用玻璃做飯
好吧，因為我用雙關語命名了我的另外兩篇“鏡頭的歷史”文章，我想我會繼續這個趨勢。儘管我承認這是最糟糕的。但我愛我一些雙關語。
這是鏡頭歷史系列的第三篇，至少現在是最後一篇文章。雖然這項技術仍然非常吸引人（至少對我而言），但回顧並重新開始相機本身的歷史會更有趣。相機開發人員比鏡頭開發人員有更多的背後捅刀子、指責和失控的自負，我確實喜歡寫一些日間戲劇類型的文章。
但是，我們不能不談論有史以來最重要的鏡頭 Cooke Triplet，就離開鏡頭的歷史。在Schott Heard Around the World中，我們討論了 1890 年至 1905 年期間質量鏡頭的突然激增。在耶拿，Abbe 開發並分類了改進鏡頭設計所需的新型玻璃，並開設了 Schott Glass Works 生產他們。Rudolph 和 Abbe 設計了許多鏡頭，使 Zeiss AG 成為世界上最傑出的攝影鏡頭製造商。在肖特和蔡司之間，德國耶拿已經成為鏡頭世界的中心。
在蔡司的領導下，鏡頭設計變得科學和數學化。在任何人考慮形成透鏡元件和安裝透鏡之前，三角函數就被用來在紙上“追踪光線”。事實上，Abbe 博士下令蔡司不會進行“反複試驗”的鏡頭開發，即使是原型，也只會考慮經過批准的數學設計。蔡司和其他德國光學設計公司都擠滿了物理學和數學博士。
與此同時，在英國
鏡頭設計不是很科學。實用設計和工藝學徒仍然被認為與高級學位一樣重要。
例如，H. 丹尼斯·泰勒 (H. Dennis Taylor) 開始接受建築學教育，但輟學前往望遠鏡製造商約克庫克父子公司 (Cooke and Sons of York) 工作。他通過閱讀 Henry Coddington 和 George Airy（因艾里斑而聞名）的作品自學了光學設計，這兩位英國人在 1800 年代中期從事光學工作。他們的工作和他的工作都是在代數和微積分中完成的，沒有三角學。Taylor 的方法是進行初步計算，製作原型鏡頭，對其進行測試以找出其優點和缺點，然後返回他的計算並調整他的設計。
當時鏡頭的主要問題仍然是像散和圖像邊緣附近的場曲。Taylor 意識到，如果他採用相同倍率的薄正透鏡和薄負透鏡並將它們放置在一起（圖 1，左圖），它們的珀茲伐和將為零（這意味著它們將具有完美的平坦場）。它還將具有零功率，這意味著它實際上不會放大或聚焦圖像。然而，如果他將這兩個元件分開（圖 1，右圖），透鏡將開始具有顯著的正屈光力，但會保持零珀茲伐和，這意味著焦點區域仍不會彎曲。
圖 1：接觸和分離的正負元件。
然而，有一個問題。在之前的文章中，我們看到當時的大多數鏡頭都是關於中心光闌（光圈）對稱的，因為這種對稱消除了很多像差。圖 1 中的非對稱透鏡會產生可怕的橫向像差。
然而，泰勒決定，如果他將其中一個鏡片一分為二，將每個分離鏡片安裝在剩餘鏡片的兩側，鏡頭將更加對稱並且像差會減少。他在 1893 年為這兩種可能的組合申請了專利，但更喜歡中間的負元素，被正元素的兩半包圍。
圖 2：基本三合透鏡的設計
在他最初的設計中，他嘗試在中心元素的兩側使用雙聯體。當 Schott Glass Works 發布其具有更強大玻璃類型的新目錄時，該設計發展為三個單峰，這是他在 1893 年申請的專利。
因為他做了很多實際的台架測試，泰勒發現他可以修改三元組元素的位置。通過將中央元件移近後部元件，鏡頭的角度變窄但最大光圈變寬。將它移向前方可以使視角更寬，但最大光圈更窄。因此，可以使用相同的設計來製作多個不同焦距和光圈的鏡頭。
圖 3：相對於兩個拆分元素移動中心元素會使視角變寬或變窄。
然而，三合透鏡很難製造。玻璃元件，尤其是中心元件，非常強大，最輕微的偏心都會導致重大問題。最初的鏡頭是用固定中心元件的小固定螺絲製成的。然後通過在工廠調整螺絲仔細校準每個鏡頭，然後使用清漆或水泥將螺絲固定到位以將其鎖定到完美位置。（我希望今天的製造商有這樣的標準。）
圖 4：兩個庫克三合透鏡。注意槍管中部可見的固定螺釘。
圖 5：顯示 12 個彎曲光圈葉片的庫克三聯體的前視圖。
Taylor 工作的公司 Cooke and Sons 不想涉足攝影鏡頭業務，但確實允許 Dennis Taylor 接觸開始製造鏡頭的 Taylor, Taylor & Hobson 公司（無關係）。出於對雇主的禮貌，丹尼斯·泰勒堅持讓鏡頭帶有庫克的名字。
設計取得了驚人的成功。這些鏡頭非常好，以至於一些競爭對手聲稱 TT&H 用這些鏡頭拍攝的示例照片被篡改了。這家小公司並沒有參與誹謗，而是簡單地扭轉局面，宣傳他們的鏡頭非常先進，“我們的競爭對手甚至不相信如此清晰的照片是可能的。” 他們賣掉了所有能生產的產品，並將生產許可給了許多其他公司。
Taylor、Taylor 和 Hobson 對 Cooke 這個名字非常著迷，以至於他們幾乎把這個名字印在了他們製造的每一個鏡頭上。他們成為攝影界的一股重要力量，後來在電影鏡頭領域稱霸了相當長一段時間。TT&H 最終被 Bell and Howell 收購，並最終成為一家主要的儀器製造公司。他們於 1998 年分拆了 Cooke Optics Company，該公司仍在萊斯特生產一流的電影鏡頭。
即使在那時，丹尼斯泰勒為了展示它是一個多麼小的世界，還是在 1895 年前往耶拿會見了阿貝和魯道夫，並了解了肖特玻璃廠製造的光學玻璃的進步。雖然他們似乎相處得很好，而且泰勒（現在是 TT&H 的首席光學設計師）從 Schott Works 購買了光學玻璃，但他們在哲學上肯定存在分歧。泰勒在光學期刊上與阿貝和魯道夫就正確設計鏡片的方法進行了長達 20 年的口頭辯論。Rudolph 和 Abbe 堅持正確的設計意味著在組裝原型之前進行三角光線追踪。Taylor 同意這顯示了鏡頭的潛力，但認為光線追踪永遠無法讓設計師糾正給定鏡頭的弱點。
為什麼三胞胎如此重要
原因有很多。首先，它是一款出色的鏡頭。也許更重要的是，這是一種完全不同的設計類型。當時，大多數鏡頭都是圍繞中心光闌對稱設計的，例如平面和雙高斯設計。
圖 6：平面（左）和雙高斯透鏡設計
不同的是，Triplet 允許進行一組不同的修改。Cooke Triplet 的變化和修改已獲得 80 多項專利，比任何其他類型的鏡頭都多。
源自三重透鏡的透鏡
Voigtlander 在中心元件的兩側使用雙合透鏡，創造了他們的 Heliar 和 Dynar 系列鏡頭，這些鏡頭後來被複製為 Kodak Ektars。
圖 7：Heliar / Dynar 鏡頭設計
其他設計師很快發現，將負彎月形透鏡放在三重組前面會顯著增加光圈。這導致了蔡司銷售的 Ernostar 和後來的 Sonnar 型鏡頭。
圖 8：Sonnar 透鏡設計，在改進的三合透鏡前面有一個聚光彎月面。
這些反過來又催生了所有最初的徠卡鏡頭，即 Elmars。其中許多鏡頭至今仍在生產。
關於另一個鏡頭有一些爭論，我在上一篇文章中提到的 Zeiss Tessar
圖 11：蔡司 Tessar 設計。
如您所見，Tessar 看起來很像三胞胎。另外，丹尼斯泰勒確實前往耶拿並會見了Drs。設計 Tessar 之前的 Abbe 和 Rudolph。但大多數證據表明 Tessar 是一個平行設計，而不是三胞胎的衍生物。
最重要的部分
我已經提到了三重創新中最重要的部分，但您可能已經錯過了。我提到過“通過將中央元件移近後部元件，鏡頭的角度變窄但最大光圈變寬。”
你看到這難以置信的重要性了嗎？通過僅改變中心元件的位置，可以改變鏡頭的焦距。具有這種潛力的是 Triplet，而不是世紀之交設計的其他一流鏡頭。經過多年的發展，這將導致所有現代攝影的中流砥柱的發展：變焦鏡頭。
圖 12：通過移動三元組的中心元素，創建了一個基本的變焦鏡頭（由維基百科 Commons 提供）。
那麼，是什麼讓變焦鏡頭的開發花了這麼長時間？一方面，變焦比定焦鏡頭需要更多的鏡頭元件。鏡頭中的每個元素都會在一定程度上反射光線。由於尚未發明用於減少反射的鏡片塗層，因此在反射破壞透光率和對比度之前，鏡片中空氣-玻璃界面的數量被限制在 6 或 8 個。
您可能會問，誰開發了鏡片鍍膜？是丹尼斯·泰勒。他觀察到，與閃亮的新鏡片相比，失去光澤的鏡片反射的光更少，透射的光更多，他意識到失去光澤的鏡片會減少反射。1904 年，他為一項使用酸和其他化學物質使鏡片元件塗層失去光澤的工藝申請了專利，僅用於此目的。然而，他的方法是在單個元件上手工完成的，不適用於大規模生產。幾十年來，耶拿的蔡司公司才開發出現代鍍膜技術。
結論
我關於世紀之交鏡頭歷史的小三部曲到此結束。我發現令人驚奇的是，我們今天認為的“最好的”定焦鏡頭：Sonnars、Elmars、Planars 和其他鏡頭都是在 1905 年開發的基本形式。
那些鏡頭有多好？我們想自己了解，所以我們將 1905 蔡司 Protar 安裝到 Horseman Viewcam 機芯和佳能 5D Mk II 上，並拍攝了一些我們常用的測試圖表的圖像
蔡司 Protar 通過 Horseman Bellows 安裝到 Canon 5D MkII
我們的發現相當令人震驚。舊鏡頭在我們的測試台上解析了 24 到 26 個線對，這個數字只有佳能和尼康 200 f2.0 鏡頭等少數現代鏡頭可以解析。
使用大約 1905 Protar 拍攝的分辨率圖（原始尺寸的 25%）
那個舊鏡頭有 f/8 的最大光圈和一些其他缺點，但它仍然是一個了不起的性能。
當然，還有更多的設計要來。變焦鏡頭還需要幾十年的時間。長焦鏡頭、反長焦廣角鏡頭和反焦距鏡頭也出現得晚得多。但是，如果我的相機包裡只有基於 1905 年現有設計的鏡頭，我就沒問題了，謝謝。事實上，已經有好幾天我的包裡只有這些鏡頭了——Sonnars、Planars 和 Elmarits 仍然是最好的。
參考
- Abrams, Peter：H. Dennis Taylor，T. Cooke & Sons 的光學設計師。http://www.europa.com/~telscope/hdtaylor.txt
- Gross, H, et al：光學系統手冊。威利。2008.
- http://www.cookeoptics.com/cooke.nsf/history/1890s.html
- http://encyclopedia.jrank.org/articles/pages/1015/Evolution-of-the-Photographic-Lens-in-the-19th-Century.html
- Kingslake，魯道夫：攝影鏡頭的歷史。學術出版社，倫敦，1989 年。
- Donald Mattox：真空鍍膜技術的基礎。諾伊斯出版物
- 威爾金森和格蘭菲爾德：鏡頭收藏家的 Vade Mecum。
我是羅傑，我是 Lensrentals.com 的創始人。作為這裡的光學迷之一，我喜歡在業餘時間通過 30X 顯微鏡物鏡拍攝准直光。當我拍攝真實照片時，我喜歡使用不同的東西：中畫幅、賓得 K1 或索尼 RX1R。
羅傑· 西卡拉 2011 年 1 月 16 日發布 分享 鳴叫
