What is a Petzval? 有关"匹兹伐"镜子的故事 误解 与真相[更完]

前两天群里聊起被复刻的Pentax 125SDP 有说是匹兹伐(Petzval)也有说不是的 但仿佛大家对匹兹伐镜子感觉都很特别 广泛地有这么几个共识

1.      都是摄星镜 像场很平 不用平场镜也能获得很好的边角星点

2.      镜筒长度都比一般的镜子长

3.      高桥FSQ85/106是最经典的匹兹伐 TV NP101/127也是匹兹伐

4.      光轴好像都不太稳

5.      像场好像都很大

6.      都比较贵

问题来了:这些大家的普遍认知,真的正确吗? 几种所谓的匹兹伐镜子都是这样吗?
作为一个对所有带凸透镜的东东都有兴趣的geek 俺翻了翻资料 在这里抛砖引玉一下 某几个在群里就此话题一直笑而不语的领域内人士  俺就不点名了  憋久了会出病的  还是出来一起让这个贴更有营养一点吧 {:soso_e120:}

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1. What is a Petzval?

远在鸦片战争那个年代，镜头基本是一两片，设计基本靠经验，相机基本是箱子，底片基本是湿版，太阳底下拍个证件照照曝光时间基本是几到十几分钟。

这时维也纳大学的数学教授Joseph Petzval通过计算 设计出了四片式Petzval镜头 出于如滔滔江水的敬仰俺必须要放他的照片

Joseph Petzval

F3.4的第一支Petzval是当时最快的镜头(F5.6)速度的两倍多，而且画面中心的成像质量比当时别镜头也要好得多得多，即便是全开光圈的时候。

关于Petzval的伟大 就不详细论述了俺也没那个资格评价 简单说几个事实：

1.      这是人类历史上第一支数学计算方法设计的镜头

2.      截止40年后,人类历史所有的照片中，超过90%是由Petzval结构的镜头拍摄的

3.      也就是从这个镜头开始，才有了真正意义上的人像摄影

关于Petzval镜头 摄影杂志会说它设计的初衷就是极致柔美 虚化迷人云云 关于这一点俺觉得@shunter 说得对 都是演义忽悠 当初设计目的无非就图个孔径大点锐度高点

但现实中，Petzval镜头确实只有焦点处是清晰的（而且是超级清晰）而其余部分随着距离焦点的距离增大而逐渐模糊。这种模糊不是很多摄影器材爱好者喜欢的，但却是很多人像摄影爱好者喜欢的。这会使主体特别突出而环境渐渐溶入，营造很戏剧性的效果，所以确实适合拍人像。无愧柔美Portrait Lens称号。

Petzval Portrait Lens

看到这里就有点奇怪了 其余部分都模糊? 柔美? 那怎么还适合拍星? 是因为完全在焦点吗？

答案是，不对。经典的Petzval是完全不适合拍星的。

Petzval 不但有严重的球差 而且还有严重的场曲  事实上光学设计里还有个词就叫匹兹伐场曲(Petzval curvature) 这张转载的人像摄影作品就可以看出焦点处(头部)清晰时同焦面的模特的下半身已经完全虚掉了 用来拍星 边角星点会比不加平场镜的现代APO还要烂

Petzval sample

怎么可能呢?那为什么我们知道的很多摄星镜都是Petzval呢? 那个像场明明很平的有木有? TV101你值得拥有啊有木有啊啊啊

回答是 呃 NP101,并不是,Petzval…

—— 而是Nagler-Petzval 嗯

咦为什么有西红柿飞过来?

该上班了 先占个楼 下次继续。。。

都说Petzval经典适合天文  到这里俺觉得应该有个认知，经典的Petzval并不适合天文摄星 经过改动的才是
而改动过的结构还是不是Petzval呢? 诸位看官还是自己琢磨吧。就我自己而言，我觉得改进过的结构应该有新的名字而不是依然叫Petzval.就比如下图右侧一种PL目镜的改进型，即便结构非常相似，即便光看图甚至有时分不出来，但我们还是会叫它Brandon,而不是Plossl

回到Petzval的话题. 它用在天文上的开端并不是大家熟知的FSQ甚至并不是NP101,而是Televue MPT

“如果让我说我的理想镜是什么，我会想要一只能看低倍广视野深空也能高倍行星目视观察，又可以深空摄影，还可能便携的4-5寸折射镜”。不要笑我不懂或者贪心，这话不是我说的，是Al-Nagler说的。其实很多人都会有点不切实际地想要拥有这种镜子.而Nagler先生与我们不同的就在于，呃，他三十年前把这东西做出来了——Multi-Purpose-Telescope. 第一台类Petzval结构的业余天文镜，一支在普消时代，做到了F5的四片折射镜。

没有ED镜片，4寸 F5的普消，这镜子还能看吗? 答案是MPT虽然卖的不多，但在TV的目镜测试部门一直用到了现在。用途。。。当然是目镜测试。。
是不是有点三观颠覆?  (其实我也是 呃)

时代在改变，光学尤其是光学材料在进化，这个镜子几经修改，从普通玻璃改成萤石又改成ED镜片，直到后来一台令Nagler满意而后来又大卖(相比于MPT“销量”)的101出现了,作为Petzval的粉丝(自己说的),Nagler把这台镜子命名为Nagler-Petzval.这就是我们知道的NP101，”不用加平场的Petzval摄星镜”。

而很多人也许会有印象，Nagler自己还宣称这东西仍然是对目视特别优化中心的。
目视？中心？好像想起了什么? 对。第一帖说过”Petzval镜头确实只有焦点处是清晰的（而且是超级清晰）”。 所以如果要我说的话，作为Petzval的粉丝，Nagler设计的NP是当代摄星镜最接近经典Petzval的镜子(后面比较更见分晓)。Nagler-Petzval这个名字起得很好。 仿佛就是"天文化的-匹兹伐"

最后提两点

1.      附图这镜子有说是TV Renaissance的也有标注是NP101的。我实在查不到哪个是哪个。好在Renaissance是MPT的改进，NP101的前身，除了玻璃材质，结构和长度差异很小。所以姑且这么放吧。

2.      说到名字，Renaissance这个名字本身起得也很有意思。考虑到Nagler宣称他是Petzval的粉丝而这个镜子就是Petzval的新版，这个名字是不是也有Petzval复兴的意思呢?

3.      Petzval当时没有申请专利，经典的Petzval镜头四十年内卖到了所有镜头市占率90%以上。 而Nagler是给NP申请了专利的。再后面的事情，就很有意思了。

未完 继续待续

P.S: 路过的潜水兄弟，看到我写错了(肯定有)别憋着，出来吐槽啦！本身就是抛砖引玉贴。唱成独角戏就没意思了

老七讲过这么个故事我觉得很有意思

问  怎样设计一个新的光学组件?

答  找出以往的好设计 小心改动避开专利。。。

就今日的话题，”匹兹伐”天文镜子,或者我们现在该叫”类Petzval设计”的平场摄星镜,NP上市时,东方百花齐放.

我没有考证到TakahashiPentax Vixen是不是受了nagler的启发而做了类似的镜子, 不知道他们的设计如此与NP如此不同是不是为了避开专利而专门作出改变，但确实，在摄星这个方向上，这里面的一些优秀代表改动得更夸张也更进一步。

下面是几款4寸摄星镜的结构图，依次是Pentax105SDP / Takahashi FSQ106ED和Televue NP101. 为了方便比较，我对原图做了缩放使得它们有基本相同的比例尺. 有意思了: 结构很不一样

compare

到今天为止也还有很多同好认为FSQ106才是最正宗的Petzval. 看看下图,不是. 甚至你会注意到两支日本镜子已经把Petzval后组两片镜片的正反顺序调换了并把间隙拉开了很多. 而NP并没有拉开这个间隙.

我们知道镜片的对准,或者俗说光轴,是镜片之间离得越大就越难的.因此Pentax和FSQ106ED自由度太大,论光轴保持,比NP101天生就难得多.并且NP101的后组据说是固定死且无从调整的.所以106固定部分的结构已经做到了让人有点密恐的程度

为什么要这么做呢? 纯自虐并增高成本? 我的猜测是,为了天文.

后组两片镜片,把凸透镜放在前面并分开凹透镜使得, 一大好处是——同焦比时 凸透镜汇聚作用充分发挥,所以这样镜身更短. 比NP101短得多

而同时,后组越往前,镜片也越来越得做得更大,对成本和固定依然是坏处,得到的好处是有机会做出一个宽大的像场.

当然不是说大镜片就有大像场,但想要大且亮的像场，镜片不大肯定是很难的.示意图:

大家知道，上面两支日本镜子的像场达到了夸张的中画幅级别，而NP101换了2.4寸调焦支持到35全画幅。看看这张比较图，现在我们知道这之中的一部分原因了。有人觉得101小气，给个2.4调焦挡住了像圈。而实际上就算换了3545，它也支持不到另两支日系镜子级别像场的.

身边的天文摄影爱好者经常在说希望能拥有自平场的又快的又短的镜子 现在, 剖开来看看.给你这样的FSQ. 它的自虐设计好处就是你想要的. 平.广.短.

我没有考证到Pentax和Takahasi官方有任何"Petzval"的说法.所以我觉得,我们日后大可以忘记”FSQ是匹兹伐”的说法.它的名字是FSQ. Flatfield Super Quadruplet.而在一些更关注成像效果而不是镜片结构的高桥粉,天文摄影师嘴里,它的名字是FSQ, Fucking Stunning Quadruplet!

回到我们的问题Pentax125SDP是Petzval吗? 不评论.这里给出125SDP结构图 相信大家看了之后心里都有数

那么Petzval改新结构的自平场天文摄星镜 改到这里完了吗?

没有.

看看Pentax Pentax100SDUF.是不是更不一样了? 后组镜片已经改成了弯月形 而像场巨大的100SDUF居然做到了F4 想必与这个改动一定有些关系.

改到这里完了吗? 也没有.看看Pentax75sdhf.简单的三片设计,后组简化为一片,仍然是原生平场的摄星镜.很多早些的天文摄影爱好者都YY过这个轻便至极的小镜子.一代经典.除了慢一点没什么毛病了.

改到这里完了吗? 都是老外的有木有国内的?

有的.

先看看这个更小的镜子, 老外的设计国内的制造.是不是很像上面的75SDUF? 有没有渊源不知道,但我立刻想起老七讲的故事” 找出以往的好设计 小心改动避开专利…” 而最近,我们已经在见证更多国产的三寸和四寸级别的这个设计.

另外在光博会和很多别的场合 不少人了解也到了信达的”匹兹伐”4寸5片式摄星镜.很遗憾这里结构图欠奉了, 而那个设计基本可以理解为FSQ106ED前组的两片式变为三片式. 说到这里我脑海里又有个小人在说” 找出以往的好设计 小心改动避开专利…”

我自己的建议其实是信达应该自己起个名字而不是沿用”Petzval”.哪怕是用”Synta-Petzval”,SP呢?也比说这是匹兹伐镜子好.纯从光学修正的角度来说窃以为这个设计完全能做得比FSQ更优秀.应该有更特别的名字,哪怕SP会被演义为”super”呢

光学尤其是光学材料在进化,从古典Petzval到现在的百花齐放,天文爱好者尤其是天文摄影爱好者们,越来越幸福.

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4. 完结和未完结的胡扯

回到最初的问题， 现在很多已经有了答案
1. 都是摄星镜 像场很平 不用平场镜也能获得很好的边角星点
——这贴子里列出的自带平场摄星镜们都是Petzval子孙,但最初的设计思路和成像风格完全不同 严格说没有一支能称得上Petzval.窃以为应该拥有自己各自的名字
2. 镜筒长度都比一般的镜子长
——镜筒长度未必比同口径同焦比的镜子长 这个长度是跟设计思路相关的.如果不惜成本执着追求大像场,带来的可能是镜片前移,而缩短镜筒的长度.比如——FSQ106ED并不怎么长. 而没有把超大像场作为诉求的NP101后组镜片没有前移,镜筒就长了不少.
3. 高桥FSQ85/106是最经典的匹兹伐 TV NP101/127也是匹兹伐
——并不是这样. 一定说来TV NP反而更接近古典的Petzval(设计师也以此为傲). 而FSQ改动得更大,已经脱离Petzval这个名字了.而甚至FSQ106ED和85结构也并不一样只是类似.附上85结构图 有心的可以比较一下前面的各种镜子.就我个人觉得,85更大众,没有106做得那么"绝"

FSQ85

4. 光轴好像都不太稳
——为了自平场,为了大光圈,为了大像场,镜片间距不断放大,代价是,光轴确实隐患更大一些.上面提到的很多镜子,包括被奉为经典的FSQ和NP还有一些国产镜,都有这个问题
5. 像场好像都很大
——未必.Petzval并不等于大像场.而经典Petzval的可用像场甚至是很小的
6. 都比较贵
——为了自平场,为了大光圈,为了大像场,还要固定光轴... 这些摄星镜结构复杂的多也容易出问题的多,爱的代价.贵,重,都是事实,但也贵得有道理.

有人问了 那该买什么镜子?
——楼主玩天文也玩摄影但是不玩天文摄影.这些镜子我用过一些但推荐不来.这贴的目的也只是澄清一些误解,没有指导意义.但有些想法俺想澄清一把:
1. 楼主很粉FSQ106啊 放毒?
——我想说,国内大部分同好,都不建议买FSQ106.
前面说了FSQ106做得这么特别就是为了中幅级别的像场.做到了但代价(光轴稳定度,重量,价格)高昂.问题来了:国内有多少同好会用超过全幅的感光器拍星? 如果不用,您何苦为了一个不需要的目标承受相应的代价呢? 给APS幅面的CCD配FSQ106,窃以为是有点牛刀杀鸡向的做法.
2. 楼主很粉自平场摄星镜啊 放毒?
——其实 看看NP101的结构图,它可以被粗略地理解为一个两片式望远镜+两片式减焦平场镜.把后面那两片做成可拆卸的减焦平场俺觉得也没什么问题.只是单用主镜两片成像未必有原先那么好罢了.
当然自平场的镜子摄影很方便,滤镜,偏轴导星等等都容易用,但楼主窃以为光学上APO+平场减焦设计好了未必成像就不如这些平场摄星镜.此帖罗列的平场镜子很多最大的优势还是在巨大的像场.
3.楼主真的不放毒?
——如果我想推荐什么,我会推荐国产望远镜.时至今天很多时候国产需要的已不是技术和制造上的改进,而是爱好者眼中始终放不下的那层眼镜,那个"国货价廉质不高"的标签.

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说完了.但是因为楼主比较罗嗦,所以后面还有几句废话 -_-b

望远镜和镜头的光学是很复杂的学问,远不是LZ这样数学功底不佳的光学门外汉能掌握的.但更多地,光学设计是门艺术.LZ罗里巴索了半天最想说的是, 玩器材,请耐心理解器材,不要听人说到匹兹伐这个洋气的词就急着要去买FSQ. 知其然知其所以然,是为玩器材, 反之...往往容易变成被器材玩...  而您对器材有些更多的要求时,也请试着理解设计师,理解器材.

这里有个故事:
LZ很幸运地曾做过半导体光刻工艺,面对人类光学工艺的最高峰——光刻机,曾经发出过这东西NB透了完全是不能理解的居然能够做出这么多片这么多组真是NB到了极限.下面这个镜头设计就是一个例子.诸君听到过的什么ED萤石SMC超声波NANO,这里面全都有,而且很多技术都是这东西里成熟了才下放到民用层面——比如照相机镜头.
你觉得下面这个几十片几十组的结构太复杂了? 它也只是复杂的真实光刻机镜头的一部分.远远不是全部.照明系和光圈部分完全没有放上来

litho lens

我对驻厂的nikon工程师表达过对这个NB东西的敬仰 而他知道我同时发烧镜头和望远镜时对我说了句话(大意)
您以为多加几片镜片就可以解决问题?像这么复杂的镜头就没有问题? 其实设计师每加入一片镜片时心里都有一万只草泥马在奔腾啊!
光学设计师们是很无奈的.你引入设计B解决了问题A之后，会发现它引出了问题C，当你又引入镜片D解决了C之后会发现引出了问题E，当你又引入设计F解决了E之后奇怪了问题A又回来了换了一个形式形成了G.而或许事情继续发展下去你哪天会惊喜的发现原来你觉得成为麻烦的问题C后来其实就能帮你解决后面的问题X但你当时已经用D把它干掉了...
这是个死循环,没完没了.
贵为人类光学顶峰的上亿美元的光刻机,一样有像差.很多设备工程师每天都要测量球差彗差像散场曲和畸变,而且结果是即便你保持了恒温恒湿并打穿工厂楼板为它制作了专门的大理石地及防震台,这些像差结果还是经常变化,从来都不是0.甚至光轴准确度都从来不是0
而一个几十组几十片的镜头,即便你用了Nano FMC coating,即使你用了极紫外193nm高功率专用激光器做光源,它的反差也已经低得够呛.为了能够正常工作,你不得不依赖高分子技术制造昂贵的感光性质极为特殊的光刻胶.

光学设计,到今天,很多时候完全是个妥协的艺术.经常面临着让人精神分裂的妥协和折磨.
这还不算完,他们费尽心血设计的镜头还会被抱怨“哪儿都挺好就是暗角太大.不能覆盖全幅”或者“要是镜片多一片也许就更好了”,或者更糟的是“这玻璃是什么? 51的？那肯定不怎么好”,还有最无奈的"都挺好的可是怎么这么贵呢?厂家一定是很黑"...

设计师们命真苦.

而制造师的痛苦那就更不用说了... (我说坛子里几位业内,这个时候你们真的该出来吐槽了啊憋久了容易生病的...)

我的手边现在就放着一支精致的摄星镜.写到这里我忍不住把玩了一番.那幽幽的镀膜仿佛反射出了很多年前,Petzval和百花齐放时代的往事.

我想说的最后一句话是:


每一个设计,都凝聚着设计师个性的思想和先贤的智慧之光,它们很多都有差异,比如NP和FSQ的设计思路从一开始就不一样.
但每一支镜头,都是无数设计师,工程师和工人 智慧,梦想,拼搏,取舍,奋斗,和汗水的结晶.

——让我们一起认真用好它.


(全文完)

幕府难得一见的好科普贴。

现在这些镜子，至于是不是匹兹伐尔，已经不再重要了。像场平，星点细，稳定度高，管他啥结构呢.....

果真的大师。
虽然我看不懂，但绝对的很高深的样子。

BS休息时间放水吊胃口的，限你偷偷补全，否则一车西红柿就全归你了！　

留个脚印，学习学习。

看上去很厉害的样子{:soso_e100:}{:soso_e113:}

求下文{:soso_e154:}

好像很厉害的样子

虽不明但觉厉

没错，nagler-petzval，不过要追求极致，TeleVue NP 101is, 127is也要配专门的改正镜。

crazygame12345 发表于 2013-6-27 12:55

                               
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幕府难得一见的好科普贴。

人云亦云恐怕是国内业余圈最严重的态度问题

NEPTUNE 发表于 2013-6-27 14:02
人云亦云恐怕是国内业余圈最严重的态度问题

？

排队学习，期待下文。

不错的资料，一口气看完。

itelescope 发表于 2013-6-27 13:45

                               
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没错，nagler-petzval，不过要追求极致，TeleVue NP 101is, 127is也要配专门的改正镜。 ...

我倒觉得那样反而就没意思了
NP是少有的具备古典Petzval气质的摄星镜 典型的混血美女
一定单纯追求摄星的 不该选NP {:soso_e120:}

排队等着学习，虽然有些地方不懂

坐等科普

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