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新镜头还是老镜头之1:“西学东渐”——摄影镜头发展简史

发布: 2011-7-25 13:03 |  作者: 谷久文  | 来源: 中国摄影

阿尔帕的产品说明书显示:阿尔帕公司为其135单反相机选配镜头时,都要逐个进行检测挑选,将不能达到其标准的镜头退回原生产厂家。

起源

1812年,英国物理学家乌拉斯顿(W. H. Wollaston)发明了新月形镜头,这是世界上是最早的摄影镜头,比达盖尔(L. Daguerre)的摄影术公诸于世整整早了27年。现在看来,这种新月形镜头极为原始,光学结构非常简单,只有一片凹面朝前的新月形凸透镜片,最大相对孔径仅为f/16。乌拉斯顿把它安装在可携式木制暗箱(原始照相机机身)前端,并在暗箱后方安装了一片磨砂玻璃,以供成像。

发展

双片镜头。1821年,薛瓦利埃(Chevalier)发明了1组2片式镜头,最大相对孔径为f/12。这种镜头由凹凸两片透镜胶合在一起,可以起到消色差作用,成像质量比单片新月形镜头有所提高,但仍属原始镜头之列。

高兹•达戈尔。1892年诞生的高兹•达戈尔(Goerz Dagor)镜头属于前后对称结构的正光摄影镜头,最大孔径为f/6.8。镜头由2组透镜组成,每组由3片透镜胶合而成,光圈位于两组镜片之间,这种镜头对垂轴像差起到很好的校正作用,在当时得到广泛应用。

2组6片Dagor结构

3片库克。1893年,英国人泰勒(H. D. Taylor)设计出3组3片式库克(Cooke )摄影镜头。该镜头前后两片均为凸透镜,用钡冕玻璃制成,中间一片为凹透镜,用火石玻璃制成,光圈位于第一、第二片透镜之间。3组3片式库克镜头是当时能够对全部6种像差进行校正、结构最为简单的摄影镜头。

双高斯。1896年,德国卡尔•蔡司(Carl Zeiss)公司的鲁道夫(P. Rudolph)设计出4组6片的双高斯摄影镜头,命名为普拉纳(Planar),它属于对称型正光摄影镜头。第一组和第四组为单片凸透镜,第二组和第三组为凹透镜与凸透镜胶合而成,光圈位于第二、第三组之间。双高斯镜头相对孔径较大,成像质量好,成本较高,广泛用于高中档相机上。当今中画幅以及135相机的标准镜头均源于Planar,属于双高斯改进型设计。

卡尔•蔡司公司的创始人之一卡尔•蔡司先生

4片天塞。1902年,鲁道夫又设计出3组4片式天塞(Tessar)镜头。第一组为一片凸透镜,第二组为一片凹透镜,第三组为凹透镜和凸透镜胶合而成的透镜组,光圈位于第二、第三组之间。与3组3片式库克镜头相比,天塞镜头的成像质量得到改善,被广泛应用到普及型相机和放大机上。

3组4片Tessar结构

5片海利亚。光学结构为3组5片海利亚(Heliar)镜头由德国福伦达公司(Voigtlander)的汉斯•哈汀博士(Dr. Hans Harting)所设计,这是校色差正光型摄影镜头。第一组和第三组为凹透镜与凸透镜胶合而成,第二组为一片凹透镜,光圈位于第二、第三组之间。从1900年开始生产直至二战之后,这款镜头几十年间的产量不可计量。

6片松纳。松纳(Sonnar)镜头最早由德国卡尔•蔡司公司设计,属于非对称型正光摄影镜头。光学结构为3组6片,第一组为一片凸透镜,第二组为两片凸透镜和一片凹透镜胶合而成的透镜组,第三组为一片凹透镜和一片凸透镜胶合而成的透镜组,光圈位于第二、第三组之间。这种镜头对高级球差校正的效果较好,因而最大孔径相对较大,多为大孔径、小视场角的中焦距摄影镜头。

6片贝奥冈。贝奥冈(Biogon)镜头最早也由德国卡尔•蔡司公司设计,属于半对称型正光摄影镜头。光学结构为4组6片,第一组为一片凸透镜,第二组为一片凸透镜和一片凹透镜胶合而成的透镜组,第三组为一片凹透镜和一片凸透镜胶合而成的透镜组,第四组为一片凹透镜,光圈位于第二、第三组之间。这种镜头对畸变等像差起到很好的校正作用,并且视场角很大,多用于广角镜头设计。

随着技术的发展,镜头的光学结构也在不断变化。以上只是镜头发展史中具有代表性的光学结构。现代摄影镜头在此基础上进行改良,结构也更加趋于合理,加工也更精密与复杂,从早期的作坊式生产发展为大规模流水线作业,高精度的机械加工取代了手工打磨作业方式。

值得一提的是,从1960年代开始,摄影镜头的研发和生产中心也逐渐从西洋转向了东洋。日本人从学徒做起,最终跨过了师傅的肩膀。

 

变焦镜头

1958年,美国祖玛(Zoomar)公司的创始人弗兰克•拜克博士(Dr. Frank G. Back)为德国的福伦达Bessamatic单反相机设计出Voigtlander-Zoomar 1:2.8 F=36mm~82mm镜头,这是世界上第一款用于照相机的变焦镜头。

近30年来,变焦镜头的研制与生产取得了突飞猛进的发展,不仅技术性能有所提高,而且更加方便使用。新近问世的变焦镜头有以下特点:光学素质日益接近定焦镜头;中长变焦镜头大口径化,且体积日益缩小;常用变焦镜头高倍率化;焦距向长短两端发展,微距结构也有了相当的改进。

祖玛公司的弗兰克•拜克博士

 

镀膜

玻璃的表面会反射光线,降低透光率。除了减少到达曝光介质的光线外,光线在镜片之间重复反射的结果会使影像的反差降低,对拍摄结果造成干扰。
早在二次世界大战之前,就有了镀膜概念,但是镜头镀膜直到二战后才被广泛应用。1970年代初,日本宾得公司率先研发出smc(Super-Multi Coating)多层镀膜;与此同时,民主德国的卡尔•蔡司•耶拿(Carl Zeiss Jena)也推出了MC(Multi Coated)多层镀膜镜头,随后该技术被广泛应用。

数码影像时代以后,各厂家又针对数码相机的成像特点,开发出名目繁多的新型镀膜技术,例如尼康公司的纳米涂层(Nano Coat)、佳能公司的亚波长镀膜(SWC)等。

尼康镜头的纳米涂层

佳能镜头的亚波长镀膜

 

特殊镜片

球面像差对镜头特别是广角镜头带来很大的负面影响,从而降低大光圈下的反差和细节再现能力。1960年,尼康公司在镜头中率先使用了非球面镜片。使用非球面镜虽然可以用更少的镜片来达到更好的光学质量,但是过去用玻璃磨制非球面镜的成本较高。现在,非球面镜制造技术种类繁多,生产成本也大大降低。

因为可见光(红、蓝、绿)不同颜色的光波长不同,经过光学镜片后折射率也不同,因此无法汇聚在同一平面位置,从而形成色散。1970年代后,能够控制色散的超低色散镜片ED(Extra low Dispersion)以及APO(Apochromatic)技术得到广泛推广。

1960年之前,摄影镜头中很少含有特殊镜片,随着技术的提高和成本的降低,非球面镜片、超低色散镜片得到了广泛应用,现在即便是几百元的数码相机“套头”也都含有特殊镜片。

 

防抖镜头

世界上首款拥有光学防抖系统的单反镜头是佳能EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM。这种技术被佳能称为IS(Imagine Stabilizer)光学防抖系统,它是通过镜片的移动来补偿手持相机造成的抖动,从而有效地克服因抖动而产生的影像模糊现象。随后,尼康、适马、腾龙纷纷研发出自己的光学防抖技术,并逐渐推广到各种类型的摄影镜头上。

 

数码镜头

相机数码化之后,镜头厂家特别针对数码相机的特性设计了一系列的新型镜头,并予以特殊的标识符,以便和原来的传统镜头区别,这些镜头称为数字化镜头或数码镜头。

数码镜头分成两大类型:数码优化镜头和数码专用镜头。数码优化镜头沿用原来的135镜头系列,针对感光元件特性,改进镜头结构和镀膜技术,适用于APS-C画幅和135全画幅机身。不同厂家对数码优化镜头的标识符不太一样,例如:适马的标识符是DG、腾龙的标识符为Di,尼康和佳能的数码优化镜头则没有任何标识符号。

相对135全画幅数码优化镜头来说,专为APS-C画幅数码相机设计的镜头具有体积小、重量轻的特点,一般称之为数码专用镜头。不同厂家对数码专用镜头的标识符号为:佳能EF-S、尼康DX、适马DC、腾龙Di II 。

数字化镜头的发展方向必然围绕感光元件的特性进行设计和改进,使之得到更好的成像质量,结果是一代更比一代强。

徕卡镜头的光学结构

当代卡尔•蔡司镜头的设计

德国基尔菲特公司的镜头车间外景

TAG: 新镜头 老镜头
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