19. Topogon Richter 1933 6.3 45 20. Cooke H.D. Taylor 1895 4.5 25 21. Speeic Lee 1926 2.5 22 22. Heliar Harting 1902 4.5 25 23. -- Bertele 1923 2.0 14 24. Ernostar Bertele 1924 1.8 22
25. Sonnar Bertele 1934 1.5 24--------------------------------------------------------------------------------
Source: Lenses and Their Characteristics By R. Kingslake (Director of Optical Design,Eastman Kodak Co.)
细心看一下摄影光学代表性镜头设计,在1934年随着Sonnar面世后已经差不多定型了。
及后除了不同玻璃物料的应用,反长焦广角镜头(Reversed-Telephoto),变焦镜头通行以外,近代摄影光学发展的突破已经以前比较少多了。
流通的定焦镜头设计从开始到现在包括特殊设计镜头如制版镜头,真正要归类只有4种设计:正光镜组(Anastigmat)设计/多为对称类设计、3片镜头、反长焦镜头(广角镜)、长焦镜头,其它的主流镜头都这几类的变种。其中长焦镜头、反长焦镜头设计要到二战前后才开始成熟。
1)早期正光镜组设计中有代表性的摄影镜头设计
4片2组:蔡斯 Protar(Series III,IIIa,IV,V, 但也有多款变种包括前2后3:Series I,II,IIa); 4片3组:蔡斯 Tessar;
4片4组:Dialyte: CP Goerz Celor; 6片2组:CP Goerz Dagor; 6片4组:Hugo Meyer Plasmat;
其中在正光镜组设计再分支出来有双高斯类镜头 6片4组:蔡斯 Planar;
4片2组的蔡斯 Protar原来是使用Anastigmat这个镜头名字,后来因为未经注册Anastigmat名字给其他厂家滥用后才改名为Protar。蔡斯曾经授权其他厂家生产Protar,这些厂包括:美国B&L,英国Ross,法国Krauss,奥地利Fritsch(老名字Prokesch),意大利Koristka, 瑞士Suter。直至1900年,蔡斯连同获授权厂家共生产超过10万支Anastigmat 镜头。
6片2组的结构,也有正反玻璃不一的类同设计,其中有共同分享设计专利的福伦达Collinear和Steinheil Orthostigmat。
4片4组Dialyte结构当中广角变种有蔡斯 Topogon、B&L Metrogon、柯达 Wide Field Ektar、Hugo Meyer Aristostigmat;二战年间蔡斯 Topogon和B&L Metrogon是两个领先的航空用镜头设计,需要利用大玻璃组才能保证边缘低失光度,因此难以安装镜间快门已作一般摄影使用。后来蔡斯Hologon 也是从Topogon类设计演变下来。
2)3片镜设计
3片3组:Cooke Taylor Triplet 3片设计变种有不少
5片3组:福伦达开展的 Heliar/Dynar/Telomar/APO Lanthar/APO Skopar;
Ernemann 的 Eronstar 100/2(1919年)、85/1.8(1920年) 都是3片镜头的变种。这些镜头的面世开创了自然光摄影的先河。
另外,蔡斯在合并了Ernemann (1926年)后所开发 的 Sonnar 也是3片设计变种,但早期设计也有不同的演变:50/1.5 (7片3组)、 50/2 (6片3组)、85/2 (7片3组)、135/4 (4片3组)、
180/2.8 (5片3组)。后来 Sonnar 经过演变也有4组设计;
莱卡著名的 Hektor 系列也是三片变种:5片3组 28/6.3、6片3组 50/2.5 73/1.9、4片3组 125/2.5 135/4.5。
3)反焦点/反长焦广角镜头设计
反焦点广角镜头的基本原理是在普通镜头前加上大口径凹透镜,这样的配置能实现以下效果:1)可以通过一块大镜片和其他小镜组去获得短焦距;2)增加最后镜片至胶片平面距离;3)获得较高的最大光圈值和大像场的效果。在1929年,反焦点广角镜头设计首先给应用到电影放映机上,及后Taylor Hobson 使用同类设计,开发了3分色(通过菱镜把原色分开,但增加镜头到胶片相面值距离)Technicolor电影摄影机用35mm f2镜头,突破了以前50mm或以上镜头的界限。随着单反相机在1950年代开始流行,因为机身要容立反光镜的缘故,造成通用接环相面值大都在40mm以上,造成一般40mm以下的镜头都需要应用上反焦点广角镜头设计。其中最有名的设计为爱展能/Angenieux Retro focus,类同的设计有东德蔡斯 Flektogon、西德蔡斯Distagon、施耐德 Curtagon。
除此之外,根据1946年俄国设计师(M.M. Roosinov)发明像场光平均高及宽涵盖角度的双反长焦广角镜头(Double-Ended Reversed-Telephoto)是一个很重要的发明。这类设计大多数应用上对称镜组设计,但也有非对称类设计。自1950年初开始,其他类同设计陆续面世,其中最有代表性的有:蔡斯 Biogon(非对称类),施耐德的 Super Angulon(对称类),罗敦斯德 Grandagon(对称类)。
4)长焦镜头设计
现代长焦镜头的特点是短镜身和最后镜片至胶片平面短距离(亦等于短皮腔伸展)。长焦镜头起源,可以追索到1891年,英国Dallmeyer 和德国的Adolph Miethe同时想到把2片复合镜片前
组和3片复合镜片后组加上一个拉长的可变镜桶长度。通过变动镜头桶长度,结果是一支可变焦距的长焦镜头。1896年蔡斯引用了同样的理念到Tele-Tubus上,其中前组是Double Protar 类的4片复合组作为前组,后组为3片复合组。利用不同的焦段的前后镜组可以组合出不同的镜头焦距。
真正成熟的设计要到1905年 Emil Busch 的 4片2组(前后两个2片复合组)Bis-Telar f8开始,及后各厂都有类同的设计如:蔡斯Tele-Tessar,施耐德 Tele-Xenar,罗敦斯德 Rotelar,Hugo Meyer Tele-Megor等。
5)放大机和制版镜头
放大机和制版镜头多应用到平面对平面的投影或拍摄用途上,同样需要克服平面像差和色散的问题,因此两者基本设计比较接近,但由于实用放大率有所区别造成两者不一样的设计。
要理解通用摄影镜头和放大机及制版类镜头的区别,我们可以从下的比较来理解。通用摄影镜头最佳表现是当主体在无限远和影像在低放大率时,这时候无论色散和平面相差都会达到最好的纠正。相反当主体在近距离和影像在高放大率时,通用摄影镜头色散和平面相差的纠正往往会下降。其中原因是,当主体在近距离时,中心区和边缘区至感光平面的距离差越来越大,所面的对色散和平面相差影响越来越大。相反放大机和制版镜头的色散和平面相差纠正,恰巧是配合给近距离和高放大率时使用。
一般放大机镜头的实用放大率约在1:10至1:1,通行设计有3片、天塞类至双高斯都有,高级别的更带有 Apochromatic 功能。由于需要足够透光度以便准确对焦,镜头最大光圈由f2.8至f5.6。阿当斯当年提倡使用上大一级的放大机镜头(120片幅镜头应用给135片)来扩大像场进而使用上中心部分来保证最好像差纠正。
相对而言,制版镜头限于室内使用,一般设计通过利用长焦距尽量扩大像场,并牺牲了最大光圈
值,多为f9或以下。另外,因为上述的工业使用环境,通用制版镜头都不带多层镀膜,只有单层镀膜。老式制版镜头多用来摄制印刷用网图(Halftone),随着彩色印刷的流行,制版镜头使用在翻拍平面图以作分色用途。因为印刷用网图和图像翻拍对色散纠正要求很高,而制版用胶片对蓝色波长特别敏感,所以制版镜头多带有Apochromatic 功能。
主流制版镜头多用上前后组全对称设计(焦距和镜组)如 4片4组Dialyte [Goerz APO Artar、罗敦斯德 APO Ronar (<600mm)、东德蔡斯APO Germinar (<600mm)、施耐德 C-Claron等]、6片4组Plasmat [施耐德 G-Claron、罗敦斯德 APO Ronar (>600mm)、东德蔡斯APO Germinar (>600mm)],也有非对称如:4片3组 东德蔡斯APO Tessar、5片3组福伦达 APO Skopar等。一般实用放大率约为1:5至5:1,但其中以1:1时表现最优秀。
随着扫描仪取替制版相机,大量优质廉价制版镜头流通到二手市场上。这类长焦距大像场的制版镜头正好填补了超大片幅(>10x12片幅)镜头的空缺。长久以来,网上讨论区经常议论制版镜头应用到普通无限远摄影上。因为制版镜头多用上对称设计并以1:1时表现最佳,当制版镜头在最大光圈情况下应用到低放大率和一般普通摄影用APO镜头比较表现会是稍逊,但收小光圈下使用还是会有优秀的表现。
二战后摄影光学的发展
二战年间因为镀膜的发明,克服了很多早白年头内反射和反影所产生的问题。 另外,更突破了以前流通镜头不多于6个空气接触面的界限,因此多于4片和6片玻璃设计变得大行其道。
原来比较冷门的6片4组/Planar、 6片4组/Plasmat 和4片4组/Dialyte 设计成为镜头设计主流。虽然流行 Plasmat 最大光圈比Planar小 但像场比 Planar 大一倍,因此成为大片幅镜头设计首选。而 Planar 设计好处在于大光圈表现及平面相差的纠正但像场狭窄,慢慢变成中幅和135高级标头及及大光圈中距人像头的主流设计。