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工业镜头设计溯源-原始镜头(上)
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2022-06-23 09:47:40来源: 光虎光电科技(天津)有限公司

新镜头的设计从何而来?

在现代镜头设计中,很少能找到一支凭空诞生的镜头。实际上任何一支现代镜头,都可以向前追溯到六支镜头之一。这些原始镜头,或多或少都有自己的缺陷和优势,现代的镜头也同样继承了这些缺陷和优势。了解镜头的原始结构是一件很有趣的事情:从价格上来讲,500元的佳能50mm f1.8 stm与 20000元的Cooke Speed Panchro 50/2采用了同样的初始结构。从技术上来看:原始结构的相同使得佳能50mm f1.8 stm与 Cooke Speed Panchro 50/2它们都有很严重的球差。

自达盖尔发明银版摄影法之后。出现了大量各式各样的镜头,但大部分镜头都在激烈的竞争中消失了。保留下来的6支镜头,为现代镜头的发展,奠定了基础。接下来,我们将分别介绍这些镜头。

1.Petzval 镜头

1840年,Joseph Petzval教授发明了一种特别适合于人像拍摄的镜头,被称作Petzval镜头也叫Petzval人像镜头。Petzval镜头有很严重的球差,所以一般只用于小视场的情况。但正是由于Petzval镜头严重的球差,因祸得福:Petzval镜头在焦点区域非常清晰,离焦情况下,照片清晰度下降,若将你的拍摄主题放置于焦点位置,四周的环境呈现梦幻般的虚化状态。
图1-1 Petzval镜头 




2.Tessares镜头

人们对于对称结构的喜爱在生活中随处可见。在光学设计中也同样喜爱对称形式。对称接口可以完美的消除或减弱像差。但有时候非对称也有自己独特的魅力。天塞镜头采用了四片三组式,其最大的特点是大反差和锐利,而且可以制作的非常小巧。由于上述优点,天塞镜头多用于风光拍摄。该镜头除了上述优点外,也有很多不可克服的缺点。如其很难制作大于F2.8光圈的镜头,非对称结构难以控制像差。

图1-2 Tessares镜头 


3.双高斯镜头


1817年德国数学家、天文学家高斯,为了解决哥廷根天文台观测望远镜的像差问题,发明了高斯结构。1888年克拉克发现了用两对高斯结构背对背,也可以成为一种有用的镜头,这种结构就是双高斯。双高斯的优点是以做到更小的f/#,更大的视场。缺点是在原始版本分辨率不佳。到现在为止,双高斯结构依然活跃在各个厂家的镜头之中。

图1-3 双高斯镜头 

在上面,我们提到几乎所有现代镜头都是从6种基本镜头结构演化而来,而且这6种基本结构大多诞生于上世纪20年代前后。在第一期我们讨论了前三种结构:和Petzval镜头、Tessares镜头、双高斯。这三种结构几乎是所有“标准定焦”镜头的“祖先”。了解镜头的原始结构,有助于我们理解为何一支现代镜头会有某些方面的成像特点。下一期我们将继续讨论剩下的三种结构。



【来源:光虎光学内部培训资料】


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