摄影器材 『摄影器材』探寻现代镜头的基因（二）『摄影器材』探寻现代镜头的基因（一）

在前一篇文章《探寻现代镜头的基因（一）》中，我们提到几乎所有现代单反镜头都是从6种基本镜头结构演化而来，而且这6种基本结构大多诞生于上世纪20年代前后。在第一部分我们讨论了前三种结构：对称结构、双高斯，和Petzval镜头。这三种结构几乎是所有“标准定焦”镜头的“祖先”。了解镜头的原始结构，有助于我们理解为何一支现代镜头会有某些方面的成像特点。

6种基本镜头结构

我们的大部分读者，都受过良好的教育，很容易想到既然前三种结构衍生出了标准定焦镜头，那么另外三种（远摄、倒置远摄和Cooke Triplet）结构自然就涵盖了其他镜头的原始结构。这就是本文要讨论的话题。

远摄镜头

首先，“远摄”的定义并非“长焦距”，而是“镜头的物理长度短于其焦距”。这很好理解，你手中的500mm镜头并不会真的有500mm长。远摄同时还是一种镜头设计类型。所有的远摄镜头都有相同的关键结构：前组正镜组（凸镜），和后组负镜组（凹镜）。

优点：还用说吗？长焦镜头！

缺点：远摄镜头天生就有枕形畸变，而且长焦镜头也很难做到大光圈。这些问题不是不能解决，但是需要大尺寸的前镜组，所以会导致镜头变得非常巨大——所以我们一般都不会尝试手持长焦镜头拍摄。

不过，对远摄结构设计来说，最重要的问题是纵向色差。后组负镜组会放大任何一种像差——尤其是纵向色差（不同色光会聚焦在不同位置上，导致图像模糊）。这就是为什么高质量的长焦镜头一般都至少有一片低色散镜片的原因。

历史：远摄镜头大约在19世纪80年代由英国人和德国人同时发明。同时期还有一位颇具传奇色彩的新西兰地质学家发现了这种结构——这位著名的“酒鬼”把他的镜片放在威士忌酒瓶的瓶底来用。远摄设计早期的努力基本上是给现有镜头增加增距镜。你应该已经想到，这种用法不会得到高质量的图像。在20世纪20年代，人们发现在靠近后镜组的位置增加双面凹透镜可以减少枕形畸变，同时使用低色散镜片可以降低色差。这些改进极大地改善了长焦镜头的质量。

很早之前，镜头厂商就发现用多合镜组代替单枚镜片有很多优势。制造2枚薄镜片比制造一枚厚镜片便宜得多，而且不同类型的镜片也可以组合起来使用。更重要的是，没一枚镜片表面都可以以不同曲率弯曲，来减少一种或多种像差。采用多合镜组的方法使得镜头制造商可以改变更多镜片的表面。

在远摄镜头设计初期，制造商就使用了多合镜组，希望能校正镜头结构上的缺陷。例如，诞生于1901年的蔡司Tele-Tubus，使用将多枚镜片粘合在一起的镜组作为前/后镜组。为什么采用粘合镜组，而不是分离的镜片呢？因为当时镜头镀膜技术还不成熟，镜片之间的空气间隔会引起光线反射，降低反差。将镜片粘合在一起可以解决这个问题。

蔡司Tele-Tubus前镜组为正镜组，后镜组为负镜组

你必须非常仔细，才能在现代长焦镜头中看到“远摄”设计：正/负镜组总是被分成多个镜片，有时还有附加镜片来帮助控制像差（由于使用了现代镜头镀膜技术，镜片不一定会粘合在一起）。通常，在后镜组附近还会有一组用于消除枕形畸变的镜组。不过，长焦镜头的基本结构，仍然保留着正镜组在前，后镜组在后的设计。

3支长焦镜头的结构图都显示出了远摄结构，并大量使用低色散镜片

多数135mm或更长焦距的单反镜头都采用远摄设计。在体积非常小巧的镜头中也能大量见到远摄设计（别忘了远摄的定义就是镜头长度小于其焦距）。老式柯达磁盘相机上的小镜头（44mm f/2.8）就采用远摄设计，使得镜头体积能够做到非常小。尽管远摄设计有很多天生的光学缺陷，不过现代光学技术已经能够很好地克服这些问题。如今很多超长焦镜头都跻身于高质量镜头的行列。

新镜头的设计从何而来？

现代镜头设计使用计算机程序完成，但很少能找到一支新镜头是凭空诞生的。设计师都是从已经存在的设计着手，然后进行优化。当然，镜头设计师不会说“这支镜头真烂，我们就拿它当起点吧”。他们通常是在已经很好的设计基础上做进一步改进。

所以相机镜头就像达尔文的鸟一样，是严格遵守适者生存法则的。好的镜头会被复制及改进，直到不同的生产商都推出类似的产品；而差的镜头则很快就会销声匿迹。

我们惊奇地发现，事实上任何一支现代镜头的基因都可以向前追溯到五支镜头之一——其中4支诞生于1900年。这是一个惊人的事实：无论你使用哪支镜头，它的基础结构都诞生于1900年前后。

镜头的基因重要吗？

事实上，有那么一点。那些原始镜头所采用的形式，或多或少都有各自的优势和缺陷。现代镜头也同样继承了它们的这些“个性”。现代镜头中使用的那些复杂技术正是用来校正这些原始设计中存在的缺陷的。

了解一支镜头的基因是很有趣的。例如，我们能知道价值400美元的佳能（Canon）50mm f/1.4与价值8000美元的Cook Panchro 50mm电影镜头采用同样的基础设计。从技术上看也很有意思：佳能50mm f/1.4与50mm f/1.2、适马（Sigma）50mm f/1.4、尼康（Nikon）50mm f/1.4G及福伦达（Voigtlander）50mm f/1.1等都采用相同的基础设计。这解释了为什么它们的边缘都存在一些像散和球面差。

早期镜头设计

第一支镜头是非常简单的。但早在摄影术发明之前，人们就已经发现了2条重要法则：

新月形透镜可以校正简单透镜的球面差及像场弯曲。消色差双合透镜可以校正色差。

新月形透镜（左）和双合透镜（右）

在达盖尔银版摄影法发明之后，摄影镜头的设计发展一日千里。20世纪初期市场上出现了大量各种镜头，其中大部分都消失了，但有6支——其中5支出现在1900年——“繁衍”出了我们今天使用的大部分镜头。第6支是倒置远摄镜头，上世纪20年代开始出现在电影行业中，到30年代末期才首次出现在单反相机上。

这6支镜头是现代镜头的先祖

在本文第一部分，我们来看看从这6支“原始”镜头中的3支。如果你使用单反相机拍摄，并拥有50mm或100mm定焦镜头，很可能会发现它们就来自这3支镜头中间。如果你使用旁轴相机、中画幅或高端摄像机，那么你用的每一支定焦镜头（包括广角）都可以从它们中找到源头。

Petzval人像镜头

优点：大光圈中心锐度优秀，暗角较小。

缺点：明显的像散和像场弯曲限制了它的焦段无法做得较长。

历史：1850年之前设计，这是一支非常重要的镜头，是人像摄影师半个世纪的支柱。相对而言，很少有现代镜头来自Petzval，但直到1950年之前，它都是投影仪和电影机的首选。它同时还是柯达f1.9电影镜头的基础，用于柯达16mm摄像机。

对称（Rapid Rectilinear）镜头

优点：对称设计几乎可以完全消除畸变、慧形像差及侧向色差。

缺点：有出现球面像差、像场弯曲及像散的倾向，因此限制了大光圈的实用性。即使在一般光圈下，基于这种设计的现代镜头也需要有额外的元件来消除像差，有时会增加镜头复杂程度和成本。

历史：Rapid Rectilinear镜头出现于19世纪60年代，是第一支拥有良好光学素质的对称结构镜头。它给摄影师提供了光圈适当的广角镜头，而且几乎没有畸变。从60年代到世纪之交（1900年）它们都用于风光和建筑摄影。随着新型镜片的出现，Rapid Rectilinear镜头可以针对像差和像场弯曲进行优化，令其表现更加优异。

Rapid Rectilinear发展过程

1890年出现的对称结构的蔡司（Zeiss）Protar（初名Anastigmat，意为无像散），被认为是第一支现代摄影镜头。经过长期发展，更好的镜头制造技术允许使用更多的镜片，而且前后镜组的尺寸也得到了优化，但仍保留了中段光圈的均匀性。今天的施耐德（Schneider）Angulon和徕卡（Leica）Super Angulon都直接来自Protar。

蔡司发现如果将前镜组分离而非粘合，可以进一步减少色差。这支镜头——天塞（Tessar）——看起来有点像以后会讨论的Cook Triplet。设计师Paul Rudolph可能受到过Triplet的影响，但天塞无疑来自Protar（编注：也有观点认为天塞来自Triplet，这里保留原文说法）。

今天很多优秀的镜头都是天塞的简单改良：Leitz Elmars、蔡司Sonnars、柯达Ektars、施耐德Xenars、福伦达Heliostigmats和Skopars，甚至包括尼康50mm f/1.8都是天塞的变种（编注：尼康50mm f/1.8应为双高斯结构，这里保留原作者说法）。如果你拥有35-110mm焦段画质不错且价格合理的镜头，最大光圈通常是f/2.8，那么很有可能就是天塞结构。

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