“The history of Nikon is also that of NIKKOR.
This serial story fratures fascinating tales of lens design and manufacture.”
寻找终极大变焦镜头
(资料图片)
AF-S DX VR Zoom-Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6G IF-ED.
By Kouichi Ohshita Translated by FTRLegdFOX
在本章尼克尔一千零一夜中，我们将一窥最为畅销的APSC格式镜头——于D70S年代发布的AF-S DX VR Zoom-Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6G IF-ED。
1 · 寻找理想中的大变焦镜头
Zoom-Nikkor Auto 50-300 f/4.5（1967）和Nikkor 35-200mm f/3.5-4.5S（1985）是大变焦头的起源。其一经发布，其他厂商也开始了28-200mm规格镜头的研制。尼康推出了AI AF Zoom-Nikkor 24-120mm f/3.5-5.6D (IF)。内对焦技术（IF，全程Internal Focus）使得AI 24-120解决了大变焦头的最大弱点——最近对焦距离过远。该问题的解决使得AI 24-120mm成为了一只万金油镜头。从此以后，变焦范围甚至增加到了28-300mm——高达10倍变焦！
但是，这些大变焦头距理想仅一步之遥，即没有提供相机抖动补偿（VR,全名Vibration reduction）。众所周知，当焦距增加时，抖动会变得更加明显。这迫使拍摄者使用更高的快门速度（1/焦距，即安全快门）。打个比方，在300mm焦距拍摄时，必须使用1/300秒或更高的速度，以此类推。这意味着，长焦端的使用场景被局限在明亮、清晰的户外。在其他场景外，使用长焦就必须使用三脚架，这明显有背于大变焦头提供的灵活性与便携性。
尼康是第一批研发抖动补偿的厂商之一。Nikon Zoom 700VR（1994）是世界上第一台搭载了减震机构的傻瓜相机。随后，尼康于2000年发布了AI AF VR Zoom-Nikkor ED 80-400mm f/4.5-5.6D镜头。这些产品的成功极大地鼓励了尼康研发全场景通用的大变焦镜头，且防抖技术和SWM马达都将被应用于该产品。这就是AF-S DX VR Zoom-Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6G IF-ED研发的起点与初衷。
2 · AF-S DX VR Zoom-Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6G IF-ED
在2003Q2，三名设计师开始研发该镜头。Atsushi Shibayama担任光学设计组组长，Takeshi Suzuki担任产品设计与发布组组长，Tomoki Ito担任镜头实用性研发与镜身研发组组长。1990年以前，常见的方案是单个光学设计者负责一切——从设计到发布均由组长负责。在此之后，多位设计者负责不同部分的制度被设立并使用。Shibayama拥有丰富的镜头研发经验，例如AF Zoom Micro Nikkor ED 70-180mm f/4.5-5.6D 、Zoom 700VR与COOLPIX 900。Suzuki虽然最开始是设计监控镜头的，但之后他也设计过一些可更换镜头和用于光刻机和扫描仪的镜头，并负责了一些于枥木尼康株式会社（尼康的一个镜片厂）制造的产品的上市。直到最近，他都是我的上司。当时，Ito还很年轻， AF-S DX VR Zoom-Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6G IF-ED是他的首秀。让年轻人研发困难的镜头是尼康的优良传统之一。（你这个年龄段怎么睡得着觉的）
该镜头的设计目标为实现高性能、大变焦范围的同时轻巧便携、价格亲民，并覆盖18-55mm与长焦55-200mm的焦段。它将搭载性能强悍的防抖组件与一个超声波马达，且价格与体积与AF-S VR Zoom-Nikkor 24-120mm f/3.5-5.6G IF-ED相近。这只镜头花了大概六个月的时间研发，并于2004Q1进行试生产。但原型镜的性能却并不理想，在改进光学设计的同时，有时甚至需要调整镜筒的设计。这些棘手的问题使得原型镜测试在年底才完成。这些问题都是因大变焦引起的高敏感度导致的。困难并没有把suzuki打倒，他不懈努力，解决了一些阻碍量产的问题，并造出了一只更完善的镜头。这只镜头的实现背后的驱动力之一是被广泛应用于光刻机镜头和扫描仪镜头的波光学相差测量科技（wave optics aberration），而这正式Suzuki先前工作的领域。光除了直线传播外，还具有波的特性。光穿过理想镜头时会变成球面波向焦平面汇聚。可如果透镜元素和镜片位置不够完美，这些光线就不能正确地聚集在焦平面上，并使成像性能受到影像。通过研究波前扰动测量装置与镜片位置调整，使镜头实现了稳定的性能。在这些努力之后，尼康于2005年末在泰国工厂成功建立了一条大规模生产线。这种波前扰动测量装置也被用于后面的产品，为尼克尔镜头的生产作出了贡献。
下图展示了这只镜头的构造。
这是一只四组十六片的镜头。第一组是正幂凸组（positive-power convex group），第二组是负幂凹组（negative-power concave group），第三组是正幂凸群，第四组是用于变焦的正幂凸组。在初始设计阶段，使用五组或更多组的方案曾被考虑过。但最后，团队决定采用这个四组方案。这主要是因为用于移动镜组的镜筒数量会随着组的数量而增加，从而增加镜头的长度，以便确保镜组在广角和长焦之间保持必要的距离。防抖系统则是通过垂直移动一组在第三组后部的复合透镜来纠正抖动。这个防抖机构在一系列测试后被采用。采用地主要原因是其对于因广角镜头产生的透视引发的图像边缘模糊起到的抑制作用。(The deciding factor was the suppression of peripheral image blur due to the perspective generated by wide-angle lenses.译者水平有限，并不能很好地翻译这个句子。）
引发相机抖动的原因主要是水平抖动与竖直抖动。在广角镜头中，因相机倾斜，视角会在倾斜方向上变窄，从而倒是场景或主题失真。为了均匀地压抑相机抖动，失真必须靠移动VR镜组来抑制画面边缘地畸变。压抑边缘模糊最优有效的办法是将防抖组移动到第三镜组后部。一切看起来都还行，但是，当镜组倾斜后，整体图像性能将会下降。通过采用非球面镜组，这个问题被顺利解决了。并有效补偿了VR运行时的图像质量。
即使你手握镜头，看相机取景器，并故意摇晃一下产生一些模糊时，也只有轻微的抖动的能在取景器内被看到，拍摄对象被锁定在画面中的位置。这只镜头除了拥有18-200mm的卓越变焦性能外，优秀的VR机构也是这支镜头的重要功能。综上，这就是为什么设计师能够设计出一只达到目标焦距范围（18-200mm）而体积却与AF-S24-120mm相同的原因。
3 · 镜头渲染性能
和往常一样，让我们通过样张来感受该镜头的渲染特性。这些样张是由镜头发布时能够购买到的相机拍摄的（D50与D40），D3300也被使用。请注意D50（六百万像素）与D3300（两千四百万像素）之间的像素差距。
样张1是在镜头的广角端，全开光圈进行拍摄的。这只镜头的主要特点是高性能的防抖机制。这张照片是我购买镜头后不久试拍的。尽管我当时是手持相机进行拍摄的，但镜头自带的高性能防抖与D50优秀的高感结合，提供了一张无与伦比的照片，却没有糊片。这张富有纪念意义的照片让我坚信这只镜头可以胜任任何场景的拍摄工作。尽管光圈处于全开状态，但是在照片外围，由于环境光较亮，少量慧差（sagittal coma flare）仍然可以被注意到。从另一方面来说，在照片边缘的黄色小灯处，你可以看到光点散开，分散出红、黄色的小点。这主要是因为少量残留的轴向色差而导致的。
样张2是一张在18mm处拍摄的远处的风景。我使用D3300，将光圈缩小到F/8,拍下了这张照片。在广角端，照片应该有一些桶形畸变，但在此处不怎么明显。主要还是没有直、长条的物体在画面边缘。如样张1所示，通过照片边缘的的栏杆来看，轴向色散不是很明显。D3300装备了自动失真控制与轴向色散补偿功能。但鉴于这两张照片是本章节的样张，我关闭了这些校正功能。
样张3拍摄于24mm处，F/4.5。24mm是这只镜头畸变最少、画质最好的地方。拍摄时，被摄物体距离相机不到一米，但花儿仍然清晰锐利。不幸的是，在边缘处的花儿与叶子仍然被像散影响。这些慧差还会在散景周边形成边缘，从而产生一些独特的模糊特征。
样张4可能被认为是一张远景照片。在35mm处拍摄，F/8。35mm的渲染性能与24mm处相似，但两个焦段之间的失真发生了重大变化。35mm在镜头的变焦范围内表现出最多的枕形畸变。在这只镜头中，枕形畸变的可视范围为35mm到200mm。但随着焦距的增大，这些畸变会逐渐减轻。该畸变可在建筑物的1楼的砖缝与窗框处被发现。如果畸变是影响拍摄的重大因素，别忘了打开相机的“自动畸变控制”。另外，在照片的边缘，样张2中所表现出的慧查已经通过将光圈收缩至F/8而被大幅消减，以此实现清晰锐利的渲染。
样张5是一张在56mm处拍摄的莲花，光圈为F/5。在该焦段，边缘的慧差减少，使得拍摄出来的照片刀锐奶化。
样张6是一张虎百合（译者: 看的我有点密恐了）。95mm f5.3拍摄。在100mm附近，慧差加剧。所以你可以看到在右下角的花儿与顶部的花蕾看到一些慧差。好在轴向与纵向色散在100mm处得到了很好的控制，因此看不到紫边。
样张7是一张于135mm f/5.6拍摄的百合花。70mm后的焦段，由于矫正不足，球面相差随被摄物体距离减小而变得愈发明显，且图像边缘的平面移得更远（and the image plane at the edges of the frame tends to move farther away。哥们又不会了.。）。因此，相较于样张六，整体渲染显得不那么锐利了。在200mm端，ED镜片的影响也变得更大，几乎没有轴向和横向色散，但随着对焦距离的减小，横向色散显得更加明显。在图像顶部的花瓣有一点蓝色色散。
尼康桑，故乡的sakula开了。
样张八是一张樱花树上的日本白眼盛开的照片。拍摄于200mm f/5.6。日本白眼比麻雀小一些，但是在早春，当他们在樱花和梅花中寻找花蜜时，你可以轻易的接近他们。这只镜头的200mm端可以将这些小鸟放的相当大。在全尺寸鸟类摄影中(full-scale bird photography)，使用一只400mm或600mm的镜头会帮助您更好地捕捉鸟类，但这只镜头可以轻松拥有等效300mm（135画幅）的焦距，非常适合拍摄在当地公园过冬的水禽。这种轻巧的体验是普通的长焦镜头不能相比的。
样张九是一朵罗勒花，于200mm、光圈全开、最近对焦处拍摄。如我在样张七那里的介绍，在最大长焦位置和最小焦距附近拍摄时，球差不能得到充分的校正。因此，在画面中心的花朵上似乎形成了一层薄薄的面纱的闪光是可见的。为了获得更清晰的图像，我建议将光圈调小到f/11。横向色差虽然是可见的，但在日常拍摄中较为轻微，因为横向色差补偿在相机内自动应用。
4 · 完美的旅行镜头
该镜头于2005年12月发布后，立马就获得了远超预期的成功。该镜头过于热销，导致尼康的泰国工厂难以跟上生产，所以组装工作很快就转移到了枥木尼康株式会社（日本厂）。即使我在发布那天就订购了一直，但直到年末，我才收到镜头。一接触这只镜头，我就因它的简单易用而激动不已。其具有的变焦范围几乎涵盖了整个最流行的焦距范围(广角27毫米到长焦300毫米)，并搭载了强大的VR。这只万精油镜头，可以在几乎任何场景或主题手持拍摄。因为这些原因，这支镜头成功成为了apsc格式相机的主要镜头之一。
这只镜头也充满了乐趣。先前，我认为覆盖了28-100mm焦段的镜头是最适合旅行的。但在旅途中，我会看到一些稀有的鸟类和动物，或者盛开的花朵，可他们都在我够不着的地方，这让我觉得一个300毫米的长焦镜头会立即增加我照片的多样性。
发布四年后，它迎来了一次升级——AF-S DX NIKKOR 18-200mm f/3.5-5.6G ED VR II，然后继续成为用户最喜爱的镜头之一。设计师的理想与愿望随后被AF-S DX NIKKOR 18-300mm f/3.5-5.6G ED VR(2012年发布)和AF-S DX NIKKOR 18-300mm f/3.5-6.3G ED VR(2014年发布)所继承。
译者注：
这只镜头我也有。我的父亲于2007年在翻阅国家地理杂志时，被祖国的壮丽景色深深打动。冲动之下，购买了D300+18-200套机。用了大概2年就丢进防潮箱束之高阁了。到2021年末的时候被我翻出来，借着它入坑了摄影。18200这个镜头搭配1200w像素的机型，画质还说的过去。虽然在镜头卡口处有一圈防滴溅胶圈，但本身的weather sealed性能一般。防抖排线有一定概率在变焦的时候拉断（修的时候花了我大500rmb，去的官店，顺便把霉啊尘啊清理了。）。自带的swm马达对焦速度比一些d头还慢，好在它不跑焦。文章通篇提到的高性能VR，实际感知一般。长焦端只能对一些轻微的抖动进行补偿，广角端的防抖效果也很一般。不过现在这个镜头在海鲜市场的价格比较低，想要低预算入坑摄影的话倒是一个不错的选择。
最后，珍惜每一个烤肉man。（翻译这篇东西花了我快一天）
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