光之鏡寫文章
索尼E卡口鏡頭究竟難不難造？
近日，富士帶來了一個全新的“角度價值 Value Angle”的概念以及相關計算公式；用於評測和比較比較無反相機系統的潛力，大致意思就是”Value Angle”的值越大，高性能鏡頭的制作就會越發簡單。通常來說，價值角度越大，透過鏡頭的光線會更加容易地達到圖像傳感器，成像質量和精度也會更高。更大角度的價值角度會給鏡頭設計帶來更多的空間和靈活性，同時會帶來更多的光線以及對數碼校正優化更少的需求。
這是富士在微博上發表“全畫幅裝不下這個世界” 後，有一次發表了驚世駭俗的言論。雖然上一次富士發表的“全畫幅裝不下這個世界”是真的在一本正經的胡說八道，哪這一次說的是不是有道理呢？
其實我們從上面的圖標可以看出，影響“角度價值”的因素有三個方面：“卡口直徑”、“法蘭距”、“底片大小”；本次我們站在全畫幅的角度來分析“卡口直徑”和“法蘭距”這兩個因素對鏡頭設計的影響。
卡口直徑和法蘭距與極限光圈值的關系
無論是哪家系統的工程師，都一直表示更大直徑的鏡頭卡口對於光學設計至關重要。更大尺寸的鏡頭卡口有助於生產處更高質量的鏡頭。
佳能公司便是卡口直徑的最大受益者。佳能於1987年發布EF卡口，卡口內徑54mm法蘭距44mm；同時鏡頭和相機之間可以進行電子通信。而反觀尼康的F卡口可就沒這麽樂觀了。尼康F卡口，法蘭距為卡口直徑為46mm，而法蘭距為46.5mm。根據相關公式，根據法蘭距和卡口直徑的關系，我們可以計算出如下結論：
從上圖我們可以看出，卡口直徑越大，法蘭距越短，鏡頭的極限光圈值越大。也難怪在EF卡口發布後的兩年，佳能發布了驚人的“EF 50mm F1.0L”；處於成像質量的影響，就單是F1.0光圈，已經超過了尼康和美能達相機的物理極限；將大卡口的優勢發揮的淋漓盡致。
而隨著無反時代的到來；沒有了光學取景系統的無反相機，自然就擁有了更短的法蘭距，使得極限光圈大小受卡口直徑的影響被相對弱化。
基於同樣的公式，我們也可以推算出佳能、尼康、索尼在無反相機領域的卡口極限：
但是，上述根據公式所推到出的極限光圈值並不是所在卡口系統的真實極限光圈值。由於無反系統並不存在反光板這一結構，故鏡尾最後一片鏡片可以插到卡口內部，使得鏡後距小於法蘭距，所以上述根據公式推斷出來的極限光圈值並不準確。就算是直徑僅為46mm法蘭距為18mm的FE卡口，實際的極限光圈值應該在f0.4左右，已經完全能滿足全畫幅相機的設計和使用需要。
入瞳和出瞳與卡口直徑的關系
入瞳指經孔徑光闌前面光學系統所成的像稱為入射光瞳，簡稱入瞳。和出瞳相對應，把孔徑光闌在物空間的共軛像稱為“入瞳”，入瞳的位置和直徑代表了入射光束的位置和口徑。
出瞳指光學系統的孔徑光闌在光學系統像空間所成的像稱為系統的“出瞳”。出瞳的位置（由出瞳距離表示）和直徑（由出瞳直徑表示）代表了出射光束的位置和口徑。
簡單的來說，入瞳和出瞳對整個系統來說是物和像的關系。通過入瞳中心的光線必通過孔闌中心，並過出瞳中心；通過入瞳邊緣的光線必通過孔闌邊緣，並過出瞳邊緣。同時，出射光瞳越接近焦平面，視場邊緣入射光的角度就越大，也就是所謂的傳感器斜射。
Hologon就是傳感器斜射的典型，由於hologon的是采用膠片時代的設計，鏡後距太短，過於接近傳感器，而CMOS和膠片的原理還有一定區別；CMOS為了提高進光量,會在每個像素的上方生長出一個微透鏡,用來提高光收集率,然而邊緣的入射光線角度非常大,很難被透鏡耦合到CMOS中；這直接導致了邊角畫質的崩壞和紅移現象的產生。
但是，只要允許光線斜射進CMOS，任何卡口都可以做出通過適當的光學設計，可以做出光圈值不大於“法蘭距”/”“卡口口徑”的鏡頭。
出瞳和CMOS的距離在很大程度上和焦距相關。所超廣角鏡頭的出瞳天生就離CMOS很近，對E卡口而言這是最容易設計的鏡頭，也是所有無反系統在廣角鏡頭設計上的優勢。而FE卡口在長焦大光圈鏡頭和移軸鏡頭的設計上，就沒那麽幸運了。
總結
卡口口徑的大小，法蘭距的深淺對於相機鏡頭的設計和生產制造肯定是有影響的，這個影響在單反時代尤其明顯。但隨著無反時代來臨這個影響逐漸減小。只要不是去設計長焦超級大光圈鏡頭和偏移量大的移軸鏡頭，FE卡口的直徑已經可以完全滿足我們的需要的。
發布於 2019-06-19 23:15
筱溪 | cosplay，光學、航空航天愛好者。關註她 | 85 人讚同了該文章
本文首發於知乎專欄“光之境”，轉賬請註明出處。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/69877667
一篇文章說清楚法蘭距和卡口的秘密
法蘭距，這個詞之前極少被提及。隨著近期全畫幅微單相機的大量上市，很多粉絲突然開始關註了，用他們的話，“看了半天，硬是沒有看懂”，今天我們就來一次說清楚。
法蘭距，即法蘭焦距，是安裝法蘭到入射鏡頭平行光的匯聚點之間的距離。對鏡頭而言，法蘭距是指鏡頭無限遠對焦時，鏡頭卡口平面到鏡頭理想像平面之間的距離。對機身而言，法蘭距是指卡口到焦平面（即CMOS所在的平面）之間的距離。
一種卡口只有一個法蘭焦距。這是我首先要強調的。
之前，我已經寫過一篇文章《58mm f/0.95是你想要的嗎？為何大光圈鏡頭很貴》，給大家詳細描述了，法蘭距和卡口直徑是如何影響鏡頭的最大光圈。
很多人迷惑，微單相機的法蘭距怎麽就突然變短呢？
尼康F卡口：直徑44mm，法蘭距46.5mm
佳能EF卡口：直徑54mm，法蘭距44mm
索尼A卡口：直徑46mm，法蘭距44.7mm
佳能R卡口：直徑54mm，法蘭距20mm
尼康Z卡口：直徑55mm，法蘭距16mm
徠卡L卡口：直徑51.6mm，法蘭距20mm
索尼E卡口：直徑46.1mm，法蘭距18mm
有圖有真相。
單反相機因為有反光板的存在，所以法蘭距長，而微單相機由於取消了反光板，所以法蘭距變短。當然，短的法蘭距可以通過安裝轉接環來增長法蘭距，使得鏡頭後像點能夠聚焦到感光元件上，而過長的法蘭距在不破壞機身的前提下，是無法縮短的。
較短的法蘭距可以生產出更便於攜帶的小相機，這是微單相機的一個突出優勢。
為了幫助大家理解，特別在油管裏面找到了一段小小小視頻。
這是光軸。
假設這是傳感器。
這是鏡頭。
我們來畫一個機身。
尼康F卡口的法蘭距是46.5mm。
全新的Z系列，取消了反光板，傳感器位置前移。
法蘭距理所當然的縮短到16mm。
標註卡口。
為什麽說卡口大小決定了鏡頭的最大光圈呢？看光路。
光線入射角度受到卡口大小的限制。想要做大光圈，在鏡頭物理結構上有兩個重要的設計點：鏡後距短、像場小，目的是在盡量短的距離內將盡量粗的入射光錐聚焦在CMOS上。
這是不同卡口下的光線夾角，這也是當年為什麽很多人嘲笑尼康造不出大光圈鏡頭的關鍵。
大口徑 卡口可以把鏡片放置於更靠近傳感器的位置，設計上變得更為靈活。
外面有一種說法，法蘭距短應該會劣化數碼相機邊緣成像，因為光線入射夾角更小，對膠片影響不大，對傳感器來說影響很大。這個純屬扯淡，短法蘭距成像（特別是銳度）肯定比長法蘭距的好！關鍵在於鏡頭後組鏡片有多大。
2018-09-30 20:27
https://www.sohu.com/a/257249058_649376
對鏡頭設計而言，法蘭距是短好還是長好？
12-17
我一直覺得是法蘭距短了好，因為這樣廣角鏡頭會更容易設計。但最近看關於微單的文章，說法蘭距短是它的很大的弱點，不利於鏡頭設計，這樣是不是說反了呢？
謝邀。
這是一個技術問題。
但孰優孰劣是個思辨的問題（也可以說是用來撕逼的問題）。
———————————————-
以下回答如無特別說明，均指當前的cmos/ccd技術，以及普通民用膠片（含電影膠片）
1、與其說「較短的法蘭距」，不如更準確的稱為「設計鏡頭時不用把法蘭距搞那麼長」有何優勢?
——大光圈優勢。大光圈鏡頭的設計，可以看做一個縮焦增亮過程。通過對光線的匯聚，焦距縮短，光圈變大。實際設計中有很多這樣的例子，比如下圖
藍色部分鏡組原本是一隻100mm/f2的Planar鏡頭，通過追加紅色的增光縮焦鏡（converging group），最後成品鏡頭變成了40.6mm/f0.813的大光圈鏡頭，焦距縮短，同時可以看到法蘭距也大幅縮短（紅色鏡組與最右側焦平面的距離大幅縮短）。
這也是為什麼現代微單，以及旁軸上上這麼多大光圈鏡頭的原因。
這是旁軸神鏡Fujinon 5cm f1.2，最右邊兩片鏡的用途就有增光縮焦的目的（當然不僅是用於此目的）。
同樣是因為此原因，單反在大光圈鏡頭上舉步維艱，因為必須設計足夠長的法蘭距留給反光板，這就導致大光圈鏡頭的焦距（採用反望遠結構）無法縮短。Nikon在Nikkor 1001 Night中就明確提到最初沒法設計出焦距比55mm短的F1.2鏡頭，焦距實在縮不下去了（硬把50/1.4增光縮焦的話大概會變成45/1.2，法蘭距不夠了…）…後來才設法克服了這個問題。因此最早都是Nikkor 55/1.2 Auto
2、法蘭距與廣角的關係。
廣角鏡頭的焦距短，因此相應的就要求更短的法蘭距。不使用反望遠結構的情況下，單反上一直沒什麼能開心使用的廣角鏡頭就是這個原因，繞不開反光鏡。
但對鏡頭設計本身而言，法蘭距長短各有優勢。
2.1 更長的法蘭距可以有效改善邊緣畫質，這不僅由於cmos對斜射光的短板，同時也要考慮對像差的矯正。
biogon和distagon的距離關係大概是這樣的
因此法蘭距越長（鏡後距長），相當於射到邊緣的光線越「直『，對於鏡頭設計和目前的cmos而言都是有益的。
2.2 對法蘭距么有要求，則鏡頭設計受到較少的限制，特別是廣角鏡頭，因為本身焦距短嘛。
就目前而言，反望遠結構還是不如對稱廣角來的方便，對稱結構畸變小，像場平，結構相對簡單。因此我更傾向於」不考慮法蘭距的情況下，設計廣角鏡頭比較簡單「的說法。
不升起反光板就沒法用的鏡頭Nikkor-O 2.1cm f/4
升起反光板之後就無法取景，因此外置了取景器。
對焦需要靠估。
———————————————-
所以綜上來說。有好有壞。
如果不考慮CRA這個因素的話，法蘭距短的鏡頭會更好設計。鏡頭設計相當於解一個多元方程，對法蘭距的要求低，相當於少了一個制約條件，那麼設計變數（半徑、厚度、材料等）可以更多的用於平衡各種像差，而不是法蘭距。
但是現在的數碼感測器因為要考慮CRA（CHEIF RAY ANGLE主光線出射角），法蘭距越短的鏡頭，CRA越難做小，邊緣視場出射光線與感測器角度匹配度變差，最終導致邊緣像質劣化。所以設計鏡頭時，若法蘭距太短，還要留意控制鏡頭的CRA，這是一個相互權衡的過程。
總的來說，對法蘭距要求不高的鏡頭，比對法蘭距要求長的鏡頭好設計。因為前者設計時只需要控制好CRA，而後者需要控制法蘭距和CRA。
其實有個最簡單的道理。
短了可以加長（相當於內置接環），但是長了不能裁短
所以還是短了有優勢，至少也是大於等於
法蘭距短可以給鏡頭更大的設計空間，無論廣角還是長焦，當然法蘭距對廣角鏡頭產生的限制大得多。所謂「法蘭距短光線入射角大」，完全是顛倒因果，短的法蘭距可以允許更大的入射角——當然會帶來一些成像的劣化，但並不能說做不到大入射角的就更優越。
以下是題外話，可忽略……個人覺得單反和微單不存在競爭問題，也不存在在二者之間的孰優孰劣，前者是攝影工具，後者是家用電子設備，設計目標就不一樣。單反體積大，背著累握著舒服；微單體積小，攜帶方便但是長時間握持感和操作感就差多了，就像越野車和跑車一樣，是用來干不同事情的，非要抱怨單反背著累或者微單專業附件少……那不是產品的問題，而是個人選擇和定位的錯誤，就好比拿個鎚子擰螺絲……抱怨個誰呢？至於畫質，那跟單反還是微單關係不大，僅僅取決於你願意掏多少錢。
從技術上說，單反和微單的區別就在反光板、五稜鏡和相差對焦器，但是這些東西最終會被EVF、LCD和CMOS集成的像素相差對焦+反差對焦取代，所以單反最終會走向微單的道路。所以將來的機身法蘭距肯定是短法蘭距佔領市場。但是短的機身法蘭距只會給鏡頭帶來更大的設計空間，不會阻礙實現長法蘭距*效果*的鏡頭，比如單反鏡頭只需要一個轉接環（彌補法蘭距）就可以用在微單上，但是微單鏡頭就很難裝到單反上了。
胡亂說，請指正。
rx1系列的鏡頭，你拆下來可以發現，最後一片鏡組已經差不多貼著cmos了
當然我不建議你拆
給rx1帶來了優異的小體積和非常優秀的邊角畫質
短法蘭距的鏡頭願意怎麼設計就怎麼設計。微單既有後組接近法蘭盤的鏡頭，也有鏡組很靠前的鏡頭（從法蘭盤到最後一片鏡片的距離差不多有轉接環那麼厚了）
但長的法蘭距設計鏡頭時需要盡量避免後組凸出過多，因為很有可能造成打板或者打快門，所以先天性不兼容後組靠後的設計。你看的文章明顯說反了，很可能借鑒了無忌或者蜂鳥老法師的xia想。
前段時間買了只 Contax G 28/2.8，鏡組很大一部分都在接環後面，所以相比之下較同參數的單反鏡頭輕量化了很多。所以覺得對於相機的設計來講，較短的法蘭據應該更好發揮吧……
