镜头光学结构简介

光学结构简介
本文转自网友sunqinhao同学的新浪博客：/sunqinhao
Cooke-Triplet结构，Triplet这一名称1893年由H. Dennis T aylor命名，因为他当时受雇Thomas Cooke & Son公司所以通常这一结构被称为cooke机构。

其实早在1890年Ernst Abbe（和Carl Zeiss, Otto Schott并列为现代光学奠基人，Zeiss公司创始人之一）就已经注册了Triplet的光学结构的专利。

Triplet这一名称来自于这一结构中三片独立的透镜（TRI），通过前两片透镜可以得到一个很长的焦距，之后通过与前两片透镜距离较远的第三片透镜可以将这一焦距重新缩短。

这一结构在光线通过一个适中的孔径时可以很好的控制眩光与散射。

但是Cooke-Triplet 结构也有两个弱点，首先视角比较狭窄，不能做到广角，其次光圈不能涉及到很大，在大光圈下Cooke-Triplet像差将无法控制。

通常cooke结构镜头是由两块凸透镜（冕玻璃）和一块凹透镜（火石玻璃）组成。

经典的Cooke结构，其实全称应为Cooke-Triplet
Cooke-Triplet结构的光圈最早为6.8，之后发展到了4.5，30年代是3.5，一直到二战结束Cooke-Triplet结构的光圈发展到了最大2.8.
在一些高品质镜头中通常会将Cooke-Triplet结构中的一片镜片改为一组两片接合镜片，这当中最著名的是1903年Carl Zeiss公司推出的Tessar结构，他将Cooke-Triplet 结构中最后一片凸透镜改为了一组两片接合的镜片。

源自Cooke-Triplet的T essar结构
其次还有福伦达1900年推出的Heliar结构也是来自于Cooke-Triplet，他将Cooke-Triplet前后两片凸透镜各自改为一组两片接合镜片，总共为5片3组。

源自Cooke-Triplet的Heliar结构
1916年在美国芝加哥的Charles M. Minor尝试着将Cooke-Triplet结构的光圈设计的更大，他的做法是在Cooke-Triplet结构的第一片凸透镜和第二片凹透镜之间插入一片凸透镜，三片镜片相连。

根据他的设计当时生产出了光圈为1.9的Ultrastigmat电影镜头，焦距分别为40, 50, 75mm，这几个电影镜头可以表现出一种很狭长的视角。

Ultrastigmat结构
到了1923年的时候划时代的ERNOSTAR横空出世了，当然ERNOSTAR的设计仍然是源于Cooke-Triplet结构。

ERNOSTAR结构是当时德累斯顿Ernemann公司（Zeiss Ikon 前身之一）年仅23岁的天才光学设计师Ludwig Bertele所设计，他将Cooke-Triplet结构中的第一片凸透镜替换成了一组两片相接合的凸透镜，最大光圈在标准相机上可以达到2.0，要知道在1927年Tessar的光圈也就只有设计到2.7。

ERNOSTAR是当时第一支可以在光线条件较差的情况下使用的镜头，也是第一个可以在很差的光线下不使用三脚架的镜头。

ERNOSTAR结构的原型设计
早期F/2光圈的ERNOSTAR镜头采用的光学结构6片4组
晚期F/2光圈的ERNOSTAR镜头采用的光学结构5片4组
60年代ERNOSTAR结构被重新广泛采用，主要是应用在长焦镜头上，著名的有Contarex上的Zeiss 2.8/135 和Zeiss 2.8/180mm，Zeiss/Rollei的Sonnar 2.8/85 ，可爱的小旁轴Rollei 35S上的40mm Sonnar镜头也采用了ERNOSTAR结构，最后还有日本Konica 2.8/90 M-Hexanon的镜头也采用了ERNOSTAR结构。

不过这些镜头因为蔡司的关系绝大部分都被命名为了Sonnar。

ERNOSTAR之后对于这一结构的改进仍然在继续进行着，接下来出现的就是广为人知直到今天还在大范围使用的Sonnar结构了。

Sonnar这一名称最早出属于斯图加特Contessa-Nettel AG（Zeiss Ikon的前身之一，Contax就是为了纪念这一公司）一款不太出名的镜头，1926年该公司加入Zeiss Ikon之后Sonnar这一名称被用来命名一款全新的镜头。

1924年Ernemann的Ludwig Bertele设计出了ERNOSTAR，1926年Ernemann加入Zeiss Ikon，Ludwig Bertele亦成为了Zeiss的设计师，大约在1930年左右为了将ERNOSTAR镜头使用到Contax旁轴相机上，Ludwig Bertele对ERNOSTAR结构做了重新的设计，他将通常为4组的ERNOSTAR中第三组和第四组改为一组相粘合的镜片，组数减少到了3组，通过粘合的一组镜片可以有效的减少玻璃间空气的折射，这一设计在镀膜技术尚未发明之时是相当行之有效的，一年之后他成功的设计出了最大光圈为1.5的镜头。

ERNOSTAR f/1.8 6片4组
Zeiss Sonnar f/2.0 6片3组
Zeiss Sonnar f/1.5 7片3组
Ludwig Bertele这一设计是相当成功的，根据这个结构生产出了种类繁多的旁轴相机的镜头，焦距从40一直到250，最大光圈达到了1.1。

这些镜头被Zeiss命名为了Sonnar。

至于这一名称的含义，目前有这两种说法，一是来自生产这一镜头的厂区的名称，Zeiss官方的说法则是这一名称来自于德语的太阳Sonne，是为了说明这一系列镜头的大光圈。

二战后东西德Zeiss都生产了50mm焦距的Sonnar结构镜头，西德的Steinheil采用sonnar结构生产了50mm的Quinon-I 2.0镜头，此外日本的佳能，尼康和宾得都生产了基于sonnar结构的标头，俄罗斯则是Jupiter。

Pentax的Sonnar结构T akumar 58mm f/2.0 6片4组
要真正定义Sonnar系列的镜头是一件很难的事情，Zeiss将这一极为成功的名称应用到了很多镜头上，其中包括ERNOSTAR结构（Rollei 35S），以及Gauss结构（2.8/85）都被命名为Sonnar。

Carl Zeiss Jena Sonnar 3.5 135，非Sonnar结构的Sonnar镜头
Carl Zeiss Jena Sonnar 3.5 135 4片3组，很难说这是一个Sonnar结构的镜头
通常可以这么理解经典Sonnar结构，源自于Cooke-Triplet结构，较少的镜片组数目，经典的为3组，以及至少一组3片相粘合的镜片。

随着镀膜技术的发展，一个镜头结构中即使有着再多的镜片也可以通过镀膜来减少光线折射，而采用三片镜片相粘合的Sonnar在技术和成本上显得极为昂贵，1955年一只1.5/50的Sonnar镜头价值435马克，相当于西德人均月收入的一半。

1955年的Sonnar 1.5/50
最新版Sonnar 1.5/50 后组改为3片一组但不相互粘合的镜片
由于成本和价格的原因，60年代后Sonnar逐渐让位于Gauss结构
说起双高斯的起源首先就要说到我大学时代最佩服的老头高斯先生，1加到100的那个故事的主角，大学时代专业课上听得最多的人名就是高斯先生了，选修课图形处理又要用到高斯处理，真的是无处不在。

高斯老先生在哥廷根大学研究数学的同时，还是该大学的天文学家，哥廷根大学天文台的时任总监即为高斯老先生。

西德马克上的高斯
1817年为了解决大学天文台望远镜像差的问题，高斯老先生设计了一种使用两片新月形镜片的结构，这个就是双高斯结构的最初的起源高斯结构。

高斯结构
1888年，美国西北大学的天文学家Alvan Graham Clark在设计天文望远镜时发现到用两对高斯结构背对背反方向组合可以成为一种有用的镜头光学结构，这就是双高斯结构的概念起始（Double Gauβ）。

最初的双高斯结构
之后的100多年里，众多的光学设计师在双高斯结构的基础上设计了各种各样形形色色的镜头，这当中把双高丝结构发挥到最高境界的无疑当属Leica APO-Summicron ASPH-135画幅最顶级的标准镜头，而最有名的双高斯结构镜头当属Zeiss Planar，以至于很多朋友都认为标准镜头的结构都源自于Planar。

两个不尽相同的双高斯结构。