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ATLAS 01

玻璃的结构, 观看的历史

21 类代表性光路,从摄影起源到现代折叠镜头

ABSTRACT

“完整”在这里指塑造摄影成像史的代表性结构族,而不是每份专利与派生公式;现代镜头往往是混合体,本馆按决定主光路、后焦、投影方式或镜组运动关系的架构归类

章节
21
图解
21
一手来源
21
起源定焦母型视场与焦距几何可变与特殊光路运动叠层
正光焦度镜片负光焦度镜片特殊/运动镜组
01

起源

04
011840

佩兹伐人像结构

前部胶合消色差双片与空气间隔后组围绕光阑排列,以速度优先

镜头特点在早期摄影中拥有极高通光能力,中央锐利
取舍
场曲、暗角与边缘像散明显,形成旋转式柔化边缘
典型镜头
Voigtländer–Petzval Portrait Lens
TECH NOTEScience Museum — Petzval portrait type lens ↗
021866

快速直线结构

两组近似镜像的胶合消色差双片夹住中央光阑

镜头特点对称性抑制横向色差、彗差和几何畸变
取舍
仍有场曲与像散,最大光圈通常不高
典型镜头
Dallmeyer Rapid Rectilinear
PATENTDallmeyer — US65729A ↗
031892

达戈尔双消像散

中央光阑两侧各一组胶合三片,以六片两组实现近似对称

镜头特点空气接触面很少,同时获得宽视场与低畸变
取舍
大型胶合组制造困难,速度与近摄修正受限
典型镜头
C. P. Goerz Dagor Series III 125mm f/6.8
TECH NOTEScience Museum — Dagor Series III ↗
041893

库克三片式

正—负—正三枚空气间隔镜片,在极少元件下平衡五种初级像差

镜头特点结构精炼、成本低,是大量定焦与放大镜头的母型
取舍
大光圈或宽视场时边角修正迅速变难
典型镜头
Taylor Hobson Cooke Triplet Series III
PATENTCooke Triplet — US540122A ↗
02

定焦母型

03
051902

天塞

前正单片、中央负单片与后胶合负正双片构成四片三组

镜头特点紧凑、反差高、成本合理,适合标准与饼干镜头
取舍
经典版本速度有限,开放光圈边角相对薄弱
典型镜头
Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8
PATENTPaul Rudolph — US721240A ↗
061896

双高斯/普拉纳

中央光阑两侧由近似镜像的高斯半组构成,外正内负

镜头特点适合大光圈,畸变低、像面较平,是现代标准镜头的核心祖型
取舍
极大光圈下球差、轴向色差与彗差难以同时压低
典型镜头
ZEISS Planar T* 50mm f/1.4
PATENTPlanar — US583336A ↗
071931

松纳

厚复合镜组与较少空气—玻璃界面换来紧凑的大光圈结构

镜头特点体积紧凑、速度高、天然反差和抗眩光表现好
取舍
厚胶合组复杂,标准焦段后焦短,不利于传统单反
典型镜头
Carl Zeiss Sonnar 50mm f/1.5
PATENTBertele — US1975678A ↗
03

视场与焦距几何

04
081934

对称广角/比奥刚

正光焦度核心被大型负弯月镜包围,整体近似对称并靠近像面

镜头特点几何畸变低,像场平坦,广角边缘修正优秀
取舍
后焦短且边缘入射角大,数码传感器可能出现暗角与色偏
典型镜头
Carl Zeiss Biogon 21mm f/4.5
TECH NOTEZEISS — Distagon, Biogon and Hologon ↗
091950

逆望远/反摄远

大型负前组加正后组,把主平面前移并延长后焦

镜头特点广角镜头仍可为反光镜、快门或传感器堆栈留出空间
取舍
不对称结构让桶形畸变、横向色差和前组尺寸更难控制
典型镜头
Angénieux Retrofocus R1 35mm f/2.5
PATENTAngénieux — US2649022A ↗
101891+

望远结构

正前组与负后组组合,使镜筒物理长度短于标称焦距

镜头特点以更短镜筒获得长焦距
取舍
轴向色差、枕形畸变和负后组误差放大更难修正
典型镜头
AI Nikkor 300mm f/4.5 S
TECH NOTENikon NIKKOR history No.70 ↗
111962

鱼眼投影

强负前组接收超大视场,以非直线投影换取 180° 或更大画角

镜头特点视角极大而结构相对紧凑,可选择不同角度—像高映射
取舍
直线弯曲是设计结果,凸出前片也更难保护与滤镜化
典型镜头
OP Fisheye-Nikkor 10mm f/5.6
TECH NOTENikon NIKKOR history No.6 ↗
04

可变与特殊光路

08
121950s+

反射折射/折返镜头

凹主镜、凸次镜与校正透镜让光路在短镜筒中折返

镜头特点超长焦镜头显著缩短,反射部分本身没有色差
取舍
中央遮挡、固定光圈、环形焦外与鬼影是典型代价
典型镜头
Reflex-Nikkor 500mm f/8 New
TECH NOTENikon NIKKOR history No.13 ↗
131959+

变焦结构

变倍组改变焦距,补偿组同步运动以维持焦面位置

镜头特点无需更换镜头即可连续改变画角
取舍
每个焦段与物距都要平衡像差、呼吸、尺寸和机械凸轮
典型镜头
Zoom-Nikkor Auto 43–86mm f/3.5
TECH NOTENikon NIKKOR history No.4 ↗
141970s+

浮动组微距

多个镜组按不同规律改变相对间距,而不是整副镜头一起伸出

镜头特点在近摄与高倍率下持续修正球差、像散与场曲
取舍
机械控制复杂,有效光圈与焦距呼吸变化明显
典型镜头
Canon MP-E 65mm f/2.8 1–5X Macro
TECH NOTECanon Camera Museum — MP-E 65mm ↗
151960s+

移轴/倾角

镜头光轴可相对传感器平移或倾斜,并覆盖明显更大的像场

镜头特点校正建筑透视,并借助 Scheimpflug 几何旋转清晰平面
取舍
体积与操作复杂,大幅移动时暗角和边角像差增加
典型镜头
Canon TS-E 24mm f/3.5L II
TECH NOTECanon Camera Museum — TS-E 24mm II ↗
16Cinema

变形宽银幕

柱面或环曲面镜组让水平与垂直方向拥有不同光焦度

镜头特点在有限画幅上记录更宽视场,并形成椭圆焦外与水平光斑
取舍
需要反变形,像散、呼吸和双轴对焦更复杂
典型镜头
Panavision Primo Anamorphic 50mm T2
TECH NOTEPanavision — Primo Anamorphic ↗
172001+

衍射光学 DO/PF

镜组加入衍射光栅,以与普通玻璃相反方向的色散修正色差

镜头特点长焦镜头可以更短、更轻,并强力校正色差
取舍
环状逆光眩光、入射角敏感与高制造精度是代价
典型镜头
Canon EF 400mm f/4 DO IS II USM
TECH NOTECanon Camera Museum — EF 400mm DO II ↗
182019+

折叠/潜望式

棱镜把长焦光路折进机身平面,镜组与传感器沿机身长边排列

镜头特点在很薄的设备中实现较长等效焦距
取舍
反射损耗、装调公差、光圈与防抖空间受到限制
典型镜头
iPhone 15 Pro Max 120mm tetraprism camera
TECH NOTEApple — iPhone 15 Pro tetraprism announcement ↗
19Industrial

远心结构

将选定一侧的瞳位置置于无穷远,使主光线近似平行于光轴

镜头特点物距变化时倍率近乎不变,透视与视差小,适合测量
取舍
真正物方远心需要大前片,数值孔径、视场、体积与成本受限
典型镜头
Edmund Optics 0.5× SilverTL Telecentric Lens
PATENTTelecentric lens — EP0335559B1 ↗
05

运动叠层

02
20Motion overlay

内对焦/后对焦

只移动镜筒内部的一组或数组,前组和镜筒长度保持不变

镜头特点移动质量小、自动对焦快、滤镜不旋转且外形稳定
取舍
焦距呼吸与近摄像差控制更复杂
典型镜头
AF-S Zoom-Nikkor 80–200mm f/2.8D IF-ED
TECH NOTENikon NIKKOR history No.67 ↗
21Motion overlay

光学防抖组

陀螺仪检测角位移,补偿镜组垂直于光轴移动,把焦点送回传感器中心

镜头特点降低手持角抖动造成的模糊
取舍
耗电、控制与装调复杂,也不能冻结主体运动
典型镜头
Canon EF 75–300mm f/4–5.6 IS USM
TECH NOTECanon Camera Museum — EF 75–300 IS ↗
谱系说明

Heliar 属于三片式衍生,Biotar、Xenon 与 Summicron 类属于双高斯分支,Topogon 与 Hologon 属于对称超广角分支;非球面、萤石、ED/UD、镀膜、光圈叶片与马达是可叠加技术,不单独视作主光路结构

REFERENCES

回到原始资料

  1. TECH NOTEScience Museum — Petzval portrait type lens ↗
  2. PATENTDallmeyer — US65729A ↗
  3. TECH NOTEScience Museum — Dagor Series III ↗
  4. PATENTCooke Triplet — US540122A ↗
  5. PATENTPaul Rudolph — US721240A ↗
  6. PATENTPlanar — US583336A ↗
  7. PATENTBertele — US1975678A ↗
  8. TECH NOTEZEISS — Distagon, Biogon and Hologon ↗
  9. PATENTAngénieux — US2649022A ↗
  10. TECH NOTENikon NIKKOR history No.70 ↗
  11. TECH NOTENikon NIKKOR history No.6 ↗
  12. TECH NOTENikon NIKKOR history No.13 ↗
  13. TECH NOTENikon NIKKOR history No.4 ↗
  14. TECH NOTECanon Camera Museum — MP-E 65mm ↗
  15. TECH NOTECanon Camera Museum — TS-E 24mm II ↗
  16. TECH NOTEPanavision — Primo Anamorphic ↗
  17. TECH NOTECanon Camera Museum — EF 400mm DO II ↗
  18. TECH NOTEApple — iPhone 15 Pro tetraprism announcement ↗
  19. PATENTTelecentric lens — EP0335559B1 ↗
  20. TECH NOTENikon NIKKOR history No.67 ↗
  21. TECH NOTECanon Camera Museum — EF 75–300 IS ↗
馆长AlexZheng↗
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