旁轴相机取景器视角下的对焦精度探讨

旁轴相机，由于其独特的光学设计，在取景器和对焦精度方面有其独特之处。以下是对旁轴相机取景器和对焦精度问题的简要探讨：
### 取景器问题
1. "旁轴取景器原理"： 旁轴取景器是指取景器与成像平面不共轴，光线经过镜头后，通过一个旁轴系统进入取景器。这种设计使得旁轴相机的取景器可以做得相对较小。
2. "取景误差"： 由于旁轴取景器与成像平面不共轴，因此存在视差问题。视差是指观察物体时，由于视角不同，物体在视网膜上的成像位置略有差异。在旁轴相机中，这种差异可能导致拍摄出的照片与取景器中看到的画面略有不同。
3. "取景框线"： 旁轴相机的取景器通常有一个取景框线，显示镜头的成像范围。然而，由于视差的存在，实际拍摄的画面可能会超出或小于取景框线显示的范围。
### 对焦精度问题
1. "对焦方式"： 旁轴相机的对焦方式通常是通过旋转镜头来实现的。这种对焦方式相比自动对焦相机来说，对焦速度较慢，对焦精度也相对较低。
2. "景深控制"： 旁轴相机由于镜头与取景器不共轴

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2017年5月吧，在高铁上遇到过一位在国网上班的大哥坐邻座，手里拿着黑漆M240以及Summilux-M 50 f/1.4 ASPH，UV是原厂的，手柄是原厂的，电子取景器原厂的，相机包是ONA的，包里还有一枚八枚玉，一台Voigtländer Bessa 6x9，那豆大的取景器.........哥们儿跟我搭话，说徕卡拍人像好，刀锐奶化，德味儿蓝调........当时我问了一个问题，取景器放大倍率如果我没记错的化应该是0.68，您是如何拍妹子的？他说：实时取景，放大了对眼睛，你看我这张........

前几年，某国产品牌发布了50mm/0.95，大家欣喜的是低价格可以享受大光圈体验了，特别是旁轴M口上，但是各大影像论坛以及自媒体视频号上都会有人刷弹幕：黄斑对焦么？还有人因此在某站下边的留言开战：黄斑对焦VS实时取景。

上边的故事，我相信我们的公众号的粉丝，多少都有玩旁轴和徕卡的，甚至就拥有（过）50 0.95的影友，我们不纠结上边的事情了，但我们很想那个疑问：强迫症和完美主义者你好！旁轴测距对焦真的100%准确么？还是真的“随缘”or“玩玩”or“估焦是一种境界”？

一、测距仪及原理

旁轴相机本质上可以分为两大体系，一部分是测距体系，就是大家经常看到的取景器、采光窗、棱镜窗，也就是顶盖这一层，下半部分是卡口、机身外壳以及快门机构和装片底盖所组成的机身体系（没有标准定义，我们姑且按照功能来这么划分）。

旁轴相机顶部的测距系统就是一套测距仪。上图是徕卡M的联动测距光路示意图，蓝色这路是眼睛所观察到被摄物的光路，红色则是所谓的黄斑光路，如大家熟知的，通过拧动镜头的对焦环，推动联动测距杆以及棱镜的角度变化，导致黄斑影像和目镜影像二者重合，则对焦准确，按快门拍摄即可，但这样去计算物体与机身焦平面的距离，是准确的吗？我们把旁轴的测距系统抽象出来如下图示：

俯视图，A为棱镜窗口，C为取景器窗口，B为被摄物

那么，被摄物距离A其实是约等于a的关系，本质上来说，相机是无法感知被摄物与相机本身的距离的，当然现在这个时代我们有激光测距、SLAM测距等各种各样的方式，但是在那个年代（上个世纪早期），人们大部分通过三角测距方式进行光学测距。

通过对联动测距杆以及弹簧等装置改进，让机械行程更加细腻可控，上图中，∠CAB是永远的锐角，C是90°直角，AC之间的距离b是所谓的基线长度（物理基线），那么在已知RT△ACB以及b长度的情况下，通过α角度的不断变化，即可求解出AC之间距离即物距的距离a，a=b*tanα，进一步，其实是一个Y=基线（其实是有效基线）*tanα的函数，我们来测算一下，一般情况下，AC之间的物理基线距离大约是40mm，徕卡M3的物理基线是62.33mm（考虑到放大倍率的原因，徕卡M3的有效基线长度实则为62.79mm），放大倍率0.92，M2、M4等0.72倍率取景器的物理基线应该是49.32mm左右，M3的最近对焦距离是1米，则α=arctan（1m/62.33mm），即86.45°左右。所以其实我们平常用的最近对焦距离，导致棱镜夹角已经达到了80多度，接近于90°了。但绝无可能达到90°，否则就构不成三角关系，也无从谈起对焦测距了。所以上图中，右侧的测距形态是常态。

常识：基线长度决定了这个旁轴相机的对焦精度。

徕卡m3基线长度

但基线长度不可能做到10cm，甚至是1m，那就成了军舰的测距仪而不是相机测距仪了。我们试算一下，如果基线长度最大做到0.07m，其体积已经相当大了，那么夹角也要80多度，其实，在旁轴相机产业中，人们为了满足相机可以从1m到10m以及无穷远的测距，那个α的棱镜夹角必须始终活跃在86°~89.999999999999999......°之间。

测距过程实际上就是tan三角函数通过对应的对焦环传动不断求解Y值的过程，tan90是+∞，但这就构成了很多误差的存在。

tan函数速查表

二、误差

从上文我们梳理了黄斑联动测距的角度活动范围，其实，不管是日系旁轴还是德系甚至是徕卡，大部分街拍时，我们测距被拍物体以及人物，在我们镜头之前物距为2~3m时，测距的棱镜夹角始终在89度挣扎，tan89.1°≈65.65，tan89.5°≈114.5，而tan89.9°≈572，tan89.95°≈1145.....

这是一个最基本的旁轴联动测距相机的工作原理示意图，但它的黄斑联动测距结构依然非常复杂，有太多的接触面可以出现误差。

Leica m3光路示意，线框与取景器分离，采光窗照亮线框，棱镜进来的物象本质是实像，实像借助于开普勒结构（双凸透镜）让倒立实像正过来，再通过取景器目镜里的半反半透镀膜，全反射进入目镜，于是你就可以看到两个物象，通过叠加重合，则证明上述的三角形顶点（B处）完全重合。

M的关键结构就是这个开普勒装置（上图B处），所成的实像边缘清晰、明亮。矩形黄斑也形成了裂像对焦局面，可以说，M的测距系统实在是天才的构思，结构极其复杂、成本极其高昂。

以徕卡M3的62.33mm的基线为例，将镜头的对焦从3米移动到30米，黄斑棱镜不过转动了1°多一点；而30到300米时，棱镜的转动角度就只有0.1°左右了。更要命的是，当时很多旗舰旁轴的基线不过也就40mm左右，所以哪怕是黄斑棱镜的位置和动作出现了0.05mm的误差，在3米的距离上的测距误差也将被放大到25cm左右 – 这已经超出一个大光圈标准镜头的景深范围了。

0.1°~1°的夹角活动范围内对焦，力道的卸载和传递通过杠杆力矩以及弹簧装置等进行，这对机械的加工精度要求是超级高的。

虽然上面提到的黄斑误差可以通过精妙的机械结构设计、优秀的加工能力来优化，但并不能完全解决，毕竟几丝的加工精度，对早期的不少相机厂商来说并不容易实现。

旁轴联动测距时，不准确的黄斑位置和角度都可能产生的误差，而这个误差会随着测量距离的增加而进一步增加，上图中，两侧的虚线表示的是误差范围，实线是理论精度。X轴是棱镜所需要转动的角度，Y轴是物距（单位：英尺feet）。

除了机械和光学部分，我们还要考虑到用于分辨旁轴的黄斑是否合焦的人眼也是存在误差的！对于早期的大部分旁轴来说，人眼对黄斑内影像的辨认精度大概在1°左右，这意味着肉眼对焦的误差也会经常超出大光圈标准镜头的景深范围。

还有一个问题是，放大倍率的问题，我们通常说100%放大倍率最爽，但大部分厂商的相机达不到100%，也就Canon P 7等相机那个年代搞了个100%视野率，相机的物理基线再长，放大倍率如果过低，比如巧思RF的0.6、M6的0.58，以及徕卡CLE的0.62等等，都会影响人眼看到黄斑重影的精细度。

徕卡M3的放大倍率0.92，回过头看那个年代确实已经不容易，即保障了视野范围，又接近单眼的放大效果，在看的清、看得准与看得全做到了中庸的结合和兼顾。

另一个鲜有人提及的问题是近摄。旁轴是镜头尾部的斜面推动联动测距凸轮装置移动完成测距的，但由于镜头对焦存在行程，镜头焦距也因此出现了变化。在浮动镜组诞生前，解决这个问题的方法是让近摄时的联动结构在造型上出现适当变化，通过改变推动凸轮的幅度来补偿焦距的变化。然而斜面、凸轮的加工精度通常很难达到可以补偿焦距变化的精密程度，所以旁轴不适合近摄也不仅仅是因为取景器视差。

旁轴镜头屁股的徕卡镜头尾部的斜面造型

所以在徕卡M3横空出世时，精密的机械加工、易于分辨细节的明亮黄斑、超长的对焦基线，直接吓坏了其他还在用老思想、老机床做旁轴的厂商。不过我们也不必过于迷信徕卡，毕竟上述旁轴联动测距精度的死穴，在徕卡这里也只是优化，而不是得到完全解决，我们让徕卡和其他旁轴在自己的手里发挥出他们的优势就足够了。

三、为什么有的取景器宽大明亮，有的宛如绿豆成精？

传统的逆伽利略式取景器非常简单，一片凸透镜、一片凹透镜、一个线框加上反射结构，取景器就做好了，但对位于凹透镜周围的线框会增加取景器的外侧的尺寸，加上相机机身越来越薄、凸透镜到凹透镜的距离越来越近，这就经常导致消费者拿到老相机上常见的绿豆大小的取景器，甚至还没有线框。

逆伽利略式取景器的示意，虽然结构简单，但在限制机身厚度、凹透镜尺寸的前提下，眼前的凸透镜目镜必然是绿豆大小

后来的旁轴大哥徕卡认为这样非常不妥。通过设立独立的线框窗，将取景器光路和线框光路分开，徕卡在保证线框清晰、明亮的同时，也提供了不错的取景器放大倍率。

笔者的M4拆解：我们通常说的徕卡旁轴线框与取景器分离设置

一些旁轴取景的光路示意。A为原始的联动测距装置，B和E是徕卡IIIG，C是康泰时旁轴，D是 Argus C-44，F是柯达 Retina IIIc，G是徕卡M3，H是尼康SP。徕卡的结构先进性一目了然

除了放大倍率外，取景器的亮度也是很多人关心的问题：为什么看起来尺寸、材质，甚至玻璃曲率差不多的取景器，他们的明暗程度能差这么多呢？因为在常见的旁轴上，厂商大多通过在分光棱镜上增加一层金色镀膜来实现线框的反射，但这种镀膜的透射和反射率大约在30%左右，而40%的光线则被半透膜自身吸收，取景器因此变得十分暗淡。为了解决这一问题，柯尼卡、柯达等厂商在分光棱镜上使用了多层、多种颜色的镀膜取代传统金色镀膜工艺，将透过率和反射率都增加到了50%左右，取景器亮度大大提高。

柯达Motormatic，一个不起眼的小相机，但由于在分光棱镜中使用了更先进的多层镀膜，它的取景器亮度非常好

四、线框和对焦应该怎样联动才合理？

旁轴的黄斑有大/小、明/暗、清晰/模糊、实像/虚像、对焦基线长/短的差异，再考虑到机身整体工艺，旁轴相机的对焦体验可谓天差地别。但大家很少关注的取景器里的线框其实也大有不同：是否有联动的视差补偿、线框能否跟随补偿保持准确的取景范围、线框清晰度如何…而这些问题也与我们的拍摄体验息息相关。

在徕卡M3的时代，大部分旗舰型旁轴相机（比如尼康SP、佳能7）都拥有宽大明亮的取景器和能够与对焦操作联动的线框指示，但很少有相机能够让线框尺寸随对焦距离一起变化，而历史资料显示厂商们大多认为这一点视差不是很重要。这时柯尼卡又站了出来，告诉大家细节才能决定成败。

柯尼卡IIIA和IIIM的取景器

在柯尼卡IIIA和IIIM中，取景器的线框板从对角线方向分成了两片，当用户操作对焦时，不但两个线框会一起联动（距离越远越靠左上，越近越靠右下），它们之间的间距也会发生变化（距离越远间距越大，越近间距越小），从而让取景范围尽可能地准确。这个看起来十分直观且合理的设计其实在旁轴上并不多见，尤其后期旁轴相机开始从高端走向低端、从手动对焦走向自动对焦后，这个复杂功能就几乎灭绝了。

五、别只保护布帘快门，其实取景器也怕阳光

你的相机是否遇到过黄斑不清晰、看起来像是发霉、起雾或脱胶的问题呢？很多人提到这是分光棱镜胶合面或取景器线框挡板老化导致的，因为它会将瑕疵以光线的形式反射到黄斑位置、被人眼看到。我们一直将这个问题归咎于自然老化、化学物质挥发等原因，然而事实可能更不可思议：阳光从取景器外侧入射的光线经过反射，在取景器线框挡板、棱镜胶合位置形成了强烈的聚光，从而破坏了胶合面！而在原本尺寸不足2mm²的黄斑上，微小的瑕疵立刻被放大到肉眼明显可见的程度。

徕卡M相机的黄斑，可以看到由于阳光侵蚀导致胶合面出现问题后，黄斑变的非常浑浊

和其他维修师傅交流的过程中，我们得知曾经有消费者送修的相机上，黄斑中心能够看到清晰的弧形伤痕，其轨迹正好与太阳的运动轨迹吻合…所以，即便您盖好了镜头盖，也不要长时间让阳光暴晒您的取景器！

回到一开始很多“旁”友们的情况，这么多年来，很多人纠结黄斑对焦是不是当今时代（快节奏社会）纪实摄影的利器，我觉得还是看个人，有些人估焦就可以拿到自己想要的瞬间，有些人需要精确严谨的一丝一毫的去对人像眼睛，生怕跑掉一丢丢，而且还开着1.4、1.1的大光圈（狗头），我们不评价任何拍摄题材和拍摄方式，但从技术理论上来说，黄斑以及光学三角测距已经是目前这时代比较落后的测距方式了，不是很多老摄影师常说么，如果我那个时代有EOS、F、等AF自动对焦相机..........

六、七剑为代表的小破机

对焦行程更短，往往也就四五十度角度就到无穷远了，20米以外的被摄物，就已经分不清无穷远还是20m了，想必大家颇有体会。究其原因核心还是在于在控制成本的同时简化测距制作思路。

七、写在最后的话

光学的三角测距，应用在实战上，终究只是辅助，而不是科学精确，何况还有框线精准与否、放大倍率是否过小、视差补偿是否准确、机械杠杆的弹簧是否有老化受力不均匀、人眼入射角倾斜角度、等等等等一系列问题会影响黄斑对焦的精度，大可不必与自己过不去，追求极致的精确体验。

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