镜头的结构
9先生整理
目 录
1.经典六种镜头结构
【Petzval、快速直线、库克、双高斯、望远、反望远（后对焦）】
2. Zeiss命名法的镜头结构
2.1标准镜头结构【Tessar、Planar】
2.2广角镜头结构【Flektogon、Distagon、Hologon、Biogon】
2.3中长焦镜头结构【Sonnar、Tele-Tessar、Vario-Sonner】
2.4反射镜头结构【Mirotar】
2.5增距镜头结构【mutar】
2.6看片镜头结构【Triotar Lupe】
3.大画幅镜头结构
3.1标准镜头结构【Petzval、Cooke、HELIAR、Artar（双高斯）、planar及其双高斯变形、Sonnar、Tessar】
3.2广角镜头结构【Hypergon、Topogon、Hologon、Biogon、Dagor、angon、super symmar xl】
3.3长焦镜头结构【tele style】
附录1. 镜头焦段
附录2. MEYER梅耶镜头结构命名法
附录3：现代镜头结构原理示意图
附录4：现代镜头结构剖面示意图
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对镜头来说，好的设计是最最重要的。
好的设计,即使在偷工减料的情况下.成像都差不到哪里去。
不好的设计,再怎么样用料,怎么样强调做工,都出不来好的成像。
不同的结构产生不同的成像效果。
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1. 经典镜头结构
数码摄像技术日新月异，但是镜头的结构在一百多年演化时间里并没有太大变化。本文先简单介绍6种影响相对大的光学设计，分别是：
Petzval人像镜头
快速直线镜头
库克三片镜头
双高斯镜头
望远镜头
反望远（后对焦）镜头
Petzval镜头
发明于1850年之前，直到20世纪50年代，都是很广泛使用的。目前网上有它的复刻版销售，可以拍摄出令人印象深刻的人像照片。
Cooke 库克三片式镜头
这种镜头是这六种基础设计里最重要的。因为它是很多结构的原型，而且是变焦的基本。
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。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。
双高斯镜头
最早是1888年出现的，是在高斯死了30多年之后。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。
望远镜头
1880年代发明的，虽然它真正广泛的使用要到1920年代了。“望远”在这里的准确定义应该是“镜头的实际长度小于焦距”。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
20世纪20年代，Anegenieux【法国公司】为一种摄影机研制的。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。
2.Zeiss命名法的镜头结构
德国蔡司（Zeiss Jena)可以说是大部分镜头结构的创造者。由于它的镜头结构体系比较完整，故此以此为例进行介绍。现代的很多镜头结构都是由这些基础的结构演化来的。
2.1标准镜头结构
2.1.1 Tessar天塞【标准】
1902年，德国蔡司（Zeiss Jena)的光学设计师Dr.PaulRudolph（“现代光学之父”—保尔.鲁道夫博士）设计。
主要以四片三组镜片构成，4片镜片两两一组不对称的分布在光圈两边，其中前组是独立的两片玻璃，后组是由一片凹镜一片凸镜粘合而成，光线经前组镜片汇聚，再由后组的粘合平面发散投射到底片平面上。是柯克式的衍生，tessar结构在原柯克式结构的第三片镜片的地方更换为一个胶合镜片组，将柯克式结构剩余的像差基本校正完善，视场角也大大增加，成像质量大大的改善。
“天塞镜头”，为标准的镜头设计，特点:成像不仅中心部分鲜明透亮，边角区域的细节也很清楚，反差高。由于“天塞”的解像力高，反差适中，畸变小，面市不久就压倒了此前林林总总的各种镜头。素称：“鹰眼”、“百年鹰眼”。
时至今日，很多手机上的镜头也就是这个结构。
注：希腊语Tessares 是 4的意思，也许就是代指4片镜片的含义。
2.1.2 Planar普兰纳【标准】
1896年，P.Rudolphplaner博士，是6片四组镜头的双高斯结构，为标准广角到135mm中望远的镜头设计，起初只有f/4.5。今日Planar镜头已作到f/2.4，Planer的 特点是色差修正完善，对称设计，变形极低。
【Planar 50 1.7】 【Planar 55 1.2】 【S-Planar 60 2.8】 【Makro-Planar 60 2.8 C 】
【Planar 85 1.2】 【Planar 85 1.4】 【Planar 100 2 】
【Planar 50 1.4】 【Makro-Planar 100 2.8】
2.2 广角镜头结构
2.2.1 Flektogon【广角】
无法查实它所代表的含义，但按照ZEISS的命名法来看猜测它是一个德文合成词，估计为取自Flektieren（变化）与Gonio(角度)。
最著名的是:
Carl Zeiss Jena 2.8（4）/20和Carl Zeiss Jena 2.4（2.8）/35
蔡司 35/2.4 MC Flektogon
使用过不著名的 Carl Zeiss Jena 4 /25，角度足够广，而且近景又非常近，非常适合旅游使用，唯一的缺陷可能是拍出来的照片有点干涩。
2.2.2 Distagon迪斯塔根【广角】
反望远结构（“逆焦”结构）设计的单反广角镜头，视野极为开阔，主用于18mm至35mm，特色是变形轻微且中央解像力高。
【PC-Distagon 35 2.8】 【Distagon 35 2.8】
【Distagon 15 3.5】 【F-Distagon 16 2.8】 【Distagon 18 4】 【Distagon 21 2.8】
【Distagon 25 2.8】 【Distagon 28 2】 【Distagon 28 2.8】 【Distagon 35 2.4】
2.2.3 Biogon比奥刚【广角】
1953年，梅塔博士发明，最初主要为旁轴相机设计。为双对称式设计，最大特点是在广角端几乎不会产生镜头畸变，解像力平均，但失光明显。
蔡司 Biogon 21 4.5
2.2.4 Hologon霍洛刚【广角】
Hologon由希腊holos所衍生，意思是：全部。
20世纪60年代，Eehard Glatzel博士发明，专用于超广角的连动测距式相机，不支持大光圈，但广角畸变几乎为零，比Biogon有更明显的失光，需用滤镜校正。
蔡丝的Hypergon,极广角,最大的能130度视角.左右对称弯月玻璃二片.中心成像很好,边缘就差很多
2.3 中长焦
2.3.1 Sonnar松纳（阳光）【中长】
1932年，蔡司光学设计家Dr.Ludwig Bertele发明 ，为中望远（135mm）至望远（250mm）的设计， 特色是无球面像差，失光极微，变形低至肉眼无法辨识，细节保真、色彩平衡，但色散须以APO修正。
严格来说,是比长焦设计要短,比标准视角要长的一个镜头设计,或叫中焦吧.前组来自planar(标准视角)加Tessar(标准视角)的后组.
【Sonnar 135 2.8】 【Sonnar 180 2.8】 【APO-Sonnar 200 2】
【Sonnar 85 2.8】
【Sonnar 100 3.5】
2.3.2 Tele-Tessar【中长】
衍生自Tessar的超望远（250mm以上）设计，特色是无球面像差、变型极低、失光极轻微且镜片组成极少，最低是300mm F/2.8，只用7片镜片.
【比Sonnar效果要差很多,但做出来会轻便很多】
【Tele-Tessar 200 4】 【Tele-Tessar 300 4】 【Tele APO-Tessar 300 2.8】
2.3.3 Vario-Sonner【变焦】
为衍生自Sonner的 可变焦设计
【Vario-Sonnar28-70】【Vario-Sonnar35-70】【Vario-Sonnar28-85】【Vario-Sonnar35-135】
【Vario-Sonnar40-80】【Vario-Sonnar70-210】【Vario-Sonnar80-200】【Vario-Sonnar100-300】
2.4反射镜头结构Mirotar
为超望远的反射式镜头。有一般摄影用的500mm f/8以及太空用的500mm f/4.5与1000mm f/5.6。图像锐利，细节丰富。
有三个型号：MutarI、MutarII、MutarIII
Mutar用在SONNAR结构的镜头上效果最好.
2.5增距镜头结构mutar
【Mutar I 2X】 【Mutar II 2X】 【Mutar III 2.4X】
2.6.看片对焦器结构Triotar Lupe
看片对焦器。2组3片 ，倍率: 5倍 。註: Lupe是英文Loupe的德文
3. 大画幅镜头结构
3.1 大画幅标准结构
3.1.1 Petzval匹兹瓦,极古老的结构【标准】
4片三组
1890年,蔡司开始生产这类镜头，并命名为Zeiss Anastigmat。
人像镜头。是多焦点镜头的源头。
最新复刻的镜头，注意它的光圈
对这样的人像效果的追求，导致了这样的镜头复刻
新老版本镜头的对比
3.1.2 Cooke柯克结构【标准】
三片三组.
这种镜头是最重要的。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。第一种正光摄影镜头，而且是第一种能够在理论上校正6种基本像差的光学结构，在二次大战前被广泛的采用。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。
3.1.3 TESSAR天赛结构（蔡司）【标准】
1902年蔡司公司设计的tessar结构是柯克式的衍生，tessar结构在原柯克式结构的第三片镜片的地方更换为一个胶合镜片组，将柯克式结构剩余的像差基本校正完善，视场角也大大增加，成像质量大大的改善。
Tessar镜头是第一支能够提供超凡脱俗细节的光学镜头，在当时获得了鹰眼的美誉，应该是天赛镜头的出现才使摄影普及化成为必然。
3.1.4 HELIAR海利尔结构【标准】
heliar也是从柯克式结构那里衍生来的，不同的是tessar结构将后镜片用双胶镜片代替，而heliar则是将前后镜片都用双胶合代替。heliar往往比tessar表现好，他的色调过渡远远比tessar有味道，而且暗部能提供多得多的信息
3.1.5 Sonnar松纳结构【标准】
其最擅长的色彩和柔和的焦外成像在当时出现的耀眼的弗伦达 apo lanthar面前无地自容，锐利程度也自然和大面积普及的双高斯类镜头没什么特别的优势.
3.1.6 Artar（双高斯）【标准】
四片四组
artar的四片四组可是说是最简单的双高斯结构，artar结构出现于goerz公司，后期的以施耐德的最为多见，到目前为止，施耐德 g-clarn罗顿斯德的apo ronar，尼康公司的m系列等都仍然以这一结构生产。我国在135相机上也设计过一支artar结构的镜头，华光135mmf2.8.
3.1.7 planar及其双高斯变形【标准】
六片四组结构
现代绝大多数主流镜头都是双高斯及其改型双高斯结构的，蔡司第一个推出的planar镜头是典型的双高斯镜头。现代的大画幅镜头，在普通焦距这个范围，都基本上是采用的高级变形双高斯结构。
施耐德公司的apo symmar。罗敦斯德公司的apo sironar。
3.2大画幅广角镜头结构
3.2.1 hypergon海普冈结构【广角】
两片两组,两片曲率非常大的鼓型镜片
最古老的广角镜头。不能校正球差和色差，为了尽量避免球差，这类镜头的最大光圈都非常小，一般多在20-30左右，缩小小光圈可以有效地减小球差提高分辨率。这类结构的最大优点是视角非常的大，最大可以达到130度，而且畸变很小，Zeiss Series V Protar就是属于这个结构，基本视角可达110度以上，依靠两个镜片间的间距来控制像散，镜筒的材料也是非常考究的，1901年蔡司的Zeiss Series V Protarr尽管有多家公司依据专利生产，但其价格一直属于天价。
在很小的光圈下，成像的反差还是非常不错的，整体画面的均匀性也异常好，超大画幅拍摄所采用的极小的光圈进一步避免了他结构上球差的缺陷。
3.2.2 Topogon托普岗（蔡司）【广角】
在hypergon两片曲率巨大的凸透镜中间增加了两片弯月形的平光或负透镜
在hypergon结构上设计的，利用弯曲表面产生的球差对消原有结构上不能校正球差的缺陷。Topogon是第一支能对基本像差进行校正的镜头，光圈可以做得比以前更大，最大可到f6.3，topogaon镜头降低hypergon结构的生产难度，但增加了两枚生产难度同样高的镜片，而且需要布置原有结构中较为紧密的空间内，设计和加工的难度实际上是更高了，topogon结构的镜头畸变都比较大，
第一只topogon镜头是蔡司1933年为航空摄影生产的100mmF6.3视角有100度，大多数topogon结构的镜头视角都在70-90度之间
这个结构本身有一个固有的大缺陷，像场内的亮度从中心到边缘衰减非常快
3.2.3 Hologon荷洛冈【广角】
将topogon的凸透镜和凹透镜位置对调
苏联光学上的专有称谓（鲁萨结构），西方光学有时候叫（阿维岗），这两种结构都属于Hologon结构的变形，民用光学界采用这个结构的镜头大多都是现代镜头了，最为具有代表性的是施奈德公司的super angulon，这个结构广为使用于各类高档镜头，用于航空摄影用的鲁萨镜头可以达到122度的视角，而作为大画幅摄影的super angulon只能达到100度到105度。super angulon系列镜头对比其他结构镜头的成像特点主要是反差适中，色彩表现好。
苏联鲁萨系列、苏联的祖国-26、东德的拉米冈、瑞士的阿维冈aviogon
3.2.4 biogon比奥冈（蔡司）【广角】
中焦的松纳中衍生过来
完全经典的比奥冈镜头，继承sonnar结构在集光能力上的优点，光圈值可以做的比super angulon结构大，一般这种结构的摄影镜头都能将f值做到4.5，而且由于是不对称结构，前后组的口径可以做的不一样，后组可以做得更小一些，较小的画幅上能做到2.8或者更大，菜斯在大画幅镜头上只有2只很少数量的比奥冈镜头，大多产于60年代。53mmF4.5提供给格拉菲 XL 69/67新闻相机，而75F4.5比奥冈则提供给当时的linhof。
经典比奥冈结构（专指蔡司的镜头）的特点部分来源于sonnar，因为不对称所带来一定的不完全校正的球差和彗差让镜头的焦外成像相当悦目，在保留了sonnar结构本身锐利和色彩及其色彩过渡的表现能力下，通过不对称镜片的修正，整个像场内的照度均匀性大为改善。就菜斯的两只镜头而言，反差和锐度都非常的高，色彩表现艳丽（感觉没有施耐德那么艳，但比罗敦的又要好一点），色彩层次过渡非常好。像场中心到画面边缘的亮度衰减在广角镜头中是最轻微的，而边缘部分的成像质量和分辨率确是所有镜头中最好的。不过就75f4.5的指标而言，视角90度，它只能提供175mm/f22左右的像圈，并且缩小光圈并不能给镜头带来多少明显的像场增加，当然较大光圈的时候像场缩小幅度也很小。
3.2.5 dagor结构（蔡斯）angon结构（施耐德）【广角】
6片两组结构
海普岗结构的一种衍生，由于采用了胶合镜片的技术，一片加工难度大的镜片可以分成几份由几块镜片分别承担，因此这个镜头是能够大规模普及的第一款设计，也正由于多块镜片胶合成的镜组可以利用不同的玻璃属性进行更好的色散校正，dagor镜头结构实际上是处于广角结构和标准镜头结构之间的一个结构，从海普岗那里继承来的广角镜头的特性和多镜片校正本身是有一定冲突的，大多数成品的dagor镜头都是在60-80度之间的，但因为它能很好的校正基本的几种高级相差，因此口径可以做得比以前的镜头更大，一般极限是f6.8，因此这类结构的镜头绝大多数都是F6.8的。
3.2.6 super symmar xl【广角】
biogon结构的不对称方向发展的另一类较大的变形
风光摄影。Super symmar xl结构设计上混合了biogon对视觉的光学采集力和逆焦式distagon补偿结构的特点，和普通的逆焦式镜头不同。比以前的结构更加清晰，反差更大更锐利，表现色彩更鲜艳。
3.3 大画幅望远结构
tele style【望远】
望远结构镜头在大画幅中非常少，望远镜头的像差校正基本类似于tessar结构，因此视角很小
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附录1：135mm全幅系统镜头焦距段（大、中画幅的称谓不同）
标头
标准焦距镜头，43mm~50mm焦距值的镜头
变焦头
可变焦距值的镜头，例如28~70mm变焦
鱼头
鱼眼镜头，10~15mm焦距值的镜头
超广角
16mm~23mm焦距值的镜头
广角头
23mm~35mm焦距值的镜头
中焦头
55mm~90mm焦距值的镜头
人像头
70mm~90mm焦距值的镜头
35微、50微
短焦距微距镜头
百微
100mm Macro固定微距/焦距值的镜头。又称为百微小炮
中长焦
90mm~180mm焦距值的镜头。又称为中炮
长焦
180mm或以上焦距值的镜头。又称为大炮
附录2：Meyer梅耶镜头结构
与蔡司类似，但是命名不同的一组镜头结构
Trioplan
三片三组
Domiplan
三片三组
Primotar
四片三组
Primagon
四片四组
Helioplan
四片四组
Primoplan
五片四组
Orestor
五片四组
Oreston
六片四组
Orestegon
七片七组
Telemegar
四片二组
Orestegor
五片四组/五片五组
附录3：现代镜头机构原理示意图
附录4：现代镜头结构剖面示意图
镜头的结构最精简的就是小孔成像，一定程度上说只要不怕麻烦调制各种孔径的小孔，这种方式完全可以胜任一般的拍照需求。
镜头的结构发展由一片镜片、两片镜片、三片镜片。。。一直发展到十几片镜片。在一般的原则上来说，不是镜片越多就越好。
德国人似乎更坚信这一点，而日本人通过镀膜的完善，树脂异形镜片的使用，改变了一些保守派的观点。
当我们有幸拿到那些上世纪40年代以前，没有镀膜，只有三、四片镜片的全金属老镜认真拍摄之后，也许能体会到和现代镜头完全不同的审美品味。这也许就是Petzval匹兹瓦进行复刻的原因所在。
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