的原廠機身保護玻璃厚度的差異。

② 大光圈鏡頭往往比小光圈鏡頭容易受影響

③ 鏡頭出瞳位置相對CMOS的距離。距離越近，受玻璃組厚度影響越大；距離越遠，受玻璃組厚度影響越小。

「出瞳」是光學系統中的一個名詞。這裡不贅述出瞳的具體含義，只說實際影響：一般來說，長焦鏡頭的出瞳位置距離CMOS更遠，所以轉接時不太容易受到玻璃組厚度的影響；而廣角鏡頭的出瞳位置就有可能非常接近CMOS，受玻璃組厚度影響較大。另外，採用反望遠結構的廣角鏡頭通常比採用對稱結構的廣角鏡頭（多為旁軸膠片相機用鏡頭），出瞳位置會更靠前（距CMOS距離更遠）。

附圖的作者是Brian Caldwell。他計算了理想的50mm F2鏡頭（50mm出瞳距離）在沒有玻璃組、有0.5mm厚玻璃組和2.0mm厚玻璃組情況下的畫質曲線。可以看出影響是很明顯的。

附圖是理想F2光圈鏡頭和2mm玻璃組厚度，在不同出瞳位置下的畫質曲線。可以看出出瞳位置距離感光元件越近，受影響程度越大。

一些數據

根據上文，如果我們想要知道特定的「機身+鏡頭」組合是否會有明顯的衰減問題，就需要知道每款相機的玻璃組厚度，以及鏡頭出瞳位置。

其中，Optical數據是由BrainCaldwell測量的。這裡假定玻璃的折光率為1.52，測量厚度會與實際厚度有一些差距。

尼康機身的玻璃組厚度是ShaneElen at Beyondvisible.com提供的。Illija at Kolarivision在做IR和其他濾鏡替換時頁採集了大量數據。數據中，加粗的是2次確認後的測量結果。

出瞳位置的數據，大多數來自rian Caldwell and Joseph Wisniewski，一小部分出自鏡頭廠商提供的資料。

由於文章發布時間較早（2014年6月），所以這裡涉及的產品也相對較老。（數據在本文最後）

寫在最後

看完文章後，我猜很多朋友會問，為什麼感光元件前方一定要有玻璃組，這些玻璃到底有什麼用。一般來說，感光元件前方的玻璃有紅外/紫外線截止濾鏡、低通濾鏡以及最外層的保護濾鏡。其中除了低通濾鏡在今天已經被逐步移除外，另外兩個對於日常使用來說還是非常重要的。有紅外、黑白、星空攝影用戶會把紅外/紫外線截止濾鏡也拆掉（這需要非常專業和複雜的操作），改造後的相機如果想要拍攝日常題材就需要在鏡頭前方加裝對應濾鏡。

對於大多數朋友來說，其實看完文章後知道「還是原生機身、鏡頭搭配好」這個道理就足夠了……而對於學有餘力的朋友，可以關注下ChipModStudio，他們提供改機服務和一些感光元件的研究數據。