新的鏡頭設計從何而來？
我知道今天的鏡頭都是用電腦程序設計的，但我驚訝地發現新鏡頭並不是從頭開始設計的。設計師從現有的鏡頭設計入手並對其進行修改。當然，鏡頭設計師不會說“這個鏡頭真的很爛，讓我們把它作為我們的起點”。他們從一個好的設計開始，並嘗試改進它。
所以相機鏡頭，就像達爾文的雀一樣，遵守非常嚴格的“適者生存”法則。好的鏡頭被複製和修改（有時是為了改進它們，有時是為了繞過專利限制），直到有許多不同製造商銷售的類似鏡頭。壞鏡片很快就會消失。
即使知道這一點，當我撰寫有關相機鏡頭髮展的系列文章時，我還是驚奇地發現，今天使用的幾乎每一個相機鏡頭都可以追溯到其歷史上的五個鏡頭之一，其中四個鏡頭是在 1900 年開發的。考慮到已經創造了數千種鏡頭，我發現這真的很令人驚訝：無論我們今天使用什麼鏡頭，它都可能在 1900 年左右以基本形式出現。
鏡頭的血統重要嗎？
好吧，實際上它有點作用。那些原始的鏡頭，以其純粹的形式，各有優缺點。從它們衍生出來的現代鏡頭“繼承”了那些相同的潛在趨勢。現代鏡頭中使用的許多複雜技術都用於糾正原始設計的潛在問題。
從歷史的角度來看，了解鏡頭的起源可能很有趣。例如，我知道這個週末我用 400 美元拍攝的佳能 50mm f/1.4 鏡頭與價值 8,000 美元的 Cook Panchro 50mm Cine 鏡頭的基本設計相同。技術上也很有趣：佳能 50mm f/1.4 繼承了與佳能 50mm f/1.2、適馬 50mm f/1.4、尼康 50mm f/1.4 G 和福倫達 50mm f/1.1 等相同的基本設計。這就解釋了為什麼它們都自然地傾向於在邊緣出現一點散光和球面像差。
早期的鏡頭設計
第一個鏡頭是相當簡單的東西。但是在攝影術發明之前就已經發現了兩個重要的原則：
彎月透鏡（左）和消色差雙合透鏡
Daguerrotype 相機鏡頭設計發明後得到迅速改進，到 1900 年代初，已經有數百種攝影鏡頭上市。大多數都是死胡同，但是六個鏡頭，其中五個是在 1900 年開發的，產生了我們今天使用的大部分鏡頭。產生其餘鏡頭的第 6 個鏡頭，即反向遠攝或反焦鏡頭，直到 1920 年代才為電影攝影機開發，然後在 1930 年代後期為第一台單反相機開發。
所有現代攝影鏡頭的鼻祖 6 個鏡頭
今天，我們將看看從這六種“原始”鏡頭類型中的前三種衍生而來的鏡頭（盡量讓這篇文章的篇幅不那麼新穎）。如果您使用 SLR 拍攝並且相機包中有一個 50mm 到 100mm 的定焦鏡頭，那麼您很可能會發現它是我們今天要介紹的三個鏡頭之一的直系後代。如果您使用測距儀、中畫幅或高端攝像機拍攝，您拍攝的每個定焦鏡頭（甚至是更寬的焦距）很可能都來自這些鏡頭之一。
鏡頭家族樹
Petzval 人像鏡頭
優點：在相當大的光圈下出色的中心銳度，低暗角。
缺點：明顯的散光和場曲將其限制在相當窄的視角。
歷史：設計於 1850 年之前，它是一個非常重要的鏡頭，半個世紀以來一直是人像攝影師的中流砥柱。相對較少的現代攝影鏡頭可以追溯到這種鏡頭。然而，直到 1950 年代，大多數幻燈機和電影放映機都使用 Petzval 型鏡頭。它們也是柯達 f1.9 電影鏡頭的基礎，用於數以千計的柯達 16 毫米電影攝影機，以及直到 1950 年代才生產的一些基於 Petzval 設計的中長焦鏡頭。
對稱（快速直線）透鏡
優點：對稱設計幾乎完全消除了畸變、彗差和橫向色差。
缺點：容易出現球面像差、場曲和散光，這通常會限制它們使用中等光圈（f/2.8 或更窄）。即使在中等光圈下，基於這種設計的現代鏡頭也需要額外的元件來校正這些像差，有時會使對稱鏡頭變得複雜和昂貴。
歷史： Rapid Rectilinear 鏡頭開發於 1860 年代，是第一款具有良好光學質量的對稱鏡頭（在中央光闌兩側具有幾乎相同元件的鏡頭）。它為攝影師提供了一個相當寬的光圈、幾乎沒有失真的廣角鏡頭。它們是從 1860 年代到世紀之交（如 1900 年，而非 2000 年）的景觀和建築鏡頭。隨著高折射率和低折射率玻璃的出現，可以修改 Rapid Rectilinear 設計以減少像散和場曲，從而使它們變得更好。
從 Rapid Rectilinear 發展而來的鏡頭
蔡司Protar（最初稱為 Anastigmat，意為無散光）是 1890 年設計的對稱鏡頭，被認為是第一個現代相機鏡頭。多年來，更好的鏡頭製造技術允許增加鏡片數量並修改前後鏡片尺寸，但保持了中心光闌周圍的總體對稱性。今天的 施耐德 Angulon和徠卡 Super Angulon鏡頭是 Protar 的直系後代。
蔡司發現，如果他們將前部元件分開一點，而不是粘合它們，它們可以進一步減少其他像差。這個鏡頭Tessar看起來有點像下一篇文章中討論的 Cooke Triplet。Triplet 可能影響了設計師 Paul Rudolph 博士，但 Tessar 顯然源自 Protar。
從字面上看，今天的許多優秀鏡頭都是 Tessar 的簡單修改：Leitz Elmars、Zeiss Sonnars、 Kodak Ektars、Schneider Xenars、Voigltander Heliostigmats和Skopars，甚至Nikon 50mm f/1.8都是 Tessar 的變體。如果您擁有 35 至 110 毫米範圍內的鏡頭，質量非常好，價格合理，通常最大光圈為 f/2.8，那麼它很可能是 Tessar 的直系後代。
雙高斯透鏡
雙高斯透鏡依靠對稱性來壓平場曲並減少像差，但結合了正負元素，所有元素都以彎月面的形式向中心彎曲，元素之間包含空間，而不是將它們粘合在一起。
優點：與大多數其他類型的鏡頭相比，雙倍元件允許更大的光圈，尤其是在不對稱的情況下。雙高斯鏡頭通常具有很小的場曲或色差。
缺點：它們確實有傾斜球差和散光的傾向。在他們的原始版本中，他們沒有很好的分辨率。
雙高斯透鏡的導數
歷史：大光圈的誘惑一直是無法忽視的，設計 Protar 和 Tessar 的 Rudolph 博士通過在鏡頭內部使用一對厚的膠合元件修改了雙高斯設計。由此產生的鏡頭Zeiss Planar至今仍被廣泛使用。
在 1920 年代，Taylor Hobson 的設計師發現設計不必完全對稱，他們可以改變不同元件中玻璃的尺寸和類型，從而進一步增大孔徑。這種鏡頭（Taylor Hobson 稱之為 Opic）直接導致了 Schneider Xenon和Zeiss Biotar攝影鏡頭的開發。在電影界， Cooke Speed Panchro和Angenieux S 型鏡頭是 Planar 的衍生產品。
可以用一兩個額外的元素進一步修改設計，但雙高斯基礎仍然存在。經典設計有 6 個元件，通常足以滿足 f2.0 的光圈。光圈較大的鏡頭通常需要 7 片甚至 8 片（為控制像差和散光而添加的額外鏡片）。
如果您使用優質或優質的大光圈定焦鏡頭拍攝，那麼它很可能是雙高斯設計。它們是 50mm 焦距的主要設計，儘管它們可以做得更長或更寬一些。大多數引人注目的大光圈鏡頭，包括徠卡 50mm 0.95、佳能 50mm f1.0 和傳奇的蔡司 75mm f/0.85 都是這種類型的設計。許多Leica Summarits 、Summicrons和Noktilux鏡頭；幾乎所有製造商生產的每一個 50mm 素數；和許多其他現代鏡頭基本上都是經過修改的 Planars。
最近的雙高斯設計鏡頭。禮貌維基百科共享
概括：
如果您的 SLR 相機有 50mm 至 85mm 的大光圈定焦鏡頭（或測距儀或中畫幅相機的任何定焦鏡頭），請查看其鏡頭圖。您很有可能會看到對稱或雙高斯透鏡的核心，以及一些額外的元素（或者核心元素之一可能一分為二）。
查看下圖，了解現代鏡頭的一些明顯示例。左邊的兩個鏡頭是佳能 50mm f/1.4（頂部）和 f/1.2（底部）。中間是適馬（頂部）和尼康（底部）的 50mm f/1.4 鏡頭。在它們中的每一個中，您都可以清楚地看到中心元素與上面的 Taylor Hobson Opic 鏡頭圖（以及彼此）非常相似。不同的設計師修改了元件的曲線、使用的玻璃類型，最明顯的是後部元件，以不同的方式校正鏡頭的自然像差。（右上角的鏡頭是 24mm，右下角的鏡頭是 135mm，兩者都不是基於雙高斯設計）。
四個大光圈 50mm 鏡頭（左）與 24mm f2.8（右上）和 135mm f2（右下）鏡頭的對比。大光圈定焦鏡頭的共同傳統是顯而易見的。
同樣不足為奇的是，每個 50mm 鏡頭都有一些共同的特徵（中心非常銳利、有點像場彎曲、有點邊緣散光等）。
上圖中的 24mm 和 135mm 鏡頭都繼承了不同類型的鏡頭，當您將它們的圖表與左側的 4 個類似鏡頭進行比較時，這一點非常明顯。這些其他的設計都有自己的核心特徵，但這個討論要等下一篇文章了。這個已經持續了足夠長的時間。
參考：
Fischer, R, 等：光學系統設計，第 2 版.McGraw-Hill。2008.
Kingslake, R：攝影鏡頭的歷史。學術出版社。1989.
Kingslake, R 和 Johnson, B：鏡頭設計基礎。學術出版社。1978年
Laikin, M：鏡頭設計，第 4 版。CRC出版社。2007.
Ray, S：應用攝影光學，第 3 版。焦點出版社。2002.
Smith, WJ：現代鏡頭設計：McGraw-Hill。1992
維基百科：雙高斯透鏡 http://en.wikipedia.org/wiki/Double-Gauss_lens
維基百科：攝影相機鏡頭的歷史和技術發展 http://en.wikipedia.org/wiki/Camera_lens#History_and_technical_development_of_photographic_camera_lenses
在其中我開始回答“你為什麼把鏡頭圖放在你的網站上？”這個問題。
羅傑西卡拉
Lensrentals.com 網站
2011 年 8 月
https://wordpress.lensrentals.com/blog/2011/08/lens-geneology-part-1/
