大画幅镜头结构成像特点及其选择.docx
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大画幅镜头结构成像特点及其选择
大画幅镜头结构成像特点及其选择
对于绝大多数的大画幅用家来说，要搞明白大画幅世界的镜头是一件很费劲的事情，除掉现在在135世界风头正劲的变焦距镜头，大画幅镜头基本上是一本百年的光学发展式。
和大多数小画幅的摄影者不同，大画幅世界有强烈应用倾向性，每一种特殊的要求都导致对镜头的评价有所不同，这让很多人很茫然。
网络化时代的出现让我们中国人逐渐和世界接轨，ebay的出现让少数大胆的人有了寻觅稀有珍稀镜头的可能，对于每一个用户来说，选择镜头都是一件头疼的事情，毕竟不是每一个人都是光学专家或者市场专家，对于国内这种不开化市场甚至需要隔山买牛，如何选择一个适合你的镜头，下面的东西或许会有些帮助。
摄影光学一开始发展就是为大画幅服务的，传统光学在市场化的过程中在进两步，退一步曲折的前进，总体上而言，技术的进步为我们还是带来了很多好处，光学水平也大大提升，而在漫长的百年发展中，总有一些特别明亮的闪光。
这篇东西我打算以广角，标准焦距和望远长焦这样的结构来描述。
第一部分：
广角
1.最古老的广角镜头—海普冈hypergon结构及其系列镜头。
海普冈镜头说起来除了像老钟这样玩古董镜头的人，估计很少有人知道了，海普冈是典型的超广角镜头，结构非常简单，仅有两片两组，由两片曲率非常大的鼓型镜片，因为仅有两枚镜片，所以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，由于是超广角镜头色差的影响并不明显，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，ZeissSeriesVProtar就是属于这个结构，基本视角可达110度以上，目前具有可用价值的应该还是有的，因为这个结构的两片鼓型镜片曲率非常大，加工异常困难，而且其表面精度和材质对光学水平的影响非常大，而且这种结构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年菜斯的ZeissSeriesVProtarr尽管有多家公司依据专利生产，但其价格一直属于天价。
这个结构由于不能校正球差和色差，因此成像的反差不是太高，分辨率也很一般，不过这个结构依靠缩小光圈来减小球差，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，作为爷爷辈就停产了的家伙，到目前为止保存完好的应该很少了，正因为这个结构独特的要求极高的加工精度和装配精度，即便是到今天他还是可以用的，一般而言，这类的镜头在设计的时候没有考虑彩色摄影的需要，多少都有一点偏色，不过由于这个结构没有胶合镜片，反而在悠久的岁月中更容易保留自身稳定的质量，对于黑白，较低的反差有一种浓厚的怀旧情绪，并且无损于其对色调过渡的能力，这镜头的个性需要适配喜欢他的人。
也许你会问，这样的镜头既难寻找也很贵，哪还有什么存在的意义，呵呵，对于一般拍摄45，810的朋友，介绍这个镜头或许是浪费表情，但对于11x14，12x20或者更大画幅的朋友，很有可能会发现自己没有什么可以选择的广角镜头，ZeissProtar算是一个不错的方案了，如同它诞生的年代，这支镜头对于这些不需要放大的画幅是非常合适的，由于不需要放大，因为无法校正球差而分辨率较弱的镜头能提供在印相纸上远远超过人眼极限的清晰度，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。
Goerz/ZeissHypergon6in/150mm这一只镜头我一直没能见到过，甚至在光学籍典中也没能看到过照片，这支镜头以区区150mm焦距提供了140度的视角，可以轻松覆盖20x24这样的巨无霸，甚至还有一点点空间可以移轴，以后有谁能亲眼得见这样的珍品，一定要拍照张照片给我，以解宿愿。
生产过这个镜头的公司很多比如B&L博士伦，据我所知应该是以它的产量最大，质量也应该是最一般的，比如博士伦会把结构和材料使用较差的命名为B&LSeriesIVProtars，视角只做到90度，而B&LSeriesVProtars视角就做到100度，英国的ross和法国的卡伊斯过于稀有，估计质量和博士伦差不多，有老头专家也称这两家的更好，究竟是从稀有这个角度来说还是从实用来说也没有仔细询问。
需要注意的是只有ZeissSeriesVProtar才达到了110度视角，而后的ZeissSeriesVIIProtar同样是90度视角的镜头。
2.托普岗topogon
菜斯的topogon结构是在hypergon结构上设计的，他在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，因此是平光镜因此并不影响hypergon原有结构上的平整的像场，这两篇平光镜主要是利用本身材质的不同的色散差异对两片正光透镜分别进行色差配对校正，其次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，不过有得必有失，topogaon镜头虽然在一定程度上降低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，另外新的镜片带来另一个烦恼，topogon结构的镜头畸变都比较大，第一只topogon镜头是菜斯1933年为航空摄影生产的100mmF6.3视角有100度，生产和校正异常完美，畸变都非常小，分辨率非常高，因为当时侦查相机使用180*180胶片，这支镜头是可以用于57相机的，实际上也确实有人改装用于57和45相机。
大多数topogon结构的镜头视角都在70-90度之间，大画幅镜头中许多厂家都有生产，这个结构本身有一个固有的大缺陷，像场内的亮度从新到边缘衰减非常快，这也是很长时间内，在民用领域里应用很少的原因，现在可以利用中心灰滤镜来弥补这个缺陷。
生产过topogon结构镜头的厂家和各自对应的称谓如下
Bauch&Lomb:
Metrogon,ProcessAnastigmat
Boyer:
Perle
Busch:
Omnar
Dallmmmeyer:
Wide-AngleAnastigmat
Goerz:
Geotar,Rectagon
Ilex:
AnastigmatSeriesD
Kodak:
Wide-fieldEktar
Meyer:
Aristostigmat
Rodenstock:
Eurynar,Luminar,Ronar
Ross:
Homoentric
Schneider:
Isconar
Wollensak:
Wide-angleRaptar
Zeiss:
Kekla
在这些镜头中Kodak:
Wide-fieldEktar相对生产数量比较多而且光学水平也非常高，Wollensak:
Wide-angleRaptar也比较多见，这两家同时也有比较长的焦距提供选择，因为柯达在早期新闻机中居于领导地位，其一系列为69，45，57生产的镜头即便到今天来看都有着很高的光学水平和实用价值，如果在不考虑彩色摄影的情况下，他们完全能提供足够的性能，并不比最新的现代镜头差多少。
这个结构的镜头也是生产年代非常早的，同样是没有胶合镜片，保存良好的镜头仍然会有极好的使用状态，但这么多厂家生产的镜头如何判断哪一款是比较高档的那一款是较为低档的？
很简单，看镀膜，作为有四个空气面的大曲率镜头，光的透射效率已经不能忽略了，这一代的镜头常常会在高档镜头上镀单层或者双层镀膜，一般来说这类镜头都需要使用折射率尽量大的玻璃以获取较小的加工难度或者更大的视野，纯粹高折射率的玻璃需要用萤石配对消除色差，很显然萤石是很难加工成弯月形的，绝大多数还是选择了色散较低折射率也较低的玻璃来做，高折射率玻璃在一定程度上对短波长光吸收强透过作用比较差，因此有比较强的偏黄倾向，镀膜本身是有色的，能够弥补一定的程度上的偏色，镀膜色彩如果是很幽深的深紫色膜，那这支镜头一定很好，如果是亮光强烈的红色膜，多半镜头的视角非常大，但选择还是以较幽深紫红色膜为最佳。
80mmKodakWideFieldEktarf/6.3曾经是格拉菲的时代的佼佼者，能够提供156mm的像场，是当时能够满足45的最广的镜头，分辨率测试结果一点都不会输给最新的镜头们。
100mmKodakWideFieldEktarf/6.3像圈能够达到183mm，而135mmKodakWideFieldEktarf/6.3则能够提供229mm像场，190mmKodakWideFieldEktarf/6.3则能够提供318mm的像场，完全能给8x10画幅使用。
至于250mmKodakWideFieldEktarf/6.3则能够提供巨大的422mm的像场，据说是可以使用于11x14上的，但据考察，这个镜头实际上是设计给已经消失已久的10x12的尺幅相机使用的。
这一系列的镜头都是设计成80/f22度的
3．荷洛冈hologon
Hologon镜头设计实际上是上面那种topogon的双胞胎，它的光学结构很简单的将topogon的凸透镜和凹透镜位置对调，但设计上并没有对调那么简单，这个结构实际上也是和hologon一样的光学特点，不过将凹透镜放在前面可以更好的补偿球差和色差，对畸变也有一定好处，弥补了一些原hologon结构的畸变较大的缺陷，和topogon一样，hologon结构的镜头也需要中心灰来弥补亮度衰减的问题。
因为hologon结构的镜头出现的晚，在大画幅中应用比较少，但是，这个结构是衍生出了很多的相关的更现代的结构。
鲁萨结构，是苏联光学上的专有称谓，还有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superangulon，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superangulon只能达到100度到105度。
这个光学结构是目前光学上矫正比较完善的了，被称为最完美的广角结构，和以前的hologon,topogon相比像场亮度衰减由视场角度余弦值的4次方关系改善为3次方关系，但由于像散的原因，边缘区域的解像力下降比较快，不过由于色差，球差，彗差的矫正都比较完善，这种结构的成像一般都很明锐，色彩表现也很好。
superangulon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，目前施奈德生产的superangulon从38一直延伸到210，本来还有很稀有的250superangulon的，不知道于何时就停产了，也从未见过这支镜头的照片，估计像圈巨大，用者寥寥。
最新的superangulon是XL系列的，据称视角可以达到120度，但标注上还多是110度，和一般人认为的xl系列采用了非球面镜片不同，superangulon的xl系列是没有增加非球面镜片的，因此由于视角的增大，像场的亮度衰减就比较值得重视了，厂家为这一系列的镜头专门配备了特殊的中心慧滤镜，可以在很大程度上让中心和边缘的亮度一致。
对于中心灰滤镜，xl系列的superangulon实际上并不比普通的同焦距的镜头亮度衰减的多，他们的亮度在同样的视场位置基本是同一个级别的，其差别很难在曝光上看出来，只不过由于大幅增加的像场的部分和中心亮度的对比相差过大，才使中心灰变的必要，在一些移轴范围小的机器上使用像场大过移轴范围很多的xl镜头的时候中心灰是没有什么必要的，而普通非xl的镜头其实一样需要使用中心灰，不管是罗顿斯德公司还是施奈德公司，其中心灰都遵循两个数学规则，也就是说实际上是可以互换的，较浅色的那个适合xl和普通superangulon系列使用。
用户需要使用中心灰与否应该可以自行判断，拍摄出的照片有没有明显的暗角或者是否需要常常工作于相机的极限像场边缘。
大多数superangulon因为像场亮度衰减的问题在标注像场大小数据的时候都有所保留，一般可以认为其保留了接近5度的余量，如果用户可以忍受在那余量范围内较暗的亮度（通过减小光圈和附加中心灰可以一定程度上修正这个问题），这一部分也是可以使用的，比如superangulon121F8像场只标注了291mm/f22,但它实际上是可以覆盖305-315mm的，进一步缩小光圈，还可以使它的像圈达到328-335之间。
因此很多玩810的朋友也偶尔使用这一只镜头来应急获得原本没有的超广角的效果，专业使用上并不推荐这样使用，但可以用有时还是能有大效果的。
superangulon下一步的发展是在结构中引入非球面镜片，比较可能出现的改进将会是首先在前后组的第一片镜片上，这样可以极大地改善该结构镜头的亮度衰减问题，将会把原有衰减度由立方关系降低到平方关系，基本可以摆脱中心灰，而且视角可以扩展到140-150度，那个时候即便是38mm的镜头也可以在45上应用，如果还能在光圈附近加入非球面镜片，那么镜头的光学解像力还会大大的更进一步，能够提供更加锐利的影像，考虑到成本和现有胶片水平，估计这一步改进可能会背依经济行为目的的取消。
由于ebay的出现，我们多了很多获得一些以前不敢想象的镜头的可能，对于超广角镜头，很多航空相机使用，因为使用级别不同，那种光学镜头的成像水平数倍于民用系统，就算二战时期的产品也比今天最新最好的民用镜头更加出色。
对于大画幅，尤其是鲁萨结构的，航空镜头可以注意选择这样几只。
（1）.苏联鲁萨系列，鲁萨49，焦距70mm，光圈F6.8,视角122度，像圈f22时为305mm，全开光圈为264mm，解像力约220线对/mm。
想象一下，810可以使用70mm焦距的镜头，那该会有多么广阔？
（2）.如果觉得鲁萨49还不够刺激，那么考虑一下苏联的祖国-26，实际上也是鲁萨之一，焦距55mm，光圈F8.4，视角133度，像圈253mm/f16,最大298mm/F64。
当然鲁萨38更变态了采用了非球面镜头以后焦距36mm，F7.7视角148度，可以供57使用并且有很大的移轴范围，当然，你还得没皮腔挡着，胶片的平整度也很关键。
（3）东德生产的拉米冈就比较温柔了，150mmF4.5,视角94度，全开光圈视场94度，像圈314mm，对比一下久负盛名的施耐德superangon165F8,全开光圈的时候342mm，f22时398mm.
（4）瑞士的阿维冈aviogon也是可以考虑的，它的115到170都是这一结构，都可以使用在57和810上。
还有一些其他国家航空镜头，同样具有很高的光学水平，这类东西可遇而不可求，而且都需要改装，大部分国家的航空胶片有这样几个规格，180*180mm,225*225mm，150*150mm,300*300等等航空用镜头都是可以使用于大画幅的，不管哪一种其设计的分辨率和普通的相比都高得惊人，而且除了专用的鸟瞰镜头，其他的都是几乎没有畸变的镜头，尽管大多数这类镜头是用来拍摄专门的高反差高分辨率的黑白胶片的，由于出色的光学素质这类镜头拍摄彩色或者黑白摄影都是极其适合的，我曾有幸见过一支不知名的镜头，其极其优异的素质让我瞠目，在ebay上我也多次看见好多可以用来拍摄的航空镜头，不知哪位大玩家可以收入私房使用这些顶尖的光学精品（BTW：
当然重量也是顶尖的，）
对于这一类镜头，尤其是施耐德的superangulon系列，最让人津津乐道的是他的色彩表现能力，superangulon擅长提供极高质量的像场中心部分，他的反差中等偏高，色彩过渡和色彩的艳丽在所有的镜头中首屈一指，superangulon生产时间比较长，产品也分高档和低档的两条不同线路，较高档次的镜头会有比较好的作工和材料构成，早期的superangulon是单层镀膜的，而后期则改为多层镀膜。
并不一定单层镀膜的镜头就一定差于多层镀膜的，对于早期施耐德，品质最好的镜头是提供给Linhof的，从2手市场上的印象来看，经过几十年的时间考验，事实证明，linhof特选系列的镜头确实具有最好的质量和耐久性，一般旧镜头常见的一些问题很少在linhof特选中出现。
4．比奥冈biogon
菜斯的比奥冈镜头的名声非常大，它是半对称的光学结构，和前面的广角镜头的发展不同，比奥冈结构是从中焦的松纳中衍生过来的，设计上参照了完全对称的鲁萨也就是superangulon结构，实际上可以把superangulon的结构看作是比奥冈的一个变体，只不过从光学结构设计上看，一个倾向于完全对称，以方便校正像差，而一种则利用刻意些微的不对称来弥补一些固有缺陷。
作为较晚出现的光学结构，比奥冈没有那么多厂家生产了，菜斯自己也只做了很少的几只镜头给不同的画幅使用，尤其以在120篇幅上的最为出名。
比奥冈结构出现以后，现代计算光学因计算机的发展迅速发展起来，比奥冈结构也出现了很多变形，绝大多数设计都在一定程度上吸收了superangulon结构的优点，致使某些厂家的结构很难说出是延续哪一种经典的设计。
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superangulon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XL69/67新闻相机，而75F4.5比奥冈则提供给当时的linhof。
罗敦斯德公司因为曾是菜斯公司的子公司之一，光学技术大多来源于菜斯，现代生产的grandgon和grandgon-n都是经过一定变形的比奥冈结构，虽然从结构上来说，罗敦斯德公司的光学特点更多地倾向于（基本上就是）superangulon那种经典的对称结构，从实际效果和结构图来看，两家公司的镜头基本上是一回事，甚至中心灰都可以通用。
罗敦斯德公司长期提供镜头给瑞士的仙娜，仙娜标注自己的品牌仙娜珑销售，同时罗敦斯德镜头也提供部分镜头供美国的culmat使用，今天的culmat已经和cambo是同一家公司了，美国将这部分镜头标注为caltar（caltar镜头来源很复杂，如何选择后面会专文叙述）。
而现代最新的尼康系列也是采用的变形比奥冈结构，fujinon则不清楚，从其结构图上看似乎也脱不开这个关系。
经典比奥冈结构（专指菜斯的镜头）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。
对于罗敦斯德的grandgon-n镜头，它的结构和成像更类似于superangulon，不过还是有些细微的不同，首先罗敦斯德的镜头像场亮度从不完全对称中获得了一定利益，一般来说罗敦的镜头像场亮度衰减没有施耐德superangulon那么快，不过即便如此，罗敦镜头像场衰减并不是能够忽视的，因此罗敦斯德也为自己的镜头配置了中心灰渐变，不过因为罗敦镜头的衰减小这个特点，它看上去并没有施耐德那么必要，但从测试结果看，两者的亮度衰减律是一样，因此，罗顿德灰渐变也是可以用在施耐德镜头上的。
当然这也看什么样的用途，如果是建筑摄影，广告摄影这种要求比较精准的场合，还是有一定必要的，但据我所认识拥有这些镜头的人们，很少有人为其配置中心灰。
和superangulon相比较，grandgon-n反差略微大一点，镜头对线条的刻画感更强烈，显得要锐利一些，色彩及其色彩层次过度轻微的落后于superangulon，但仍然居于非常出色的地步，罗敦的镜头还是比较好的继承了菜斯系列光学镜头的特点，比较均衡，当然他距离菜斯还是有一些距离的。
5.dagor结构的镜头
1892年被设计出来的dagor结构可以说是现代光学的开始，蔡斯公司的Goerz先生设计的这个结构于1904年开始在蔡斯的以设计者命名的GOERZ公司中生产，生产持续时间很长，在GOERZ公司推出这一领域前，所有的技术资料转交给施奈德公司，而后施奈德以angon这个命名代替了声名赫赫的dagor继续生产。
Dagor镜头采用6片两组结构，也是对称型的正光镜头，它可以看作是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。
Dagor镜头刚出现的年代，还没有镀膜工艺，这个结构在设计上也因此避免了过多空气面造成的界面反射效应，仅有四个空气面，光线的透过率算是非常高的，后期绝大多数镜头都还是被加上了一层单层镀膜，具有单层镀膜的dagor镜头有着和现代镜头相似的透光率。
一般据认为是编号77xxxx以后的镜头是具有镀膜的
由于dagor镜头是第一款复合胶合镜片的镜头，胶合技术就显得比较重要了，质量上好的胶对光学质量的影响不言而喻，普通的明胶，树脂胶都有一定的缺陷，那个时候也没有高级的人工合成的改型胶，所采用的一般认为以当时无污染寒冷的蛮荒之地加拿大所产的一种特殊的树脂是最好的，作为一种有机物，特别是自然界的有机物，胶的出现让镜头多了一个最为烦恼的问题--霉，霉的产生和胶的质量有着非常直接的关系，作为真菌的一种，霉的孢子的存活能力相当的惊人，而且并不需要氧气就可以生存并且发育，自从有了胶合镜片以后，霉就成了每一个用户的噩梦。
除了霉，胶合工艺也有固有的问题，胶是液体状态的，要他成为凝固状态的时候，总会有一些小的无机分子会挥发，这样会在胶的内部形成很多微小的疏松孔，从而影响了光学的透过率和光波长的吸收率，不过在民用光学，有些缺陷是可以接受并且可以弥补的，采用低压高温熔融法，基本上可以将这个问题最小化。
在镜筒的加工中，越精密越是密封性好的，相对而言胶的稳定性越好。
除了胶本身的工艺外，胶随着时间的流逝会有老化和氧化的问题，因为一般不会接触空气，空气氧化的可能性较小，氧化一般还是发生在交替结构中自身所含一些不太稳定的游离氧造成的，老化也可归入这个问题，氧化会导致胶层混浊，而老化一般则是胶质性质改变，发黄，或者偏青。
质量好的胶这个问题出现的时间比质量不好的强几十倍，另外过多的接触强紫外线也会让这个问题突出。
在胶合问题上，还有一个问题制约着dagor镜头，玻璃镜片的热应力问题，光学玻璃除去本身高纯度均匀性的问题以外，热应力也是一个很影响光学水平的，在前面介绍的几种结构，尤其以海普岗，topogon,hologon这些镜片结构简单的对这个要求最高，玻璃熔融到冷却到常温，如果速度过快，热应力和玻璃均匀性都会有一定的问题，理想的速度是6in直径2in厚度的毛胚以每小时0.1度的速度凝固，更小的毛胚速度可以更快一些，一般而言还是最好别高于3度/小时的速度，世界上最大的折射式望远镜的1米直径毛胚花费3年时
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