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硬货|双高斯镜头俱乐部

色影无忌
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Yuri小白
2016-07-14

   编者按:

 

   编者今天在论坛里面偶然看见这篇神帖,作者从经典结构,经典镜头,发展演变,双高斯结构的变化类型总结,关键技术,成像风格几大方面带我们深入了解了双高斯结构镜头的今生前世,作者认真严谨的态度令我很感动,就让我带你们来一一解读这枚镜头背后的故事吧......

 

      一 经典结构

 

  Rudolph博士1896年提出的6片/4组双高斯结构(Zeiss Planar),是120年以来至今仍然活跃的光学结构,是被各厂家采用最多的一种光学结构。

 

 

  二 经典镜头

 

  双高斯结构最适合设计35-90mm焦段的镜头,这是最适合拍摄日常生活的焦段,除非你想拍摄野生动物或者昆虫的特写这些够不着看不清的场景,双高斯镜头是最佳的选择;这个结构已经超过百年历史,被各路天才光学设计师研究到极致,成像质量指标多次被刷新,性能达到巅峰,存在着很多经典镜头。

 

  Leica:

  Summicron 50mm f/2 Rigid 1956-1968

  Summicron 35mm f/2 八枚玉 1958-1974

  Summilux-M 75mm f/1.4 1980-2007

 

  Canon:

  EF 50mm F1.2L 2006-至今

  ......

 

  三 发展演变

 

  1 高斯结构和双高斯结构(4片/4组)

  ①1817年,德国数学家高斯(Gauβ)为了消除天文望远镜的像差,提出由一片凸镜和一片凹镜两片新月型镜片的组合结构,即高斯结构(2片/2组)。

  ②1888年,Clark提出用两对高斯结构沿光圈对称组合的镜头结构,这就是双高斯结构(4片/4组)。

 

  2 对称双高斯结构(6片/4组)

  1896年,Rudolph发现,4片薄形镜片双高斯结构,正负镜片之间的较大间隔会产生明显的像差,把薄的负镜加厚,减小正负镜片之间的距离,可以降低像差;继而,将加厚的负镜用1片正镜和1片负镜组成的粘合负镜代替,粘合的两片镜片使用不同色散系数玻璃(折射率约相同),由4片4组变成6片4组,可以进一步消除像差,首次实现了大光圈(f/4.5)时非常好的校正多种像差,使得大光圈镜头拥有高质量的光学表现成为现实。这是在还没有高折射率玻璃的时代,蔡司公司对双高斯结构设计的创新,是双高斯结构设计的第一座里程碑。蔡司公司命名这种双高斯结构为Planar,含义为平坦,意即像场平坦。

 

  3 非对称双高斯结构(6片/4组)

  1920年,Lee为了修正大光圈(f/2)情况下对称双高斯结构的像差,提出非对称双高斯结构,使用高折射率光学玻璃,这是双高斯结构设计的第二座里程碑,在没有镜片镀膜的时代,达到了双高斯结构设计的顶峰;此后非对称双高斯结构发展出很多变化,有的将粘合镜片分离,有的将一片透镜分由两片代替,但整体结构依旧是非对称双高斯;为了实现更大的光圈,1930~1960年代流行7片5组设计,1960~1980年代流行7片6组设计;非对称双高斯结构是双高斯结构设计发展中第一个取得商业成功的定型镜头结构,虽然历经120年,非对称双高斯结构仍为现代主流高质量镜头的设计基础,2004年发布的Zeiss Planar T* 50mm f/2 ZM镜头,采用6片4组双高斯结构,与1920年Lee版双高斯结构十分相似。Lee版6片/4组非对称双高斯问世以来,采用这个结构的著名镜头厂商生产的镜头型号系列:

 

  Zeiss:BIOTAR、PLANAR、FLEXON

  Leica:SUMMAR、SUMMICRON、SUMMILUX

  Schneider:XENON

  Angenieux:S-Type

  Dallmeyer:Super-Six

  Kinoptik:Apochromat

  Kodak:Ektar

 

  1817高斯结构~1888双高斯结构~1896蔡司双高斯结构~1920非对称双高斯结构

 

  4 镜片镀膜技术在双高斯结构设计发展中的作用

  1896年,Harold Dennis Taylor发现光学镜片的防反射涂层现象,1904年注册专利并开始给镜片增加防反射涂层,他使用的涂层材料和工艺方法不能保证每个批次的镜片都能加上防反射涂层;基于Dennis Taylor的镜片防放射涂层思想,1935年Smakula发明了镜片单层真空镀膜技术,注册了单层真空镀膜专利,彻底解决了镜片镀膜技术问题。镀膜的主要作用是增加光线在镜片和空气接触面之间的通光量,减少光线在镜片之间的反射,从而减少杂光/炫光/鬼影。

 

  非对称双高斯结构在当时的历史条件下,虽然是非常优秀的光学结构,但由于无镀膜镜头的镜片数量限制条件,使得这种光学结构在技术上仍然欠缺一环,仍然没有达到适应广泛应用的技术指标,万事俱备只欠东风,镀膜技术解除了镜头镜片数量限制条件,一举为双高斯结构的市场普及解决了最后一个技术问题。

 

  无镀膜时代的镜头,镜片不能太多,以镜片和空气的接触面计,6片/4组双高斯结构已经达到了8个接触面,基本达到了无镀膜镜片结构的极限,在这种情况下,由于镜片反射光线减少的通光量以及造成的炫光和鬼影,致使双高斯设计不能发挥出其固有的光学结构优势,限制了非对称双高斯这种优秀的光学结构的市场普及,也限制了双高斯结构的进一步发展变化,比如难以再增加镜片或增加空气接触面来修正像差,镜片镀膜技术的发明,使得这些问题迎刃而解,解除了限制双高斯结构发展的枷锁,在镀膜条件下,光线在镜片空气接触面上的反射大量减少,使得镜头可以含有更多镜片空气接触面而不至于像质下降,增加了光学结构设计的自由度,在此前提下,双高斯结构设计就可以采用一些在无镀膜时代不可能的变化,比如,增加镜片数量,把粘合镜片分离等等。至此以后,双高斯结构迎来了蓬勃的大发展时代。

 

  5 增加后组镜片的非对称双高斯结构

  1930年,Lee为了增大光圈修正像差,进一步改进设计,在6片/4组非对称双高斯结构的基础上,在后组增加一片镜片,形成7片/5组结构(1-2:2-1-1),即Super Speed Panchro镜头。此后这种设计被众多厂家引用,一直流行到1960年代,基于这种修正思路,还发展出在后组增加2片/2组或2片/1组的设计,2013年发布的Zeiss Touit 32mm f/1.8镜头即是采用这种修正思路,在非对称双高斯结构的后组增加2片/1组的修正镜组。

 

 

  1930年代到1960年代流行的7片/5组设计

 

论坛原地址:双高斯镜头俱乐部

 

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