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教你看懂镜头结构图——六种摄影发烧友应该知道的基本结构
原文来自于LensRental，作者是Roger Cicala
我从前看到镜头结构图（也包括MTF）是绕着走的。其实现在基本也是。确实看不出啥和实际使用效果有关的东西。但是结构图对镜头设计者就很有用了。能看出来很多东西。特别的是，能看出这个镜头的渊源。
镜头不是凭空设计的。虽然我们现在有了很好的计算机辅助设计软件，但从头设计一个镜头，抛弃掉前人上百年的成果，仍然是不太现实的。但是镜头设计师也不会从本来就很差的镜头处起步设计。他们总是选择比较好的镜头。所以，在这一百多年的时间里，大浪淘沙加上市场选择，就出现6种影响特别大的光学设计。现在的镜头都是从它们那里继承下来的。
这六种光学设计分别是Petzval人像镜头、快速直线镜头、双高斯镜头、望远镜头、反望远（后对焦）镜头和库克三片镜头。下面分别简介一下这几个镜头。
我从前写过一个帖子，是关于像差的。最好是看这篇帖子前看下那篇。否则很可能会看晕。
Petzval镜头
这就是Voigitlander发家的东西。不过，他是从Petzval处偷来的设计。发明于1850年之前。虽然这个设计已经不太用了，但直到20世纪50年代，都是很广泛使用的。比如投影机。“放大头”是不是也是这种？
快速直线镜头
它的特点就是对称于光圈。因为这个特点，它的变形、慧差和平面色差都处理得很好。然后它比较容易有球差、场曲和像散。
快速直线镜头发明于1860年代。因为它没有啥变形，所以非常适合建筑和风光摄影。直到1900年代，都是很流行的。我估计这也就是Eugene Atget用的镜头了。
它的传人很多。最有名的就是蔡司Protar和后来的Tessar了。Tessar之后又发展出了一堆好镜头，不过这是后话了。在库克三片镜头的时候会涉及到。
双高斯镜头
虽然叫“高斯”，但这个镜头设计其实是和高斯没多少关系的。高斯只是计算和描述了这个概念，而且他还是针对望远镜说的。这个镜头最早是1888年出现的，是在高斯死了30多年之后了。
双高斯的特点是对称于光圈（早期的镜头其实都是这么设计的，否则像差会不得了），而且它还使用了全部弧形和分离的镜片（这点和快速直线镜头不同），这使得它能做到很大的光圈，而且把场曲和色散的问题基本避免了。不过它也容易产生像散和球差。
今天，基本上50mm的定焦镜头全都是这个设计的。天才的蔡司设计师兰道夫博士在双高斯的基础上做了一些改进，就形成了Planar结构。当然，Protar和Tessar也是他设计的。Planar结构，或者说双高斯，是现在50mm甚至更长一些镜头的标准结构了。大中画幅和RF上这种结构更是常见。看看下面的结构图就很清楚了。
望远镜头
“望远”在这里的准确定义应该是“镜头的实际长度小于焦距”。这个结构是1880年代发明的，虽然它真正广泛的使用要到1920年代了。
望远镜头都是通过一个正镜片在前，一个负镜片在后达成长焦距的。望远镜头后面的负镜片其实是放大了画面，所以你说它就是一个内置了增距镜的镜头也不无不可。所以它的光圈也很受限制，就算是要做大，成本也很高（想想200/2和600/4吧）。它也容易有桶状畸变和轴向色散。所以好的望远镜头里通常会有许多超低色散玻璃或萤石。
基本上超过135mm的SLR镜头都是望远结构。饼干头或特别小的镜头也会用到这个结构，来减小镜头的体积。
反望远（后对焦）镜头
这种镜头和望远镜头的结构刚好是反着的，就是负镜片在前，正镜片在后。它的特点就是：让焦距可以小于镜后距。因为镜后距就是镜头的物理长度的最低限制，不能再小了。它的缺点也很多：场曲、慧差、平面色散、变形都有。
这种镜头最早是Anegenieux在20世纪20年代为一种摄影机研制的。因为这种摄影机的棱镜限制了镜后距。不过它真正的兴起是因为SLR：SLR的反光镜决定了镜后距不能太小。所以想要做广角镜头。这种结构是必须的。
在下面这个图就可以看出为啥广角那么贵了。这是蔡司的21/2.8镜头剖面图。大家可以看到里面的复杂程度。而50mm的头是要简单得多的。所以广角头经常很贵很大，画质还不咋样，就是因为它的光学设计限制了。比较小镜后距的机器（比如RF和微单），这个问题就要小。
库克三片式镜头
这种镜头是这六种基础设计里最重要的。因为它是变焦的基本。
这种镜头是1890年代由英国的镜头设计师Dennis Taylor设计的。这种镜头对常见的7种相差都有不错的抑制。但最神奇的是，通过移动它中间的镜片的位置，它的焦距和光圈都会改变。这是它最大的特点，现在的变焦镜头都是或多或少采用了这种结构。比如下面的第一个变焦镜头，Voigtlander Zoomar。至于它的后续就太多了。什么Sonnar, Elemar, Triotar，望远镜和显微镜也经常用这个结构。
通过下面几个例子我们可以看到现代的镜头是如何利用了上面的几种基本设计。
首先是广角变焦头。明显的后对焦设计。前面是弯曲的负镜片，后面则是正镜片。然后它们也有类似的问题：虽然用了很多镜片，但边角的像差纠正不是那么好。
然后是望远变焦镜头。可以发现，它们都是用了望远结构。前面是正镜片，后面是负镜片。
第三是标准变焦。这种镜头主要用的是比较弱的后对焦设计。所以它通常无法突破135mm。超过这个焦距，就要用到望远设计了。
最后是我们常说的“大变焦”。它的结构从哪种结构来的很难看出来，因为它的设计太复杂了。必须同时兼具后对焦、望远、库克三片的特点。人是无法设计出来的。必须靠电脑。所以它的画质也不能和结构比较简单的镜头比。
