镜头的结构由哪些组成(镜头的结构设计思路)
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穆璐
1.经典的六透镜结构
【佩兹瓦尔，快速直线，库克，双高斯，望远镜，逆望远镜(后焦)】
2.蔡司命名的镜头结构
2.1标准透镜结构[Tessar，平面]
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反射镜透镜结构[Mirotar]
2.5变焦镜头的结构[mutar]
2.6观察透镜的结构[Triotar Lupe]
3.大幅面镜头结构
3.1标准透镜结构[Petzval，Cooke，HELIAR，Artar(双高斯)，平面及其双高斯畸变，Sonnar，Tessar]
3.2广角镜头结构[Hypergon、Topogon、Hologon、Biogon、Dagor、angon、super symmar xl]
3.3远摄镜头结构[远摄风格]
附录1。镜头焦距
附录二。迈耶-迈耶透镜结构的命名
附录3:现代镜头结构原理示意图
附录4:现代透镜结构剖面图
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好的设计对镜头来说是最重要的。
好的设计，即使在偷工减料的情况下。成像也差不了多少。
糟糕的设计，无论用料如何，做工如何讲究，都无法产生好的成像。
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
数码相机技术日新月异，但镜头的结构一百多年来变化不大。本文首先简要介绍了六种影响比较大的光学设计，即：
佩茨瓦尔肖像镜头
快速线性透镜
库克的三枪
双高斯透镜
望远镜头
反望远(后聚焦)镜头
佩茨瓦尔透镜
它在1850年之前被广泛使用，直到20世纪50年代。目前其复刻版在网上发售，可以拍出令人印象深刻的人像照片。
库克库克三件套镜头
这种镜片是六种基本设计中最重要的。因为它是很多结构的原型，是缩放的基础。
快速线性透镜
发明于20世纪60年代。因为没有变形，非常适合建筑和风景摄影。直到20世纪，它一直很受欢迎。其特点是与光圈对称。因为这个特点，它的畸变，彗差，平面色差都处理的很好。然后容易有球差，场曲，散光。
双高斯透镜
它首次出现在1888年，在高斯去世30多年后。双高斯的特点是对光圈对称(其实早期的镜头都是这么设计的，不然像差就惨不忍睹了)，而且它还采用了全曲面分离式镜头(和快速线性镜头不同)，使得大光圈成为可能，基本避免了场曲和色散的问题。但是也容易出现散光和球差。
望远镜头
它是在19世纪80年代发明的，尽管直到20世纪20年代才被广泛使用。这里“望远”的准确定义应该是“镜头的实际长度小于焦距”。好的望远镜头通常有很多超低色散玻璃或萤石。基本上135mm以上的单反镜头都是望远结构。这种结构也将用于饼干头或特别小的透镜，以减小透镜的体积。
反望远(后聚焦)镜头
20世纪20年代，Anegenieux[法国公司]开发了一种照相机。这个镜头和望远镜头的结构正好相反，就是负透镜在前，正透镜在后。它的特点是焦距可以小于镜子的后距。因为镜头的后距是镜头物理长度的下限，不能再小了。它也有许多缺点：场曲、彗差、平面色散和失真。
2.2的镜头结构。蔡司命名法
德国蔡司耶拿可以说是大部分镜头结构的创造者。因为它的镜头结构体系比较完整，所以作为例子介绍。许多现代晶状体结构都是从这些基本结构发展而来的。
2.1标准透镜结构
2.1.1 Tessar天气插头[标准]
1902年，由德国蔡司耶拿公司的光学设计师保罗鲁道夫博士(“现代光学之父”——保罗儒道夫博士)设计。
它主要由三组四个镜片组成，四个镜片成对不对称分布在光圈两侧，其中前组是两块独立的玻璃，后组由一个凹面镜和一个凸面镜粘合而成。光线通过前透镜组会聚，然后从后透镜组的粘合平面发散并投射到底平面上。它是柯克式的衍生物。tessar结构在原Kirk型结构的第三透镜处用胶合透镜组代替，从根本上修正和完善了Kirk型结构的剩余像差，大大增加了视角，大大提高了成像质量。
“天赛镜头”，设计为标准镜头，特点：不仅图像中央部分明亮通透，边角区域细节清晰，对比度高。“天赛”因为分辨率高、对比度适中、畸变小，很快就压倒了之前的各种镜头。素有“鹰眼”、“百年鹰眼”之称。
今天很多手机上的镜头都是这种结构。
注：希腊语Tessares的意思是4，可能是4个镜片的意思。
2.1.2平面规划器[标准]
1896年，P.Rudolphplaner博士设计了一个标准的广角到135mm的长焦镜头，这是一个六透镜四组的双高斯结构，一开始只有f/4.5。今天平面镜头已经达到f/2.4，Planer的特点是完美的色差校正，对称的设计，极低的畸变。
【Planar 50 1.7】【Planar 55 1.2】【S-Planar 60 2.8】【Makro-Planar 60 2.8 C】
【平面85 1.2】【平面85 1.4】【平面100 2】
【平面50 1.4】万客隆-平面100 2.8】
2.2广角镜头结构
2.2.1广角镜头
无法考证它所代表的意思，但根据蔡司命名法，猜测是德语复合词，估计取自Flektieren(变化)和Gonio(角度)。
最著名的有：
卡尔蔡司耶拿2.8(4)/20和卡尔蔡司耶拿2.4(2.8)/35
蔡斯35/2.4 MC弗莱克托贡
一直用的是不知名的卡尔蔡司Jena 4 /25，角度够宽，近景很近，非常适合旅行。唯一的缺点可能是拍出来的照片有点干。
2 . 2 . 2 dista gon dista gen[广角]
采用望远结构(“反焦”结构)设计的单反广角镜头视野非常广，主要用于18mm到35mm。其特点是变形轻微，中心分辨率高。
【PC-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 bio gon[广角]
1953年由梅塔博士发明，最初主要是为旁轴相机设计的。双对称设计，最大的特点是广角端几乎没有镜头畸变，分辨率一般，但光损明显。
蔡传记21 4.5
2 . 2 . 4 ho logon ho logon[广角]
Hologon源自希腊语holos，意思是：所有。
20世纪60年代，Eehard Glatzel博士发明了联动测距相机，这是专门为超广角设计的。不支持大光圈，但广角畸变几乎为零，比Biogon更明显。它需要用过滤器来校正。
蔡的Hypergon视角非常广，最大视角130度。两片弯月形玻璃左右对称。中央成像很好，但是边缘差很多。
2.3中长焦
2.3.1 Sonnar Sonna(阳光)[中等长度]
1932年，蔡司的光学设计师路德维希贝特勒博士(Dr.Ludwig Bertele)将其发明为一种从中等远距(135mm)到远距(250mm)的设计，其特点是无球差、光损耗最小、肉眼无法识别的低畸变、细节逼真、色彩平衡，但色散必须经过APO校正。
严格来说是比长焦设计短，比标准视角长的镜头设计，或者叫中焦。前组来自后组平面(标准视角)加上Tessar(标准视角)。
【索纳尔135 2.8】【索纳尔180 2.8】【APO-索纳尔200 2】
【Sonnar 85 2.8】
【Sonnar 100 3.5】
2 . 3 . 2 Tele-Tessar[中等长度]
源自Tessar的超望远(250mm以上)设计，特点是无球差，畸变极低，光损极微，镜头组件极少，最低300mm F/2.8，仅用7片镜头。
【效果比Sonnar差很多，但是做起来会轻很多】
【Tele-Tessar 200 4】【Tele-Tessar 300 4】【Tele-Tessar 300 2.8】
2 . 3 . 3 Vario-Sonner[变焦]
是一个源自Sonner的变焦设计。
【瓦里奥-索纳尔28-70】【瓦里奥-索纳尔35-70】【瓦里奥-索纳尔28-85】【瓦里奥-索纳尔35-135】
【Vario-sonnar 40-80】【Vario-sonnar 70-210】【Vario-sonnar 80-200】【Vario-sonnar 100-300】
2.4反射镜透镜结构的镜面
这是一个望远镜反射镜。一般摄影有500mm f/8，空间有500mm f/4.5和1000mm f/5.6。清晰的图像和丰富的细节。
有三种型号：MutarI、MutarII和MutarIII。
Mutar在SONNAR镜头上效果最好。
2.5变焦镜头结构的变化
【Mutar I 2X】【Mutar II 2X】【Mutar III 2.4X】
2.6.Triotar Lupe，观影聚焦装置的结构
看胶片对焦装置。2组3片，放大倍数：5倍。注意：Lupe是德语，表示英语放大镜。
3.大幅面镜头结构
3.1大幅面标准结构
3.1.1 Petzval，一座非常古老的建筑[标准]
偏三组
1890年，蔡司开始生产这种镜头，并将其命名为蔡司Anastigmat。
人像镜片是多焦点镜片的来源。
最新的复制镜头，注意它的光圈
对这样的人物效果的追求，导致了这样的镜头再现。
老版镜头对比
库克柯克结构[标准]
三组三个。
这种镜头最重要。因为它是缩放的基础。
这个镜头是由19世纪90年代的英国镜头设计师丹尼斯泰勒设计的。第一正交透镜是第一个能够在理论上校正六种基本像差的光学结构，在第二次世界大战之前被广泛使用。这种镜头对七种常见的相位差有很好的抑制作用。但最神奇的是，通过移动中间镜头的位置，它的焦距和光圈都会发生变化。这是它最大的特点。现在的变焦镜头都或多或少采用了这种结构。比如下面第一个变焦镜头，Voigtlander Zoomar。至于它的后续，太多了。Sonnar，Elemar，Triotar，望远镜和显微镜经常使用这种结构。
3.1.3 TESSAR Sky竞争结构(蔡司)[标准]
蔡司公司于1902年设计的Tessar结构是Kirk型的衍生产品。tessar结构在原Kirk型结构的第三个透镜处用胶合透镜组代替，基本纠正了Kirk型结构的残余像差，大大增加了可视角度，大大提高了成像质量。
Tessar lens是第一款可以提供非凡细节的光学镜头。当时赢得了鹰眼的美誉。正是天赛镜头的出现，让摄影的普及成为必然。
3.1.4 HELIAR直升机结构[标准]
赫利亚尔也源自柯克结构。不同的是，tessar structure用双胶镜片代替了后镜片，heliar用双胶代替了前后镜片。Heliar往往比tessar表现得更好，他的音调过渡远比tessar有味道，黑暗部分可以提供更多的信息。
Sonnar Sonner结构[标准]
它最好的色彩和柔和的焦外成像在当时耀眼的Freunda apo lanthar面前都是自愧不如，锐度自然。与广泛使用的双高斯透镜相比，没有什么特别的优势。
3.1.6阿尔塔(双高斯)[标准]
四片四组
Artar的四件四组可以说是最简单的双高斯结构。artar结构出现在goerz公司，后期以Schneider的最常见。到目前为止，施耐德g-clarn Rotenstein的apo ronar和尼康公司的M系列都还在用这种结构生产。中国还在135相机上设计了artar结构的镜头，135mmf2.8。
3.1.7平面及其双高斯变形[标准]
六件四组结构
现代主流镜头大多是双高斯及其改进型双高斯结构，蔡司推出的首款平面镜头就是典型的双高斯镜头。现代大画幅镜头，在普通焦距范围内，基本都采用先进的变形双高斯结构。
施耐德公司的Apo symmar。Rotunda公司的Apo sironar。
3.2大画幅广角镜头结构
3.2.1超子希巴贡结构[广角]
两组，两个曲率非常大的鼓形透镜。
最古老的广角镜头。不能矫正球差和色差。为了尽量避免球差，这种镜头的最大光圈很小，一般在20-30左右。减小小光圈可以有效降低球差，提高分辨率。这种结构最大的优点就是可视角度很大，高达130度，失真很小。蔡司系列V Protarr就属于这种结构，基本可视角度可以达到110度以上。像散由两个镜片之间的距离控制，镜筒的材质也很考究。蔡司系列V Protarr虽然是1901年多家公司根据专利生产的，但价格一直天价。
在很小的光圈下，成像的对比度还是很好的，整个画面的均匀性也很好。超大画幅拍摄使用的极小光圈，进一步避免了他结构中球差的缺陷。
3.2.2 Topogon顶柱(蔡司)[广角]
在hypergon中，两个曲率巨大的凸透镜之间增加了两个弯月形平透镜或负透镜。
设计在hypergon结构上，利用曲面产生的球差来消除原有结构无法校正球差的缺陷。Topogon是第一个可以矫正基本像差的镜片。光圈可以做的比以前大，高达f6.3 Topogon镜头降低了hypergon结构的制作难度，但是增加了两个制作难度相同的镜头。而且在原有的结构中需要布置在相对紧凑的空间内，所以设计和加工的难度其实更高。拓扑结构的透镜畸变比较大。
第一个topogon镜头由蔡司于1933年生产，用于航空摄影。视角为100度。大多数topogon镜头的视角在70到90度之间。
这种结构本身有一个固有的大缺陷，像场中的亮度从中心到边缘衰减非常快。
3 . 2 . 3 ho logon ho logon[广角]
切换topogon的凸透镜和凹透镜的位置。
苏联光学(Russa结构)和西方光学的专有称谓有时被称为(Avigang)，两者都属于Hologon结构的变形。民用光学领域采用这种结构的镜头多为现代镜头，最具代表性的是施耐德公司的super angulon，广泛应用于各类高档镜头。航拍用的Russa镜头可以达到122度的视角，而super angulon作为大幅面摄影只能达到100度。super angulon系列镜片与其他结构镜片相比，其特点是对比度适中，色彩表现良好。
苏联的Russa系列，苏联的祖国-26，东德的Ramigand，瑞士Avigon的aviogon。
3.2.4 biogon BIOGAN(蔡司)[广角]
源自中焦。
经典的Biogon镜头继承了sonnar结构在集光能力上的优势，光圈值可以比super angulon结构更大。一般这种结构的摄影镜头F值可以达到4.5。而且由于它的非对称结构，前后组的光圈可以做的不一样，后组可以做的更小，更小的边框可以是2.8或者更大。大画幅的Biogon镜头只有两个，大部分都是在53mmF4.5供应给Graffi XL 69/67新闻摄像机，而75F4.5则由Biogon供应给当时的linhof。
经典的Biogon结构(具体来说就是蔡司镜头)的特点，部分来源于sonnar，因为不对称导致的一些未完全矫正的球差和彗差，使得镜头的焦外成像相当悦目。在保留sonnar结构本身的锐度和色彩及色彩过渡的表现能力的情况下，通过非对称透镜的校正，大大提高了整个像场中的光照均匀性。就Les的两个镜头来说，对比度和锐度都很高，色彩表现很华丽(没有施耐德的华丽，但比烂的好一点)，色阶过渡很好。广角镜头从像场中心到画面边缘的亮度衰减最轻微，而边缘部分的成像质量和分辨率是所有镜头中最好的。但就75f4.5的指标而言，视角为90度，只能提供175mm/f22左右的像圆。缩小光圈不会带来太大的好处
6件式两组结构
海普港结构的一个衍生，因为采用了胶合镜片的技术，一个很难加工的镜片可以分成几个部分分别由几个镜片承担，所以这个镜片是第一个可以大规模推广的设计。也正是因为多个镜片胶合而成的镜头组可以利用不同的玻璃性质进行更好的色散校正，dagor镜片结构实际上是介于广角结构和标准镜片结构之间的一种结构。从黑浦钢继承的广角镜头的特性和多镜头矫正本身是有一定冲突的。大部分成品dagor镜头都在60-80度之间，但是因为它可以很好的校正几个基本的高级相位差，所以光圈可以做的比之前的镜头大。一般极限是f6.8，所以这种结构的镜头大多是f6.8。
3 . 2 . 6 super sym mar XL[广角]
生物子结构不对称方向的另一种大变形
风景摄影。结构设计Super symmar xl结合了biogon对视觉的光学采集能力和反焦远焦补偿结构的特点，有别于普通的反焦镜头。相比之前的结构，结构更清晰，对比度更大更锐利，表现色彩更明亮。
3.3大幅面伸缩结构
远距式[望远镜]
大画幅下望远镜头很少，望远镜头像差校正基本类似tessar结构，所以视角很小。
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附录1:1:135mm全画幅系统镜头焦距(大中画幅名称不同)
头球
标准焦距镜头，43mm~50mm焦距镜头
变焦头
可变焦距的镜头，比如28~70mm变焦。
鱼头
鱼眼镜头，焦距10 ~ 15 mm的镜头。
超广角
焦距为16mm~23mm的镜头
头光角
焦距为3 mm ~ 35 mm的镜头
中交头
焦距为5毫米~ 90毫米的镜头
肖像头像
焦距为70mm~90mm的镜头
30微，50微
短焦距微距镜头
百威
100mm微距镜头，固定微距/焦距值。也被称为数百支微型枪。
中交
焦距为90毫米~ 180毫米的镜头。又称中炮。
长脚
焦距180mm以上的镜头。也被称为大炮。
附录2:迈耶迈耶镜头结构
一组类似蔡司的镜头结构，只是名称不同。
Trioplan
偏三组
多米计划
偏三组
普里莫塔
四片三组
Primagon
四片四组
日光计划
四片四组
原始植物
偏四组
奥雷斯托尔
偏四组
奥雷斯顿
刘片四组
奥雷斯蒂贡
七片七组
Telemegar
偏二组
奥雷斯特戈尔
五或四组/五或五组
附录3:现代镜头机构示意图
附录4:现代透镜结构剖面图
镜头最简单的结构就是针孔成像。在一定程度上，只要你不嫌麻烦去调制各种光圈，这种方法完全可以满足一般的拍照要求。
透镜结构从一个透镜、两个透镜和三个透镜发展而来。一直到十几个镜头。一般来说，镜头越多越好。
德国人似乎更相信这一点，而日本人通过涂层的改进和树脂成型镜片的使用，改变了一些保守的看法。
当我们有幸拿到那些40年代以前只有三四个镜片的老式全金属镜，经过精心拍摄，或许能体验到与现代镜片完全不同的审美趣味。也许这就是Petzval Pizwa制作复制品的原因。
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