重新探讨决定镜头品质好坏的几个因素
                高宝昌--《中国摄影》2003。12
随着市场竞争的加剧,各照相机厂家纷纷推出最新型号的照相镜头，各种新功能也随之不断问世，使得人们开始在众多镜头面前眼花缭乱，更是不知道如何挑选购买自己的配套镜头。区分镜头的功能作用优胜得失需要从多层面来分析判断，从中选择出更适合自己使用的摄影镜头。
首先镜头的成像质量是镜头好坏的第一要素，镜头的成像质量取决于镜片的光学设计和加工精度。严格意义上讲，一个优秀的照相镜头如果能够使用最少的光学镜片获得最佳的成像质量，把镜头在结像点（胶片或CCD位置）的各种像差、色差，诸如球差、慧差、像散、场曲、畸变和位置色差、倍率色差等控制在最小甚至没有的程度，无疑这将会是世界上最好的照相镜头。当然这里所提到的镜头不包括那些粗制滥造的镜头（一些粗制滥造的劣质镜头为了降低成本或是技术上的原因，由于其光学玻璃的加工精度粗糙，机械精度低，同轴光学系统的光轴同心度存在误差，镜头的光学畸变和色散得不到有效控制，像这些镜片数量少的镜头当然不属于优质镜头，应另当别论）。
开始的镜头是采用更大的镜片和增加各种曲率镜片来矫正各种图像变形，随着镜片加工技术的成熟，发明了一个同时具有很多曲率半径的镜片来取代多个镜片来校正影像变形，使用少量这种叫做非球面镜片取代大量固定曲率镜片的结果是镜头体积可以越来越小，相反成像质量越来越好。我们知道光线通过任何光学镜片都存在反射、折射和衍射甚至吸收，不同波长也就是不同颜色的光线对应一种光学玻璃的折射率都不一样，结果是只要光线不是垂直通过镜头后光线就会发生色散，在胶片上成像位置不同，不同波长的光线发生不同的像移，为了弥补和纠正色散现象，在镜头中加用多个具有相反作用的镜片逐次矫正色散产生的色差，到后来人们发现了折射率极低的萤石和其他人工合成新型光学玻璃，镜头就可以使用更少量这种超低色散镜片取代以往更多曲率镜片制造体积更小、成像质量更好的镜头。每种玻璃的光学反射率不同，通过镜片的光线就会有一部分光线被反射回去，一个镜头要有很多不同作用的镜片组成，一部分光线如果在镜片之间互相反射来反射去，势必影响最终的成像质量，科学家发明了用来消除反光的各种镜头镀膜，尽管如此，随着镜片数量的增多，光信号和光通量都会或多或少地得到衰减，镜片越多衰减也就越多，衍射作用也越严重，这些都直接影响最终成像的清晰度、图像反差和色彩传递。而这又是不可能完全彻底避免和消除的，如何设计出镜片数量更少、成像质量更好的镜头一直是科学探讨的课题之一，也是未来照相镜头发展的必然趋势。
我们常见的镜头都是共轴光学系统，也叫同轴光学镜头，指镜头内部所有光学镜片的光学中心轴全部重合，一个镜头的镜片越多光轴重合的难度就越大，也最终直接影响镜头的成像质量。可以肯定的是随着镜片数量的增多，图像变形和色散虽得到控制，光信号的损失和衰减会有增无减，镜头的同心度面临考验，镜头的成像质量也会打上折扣。而可变焦距镜头要实现可变化的不同相对光学焦距镜头条件下理想成像需要更多的镜片调整镜头的光学焦距，大量镜片的利用，镜片同轴系统的所有镜片同心的难度更大，设计加工更是困难。而在镜头的光学设计上又必须得考虑如何消除上述的像差、色差等影响成像质量的诸多因素，就不得不添加各种不同作用的消差镜片，随着镜片数量的增多，各种像差和色差得到最大程度的抵消和纠正，但是镜头的体积也就越大，携带使用都不方便。
这些问题是可以通过采用更多的这些新型光学材料如超低色散镜片和非球面镜片及各种镀膜等新技术新措施加以完善，也正是不断加入这些新材料和采用全新的加工工艺技术使得照相镜头质量普遍提升。但由于这些特殊镜片加工难度大，使得镜头制造成本和售价不断攀升，使用寿命也就显得尤为重要。
保证镜头的使用寿命，镜头的机械结构要求设计合理，使用的原材料要具备耐研磨、低的热胀冷缩系数、轻巧、低的光线反射性能诸多物理性能。最早的镜头采用铜合金制作（就是到了今天德国徕卡还在继续沿用黄铜制造的M系列镜头），到后来逐渐使用比重更小的铝合金，20世纪八十年代新型的工程塑料被大量使用来制造照相机及其镜头的部分结构，整体重量大大下降，但是随着发现工程塑料在抗老化和辐射方面的不尽人意，进入21世纪又开始重新采用铝合金制品，目前有两种比铝合金物理性能甚至还好的轻质合金，像钛合金和镁合金的比重比铝合金小的多，此前主要用于各国国防需要，近年来在照相机行业得到应用，随着等离子喷射铸造、高压直流真空镀膜工艺和数字万能车洗等加工工艺的不断应用，由加工难度大的钛合金和镁合金制成的镜头镜筒不但在重量、反光和绝缘层处理上都会有出色的表现，而且其异常坚固耐磨的特点必然大大提升照相镜头的使用寿命，尤其是结构复杂的变焦距镜头的变焦距镜组决不象想象中的镜头外型变化般的简单变化，实际上镜头内部的变焦距调整镜组是由多个可以活动的镜片或镜组构成，变焦过程镜组或镜片的移动是同时在进行不同位移的前移和后移，如此复杂的结构保证长久的精度也需要可靠的原材料作保证。这些应该是未来摄影镜头逐渐采用的新兴的高科技材料。
自动对焦镜头要靠微型马达驱动调焦镜组转动来实现快速对焦，不论它采用照相机机身内部的调焦电机还是使用镜头内部的微型电机或是新型的超声波马达，为了降低机械阻尼，调焦机构大多采用浮动式镜组设计用来减少机械阻力，浮动式调焦镜组镜头的光轴同心精度大都会受到些许影响，做到机械调焦镜头那种光轴完美的同心度难度更大，而为了提高自动对焦速度，调焦镜组调焦转矩都很小，一般小于900，而机械对焦镜头的调焦转矩能达到225—2700，转矩越长意味着更精细的调焦精度。不论采用哪种自动聚焦方式，聚焦镜组（不是整个镜头）的转速不可能无限制地提高，减少聚焦镜组转矩就成了提高速度的捷径，而转矩的减小必然带来调节精度上的牺牲，尽管这种牺牲在自动聚焦过程不产生影响，但是只有采用手动对焦时会有找到准确焦点不易的感觉。从此数据可以看出机械调焦与自动调焦镜头设计上的差别，目前日本相机纷纷推出超声波镜头，这是科学技术不断发展前进的必然，也是由于相机机身调焦电机的动力毕竟有限，所以我总认为对于通过相机机身电机动力传输机构调节焦距的方式不太完美，而镜头转动的扭矩动力来自镜头本身似乎更加科学、迅速和耐用些。在照相机的自动对焦镜头上，超声波马达利用超声波振动力驱动聚焦镜组转动,使其成为一种瞬间反应极其灵敏、动作迅速准确而又安全可靠的镜头驱动方式。
由于照相机的使用环境各种各样，尤其是在室外环境中使用时的防土防砂和防水能力不可低估，一支价格昂贵、成像再好的镜头一旦被这些东西侵入损坏也是枉然，所以好的镜头应该有适当的这些防护措施。而一些新型日本镜头在这方面的确赢得了头筹。
试着比较一下几款同级别德国徕卡镜头与日本专业镜头，徕卡的镜片数量最少，但是徕卡镜头的成像质量是我们所共知的，我们从不因为徕卡镜头的镜片数量少而怀疑她的品质，尤其是德国镜头的镜片光学同心度的精度都非常好，装在照相机上转动镜头前部感觉非常结实，没有任何松动感,调节焦距时阻尼手感十分舒服，我们在领略了由其拍摄的摄影佳作之余，有理由相信照相镜头的质量决不仅仅由镜片数量的多少分好坏，真正优秀的照相镜头需要更少的镜片和更新更成熟的加工工艺。尽管没有自动聚焦（作为技术进步的必然，自动聚焦镜头技术的成熟和新的聚焦技术的发展，自动聚焦技术是无法回避的未来发展方向），我们也能理解世界各国优秀摄影家不惜重金购买那些镜片数量虽不多但是价格更加成倍昂贵的德国镜头的原因了吧！
自动聚焦镜头多出在电子技术发达的日本，就连大名鼎鼎的德国蔡司镜头也是通过与日本的亚西卡合作才完成自动化升级的，日本镜头除了在自动聚焦速度上不遗余力的升级变革以外，更加大胆地采用镜头防震颤技术，日本镜头凭借其优异的自动化程度独领风骚，使得快速抓拍变的轻而易举，世间任何美丽动人的瞬间也不会错过被记录的机会，这自是熊掌与鱼各有兼得。日本CANON、NIKON最新推出的几款新型长焦距镜头在采用更多超低色散镜片的同时，体积、重量都大大降低，随着科学技术的不断进步和新材料的不断发现、摄影人对快速准确而又便捷的摄影方式的需要、对图像质量更高的要求，我们有理由相信镜片数量更少、成像质量更优秀、自动化程度更高、调节更精密和体积更小的照相镜头肯定会不断问世。
总的来说，选择什么样的镜头和评判什么样的镜头好，是需要在了解镜头知识基础上，仁者见仁、智者见智的问题，需要你自己判断。但是在我们的选择中因使用目的不同，因人而异，由于目前世界上镜头存在机械结构手动聚焦镜头和照相机自动聚焦镜头两大系列，在部分结构上设计思路不同，面对消费人群也有差异，镜头好坏没有一个绝对标准。就我自身而言，我使用哈苏相机，配套的是享誉全球的德国蔡司镜头就有Planar和Tessar等系列（表1）以能使用极少数量光学镜片获得极好的成像质量为其自豪，充分体现了德国光学镜头设计和加工的整体实力，镜头那无一伦比的成像质量是没有任何可以指责的，镜头的机械结构绝对的好，但是，包括相机本身在内在防尘技术上就没有很好的处理，使我一直在添置更多镜头方面犹豫不决，这也算是美玉有瑕吧。

              
               Vario-Apo-Elmar-R 70-180/2.8                  我的Zeiss  Sonnar CFE  4/180镜头的结构图
表1：几款以镜片少著称的ZEISS定焦距镜头的参数（T★指6层镀膜）
镜 头 品 牌 镜 头  规  格  型  号 镜片数量 备             注
德国蔡司Zeiss Sonnar CFE  4/180 5T★ 蔡司特有T★型镀膜
德国蔡司Zeiss Tele-Superachromat(SA)  CFE 5.6/250 6T★ 超低色散镜片镜头
德国蔡司Zeiss Tele-Apotessar  CF  8/500 4T★ 蔡司特有T★型镀膜
       
                   EF 70-200/2.8 IS USM                             AF 70-200/2.8 APO G D SSM
表2；几款顶级变焦距镜头的参数比较
镜 头 品 牌 镜 头  规  格  型  号 镜片数量 备             注
德国徕卡LEICA Vario-Apo-Elmar-R 70-180/2.8 13 12种不同材质\5片超低色散片
日本尼康NIKON AF-S VR 70-200/2.8 G IF-ED 21 5片超低色散片
日本佳能CANON EF 70-200/2.8 IS USM 23 4片超低色散片
日本美能达MINOLTA AF 70-200/2.8 APO G D SSM 19 4片超低色散片

[135F2DC 编辑于 2003-11-08 19:19]

“无忌居士”所言极是。

长见识了，无忌真是藏龙卧虎啊！

哎！这个高老师也真逗，不过你们哥儿几个哪儿是拍砖呀？！整个一个从山上推石头，把人家砸跑了吧！现在的“专家”脸都薄。

[naonao6126 编辑于 2003-11-10 14:49]

小蔡:

人家抄错是人家的事。

小蔡,你最好别译错哦!

过些日子我会翻译一篇，日本的光学设计专家谈德国镜头的设计和制造的文章。

高人啊，
正好有个问题，想向你请教。
近期出了不少防抖头，这些头均有一组镜片在光轴中来回做补偿运动，请问其工作原理及对成像的影响？

高先生:
　　你在无忌的贴子我通览了一遍，我感到你是位＂认真＂的无忌网友，我很敬佩．
　　你在本贴中的主要意思我理解为：＂镜片多不一定是好镜头＂（不知是否接近本意？），我非常赞同．我在好多年已前原本就想写一篇这样的文章讨论一下这个问题（因为很多朋友购镜头前总要问我＂这镜头几片几组？＂只要一听只有四片或三片，那多数会嘣出句＂业余头），但是我很懒,所以一直没写.
　　你在楼下说：
　　＂作为一个非常业余的爱好者，我有自己很忙的工作和事业。本来出于善意提供讨论话题无非大小对错，也不希望获取什么，都是出于对摄影共同的爱好，感谢摄影无忌这个友好平台。如果有些话题脱离探讨疑惑、学术纠错而上升到敌对攻击行为就失去了所有意义，回了这个帖子。谨此不再耽误朋友宝贵时间了。一个月来也通过大家学到了很多知识，回去闭门思过去了，为了友好而来，带着收获而归已经很好了。所有我在摄影无忌的参与至此就算画上一个句号了。谢谢！＂
　　对此我是这样认为的：
　　１．看得出你很忙，但你还是在无忌上和大家一起交流，和大家一起分享摄影的乐趣，这说明了你对＂摄影＂的喜好程度，这点是最主要的，是网友们的共同点，是大家共在一个网上的基点．也许正是这点，所以大家可能觉得都很＂熟了＂于是有点＂熟不讲礼＂了，这点你无需见怪，可能每个在网上时间长一点的朋友都会遇上这种情况的．
　　２．你说＂谨此不再耽误朋友宝贵时间了。＂，我不知道其他人怎样，但你决没耽误我的时间．因为每位朋友的贴子总是能给我点＂新东西＂的．在此我表示感谢！
　　３．你说＂如果有些话题脱离探讨疑惑、学术纠错而上升到敌对攻击行为就失去了所有意义＂说的非常好！无忌网一直在提高＂网上文明＂，大家也都比较注意这一点，在共建一人网上的文明环境，但你是了理的，生活中人总有＂激动＂的时候（就是机器人，我想也有＂故障＂时候吧），说话也总不是和写论文一样，就象你发贴一样，不会特别去很注意细节的，只要表达一下大意就发了，你说是不是这样．如果因这样，发生了一点＂火花＂，这种现象我称之为＂活跃一下气氛＂．生活是多样的，有喜怒哀乐，网上＂生活＂也是这样．

　　这是我的个人观点，我的感受，和你交流一下，并希望还能再读到你的贴子．

说句外行话，应该是只要一片镜片吧，
人眼是一片的吧，关键是这片镜片要是可以变形的话就可以聚焦了

高DX的离去太可惜了！

最后的帖子让人莫名其妙。

钛合金的密度比铝合金小很多？
应该相反吧，钛的硬度不如钢，密度大于铝，这点很多人都弄错了

funder：一片非球面反射镜！
啊呀呀！慧差、场曲还是没法消除呀！

降低要求，例如小视场的望远镜物镜，两片双胶合镜可以消除球差和色差，其它像差就算了！

理论上来讲，一个镜头只需要一片完美的镜片就行了！ 如果不能这样，几片完美的镜片也能大大减少镜头的体积的重量。佳能最新的长焦定焦就是这样，使用了一种特殊的模压技术，制造玻璃镜片。

继续讨论，看着很有意思。