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冼鏡光老師的網誌,對鏡頭結構等稍有認識,為方便自己理解,整理記錄如下:
相機鏡多由球面透鏡構成,概分有凸透鏡及凹透鏡。
凸透鏡可再分為雙凸透鏡、平凸透鏡及凸新月形透鏡;凹透鏡可再分為凹凸透鏡、平凹透鏡及凹新月形透鏡。
詳情可參考
冼老師的--相機鏡頭:從透鏡說起。或
維基百科--透鏡。
隨著鏡頭結構設計複雜化,通常以幾片幾群(如 Tessar 四片三群、4E/3G、1-1-2
)來簡述結構。
以下整理各類鏡頭簡述:(以下所有圖片都是不精確繪圖,僅供參考)
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Wollaston風景鏡頭(一片一群、1E/1G、1)-W. H. Wollaston 設計
1812單純一片凸新月形透鏡,光圈葉在前,如下圖左。
- Chevalier風景鏡頭(二片一群、2E/1G、2)-Charles Chevalier 設計 1839
法國人Louis-Jacques-Mandé
Daguerre達蓋爾在1839年發表的相機中使用了Chevalier設計的achromat雙合消色差透鏡(雙凹加雙凸),該設計由Wollaston風景鏡頭演進而來,如上圖右。
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Petzval人像鏡頭(四片三群、4E/3G、2-1-1)-Joseph Max Petzval 設計 1840
首款大光圈人像鏡,採不對稱雙組achromat雙合消色差透鏡組合,後組不黏合,有著強烈旋轉散景,當時鏡頭由Voigtländer生產。
1857年時,Thomas Grubb改良了Chevalier風景鏡頭,稱之為
Aplanat(凸新月形透鏡與凹新月形透鏡黏合),該設計進一步校正了球面像差。
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Rapid Rectilinear(RR 四片兩群、4E/2G、2-2)-John Henry Dallmeyer 設計 1866
採對稱雙組改良的achromat雙合消色差透鏡組合,同時期稍早Hugo Adolph
Steinheil亦設出雷同的鏡頭也稱為Aplanat
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Cooke Triplet(三片三群、3E/3G、1-1-1)-Harold Dennis Taylor 設計 1893
三片凸凹凸設計的大光圈像差校正鏡頭,簡單且性能良好,著名的CZJ 135 f/4、Meyer
Trioplan 100mm f/2.8、Takumar 100mm f/3.5及Elmar 90mm f/4皆採用其設計。
- Tessar(四片三群、4E/3G、1-1-2)-Paul Rudolf 設計 1902
著名的天塞鏡,由任職於Carl Zeiss的Paul Rudolf
所設計,天塞結構可視為由Triplet衍生,將後組改成雙合凸透鏡而來,常見的Macro-Takumar
50 f/4、CZJ Tessar 50 f/2.8及 Tessar 80 f/2.8都是此設計。
- Ultrastigmat (四片四群、4E/4G、1-1-1-1)-Charles C. Minor 設計 1916
在 Triplet 前加一片凸新月形透鏡改進而來。
- Heliar(五片三群、5E/3G、2-1-2) -Dr. Hans Harting設計 1900
由 Triplet 改進而來,將前後改成雙合鏡片,此設計及製造在 Voigtländer
完成,之後的改版再將前後組修改,以增大光圈及增進成像素質。旭光學的 Takumar 58mm
f/2.4 及 Takumar 100mm f/4皆是此一鏡頭結構。
Takumar 58mm 加註的 Heli-nar 的名稱是在
Lawrence 兄的網誌看到的,他的文章「
鏡頭雜談:Asahi Kogaku Takumar 58mm f2.4」中介紹了此鏡的特色,值得一看。
Heliar type 的 Takumar 58mm f/2.4 和 Sonnar type 的 Takumar 58mm f/2,在 Takumar
系列中是少見而特別的焦段與設計。
- Ernostar (六片四群、6E/4G、1-3-1-1)-Ludwig Bertele設計 1919
Ludwig Bertele 將 Ultrastigmat
的第一片或第二片改成雙合透鏡,或第二片三合,再加上一凹一凸。另有(6E/4G、2-2-1-1)或(5E/4G、1-2-1-1)等設計。
Super Takumar/S-M-C Takumar 135mm/2.5等應該算是 Ernostar 結構。
- Sonnar (六片三群、6E/3G、1-3-2)-Ludwig Bertele設計 1931
由 Ernostar 演進而來,第一片凸新月透鏡,第二群三合透鏡,再將 Ernostar
的最後二片雙合在一起,造就了第一代 Sonnar 50mm
f/2,次年又開發出七片三群、7E/3G、1-3-3 的 Sonnar 50mm f/1.5,到了 Takumar 58mm
f/2 則是六片四群的Sonnar設計。
- Gauss(二片二群、2E/2G、1-1)高斯 1817
德國數學家 Carl F. Gauss
提出,以一凸新月形透鏡後面跟著一片凹新月形透鏡的望遠鏡結構。如下圖左
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雙Gauss(四片四群、4E/4G、1-1-1-1) -Alvan G. Clark設計 1888,如上圖右。
- Planar(六片四群、6E/4G、1-2-2-1)-Paul Rudolf設計 1896
Rudolf
將第二片凹透鏡加厚、並在凹透鏡前合上凸透鏡,可控制色散及像差,而鏡頭結構幾乎是對稱的。
##非對稱雙Gauss及其衍生
- Opic(六片四群、6E/4G、1-2-2-1)-H. W. Lee設計1920
著名的東德Carl Zeiss Jena Biotar 75mm f/1.5 及 Carl Zeiss Jena Pancolar 80mm
f/1.8,兩者都是六片五群,1-2-1-1-1的設計,屬於非對稱雙Gauss的衍生變化,非對稱雙高斯產生諸多變化如七片五群、七片六群等,是非常成功且常見的光學結構。
列舉常見的非對稱雙高斯鏡頭名稱:
Agfa:Solagon
Angenieux:S-type
Dallmeyer:Super
Six
Enna:Annaston
Isco:Westagon
Rodenstock:Heligon
Schneider:Xenon,
Xenogon、Xenotar
Steinheil:Quinon
Voigtländer-Nokton、Ultron
Zeiss:Planar、Biotar、Biometar、Pancolar、Flexon
##簡化的非對稱雙Gauss
- Unilite(五片四群、5E/4G、1-2-1-1)-C. G. Wynne設計 1944
英國Wray公司的C. G.
Wynne將右邊的雙合透鏡組拆分成兩片、並增加凹透鏡的彎曲程度,於是就不需要最後的凸透鏡了。
##大光圈非對稱雙Gauss
1950時 Voigtlander Ultron 50mm f/2
採用分離前黏合群的六片五群結構,到了1958,旭光學依照 Ultron Type
推出了大光圈前鏡群分離的非對稱雙高斯,就是初代 Takumar 55mm
f/1.8,從此以後,幾乎所有的 Takumar 55mm,都採用此六片五群的設計。
如同 Ultrastigmat 在Triplet
前加一片凸新月形透鏡來加大光圈,此法亦用在非對稱雙Gauss上,在鏡頭後組加上凸透鏡有助加大光圈。以我熟知的
Takumar 50mm f/1.4 舉列,下圖是兩代 Super Takumar 50mm
f1.4,其結構都是前鏡群分離的非對稱雙高斯,並在鏡後加上一片凸透鏡以增大光圈,於是產生了著名的
八枚玉(八片六群)及七枚玉(七片六群) Takumar 50mm f/1.4。
備註:八枚玉的圖片引用網址
最後,網路上這張圖有關快速標準鏡的光學結構演進,由Yuri
Stangrit整理,可清楚看出相關脈絡。
一些我寫過的雙高斯結構標準鏡系列: