新镜头的设计从何而来？
在现代镜头设计中，很少能找到一支凭空诞生的镜头。实际上任何一支现代镜头，都可以向前追溯到六支镜头之一。这些原始镜头，或多或少都有自己的缺陷和优势，现代的镜头也同样继承了这些缺陷和优势。
了解镜头的原始结构是一件很有趣的事：从价格上来讲，500元的佳能50mm f1.8 stm与 20000元的CooK. Speed Panchro 50/2采用了同样的初始结构。从技术上来看：原始结构的相同使得佳能50mm f1.8stm与 CooKe Speed Panchro 50/2它们都有很严重的球差。
自达盖尔发明银版摄影法之后。出现了大量各式各样的镜头，但大部分镜头都在激烈的竞争中消失了。保留下来的6支镜头，为现代镜头的发展，奠定了基础。接下来，我们将分别介绍这些镜头。
1.PetzvaL.头
1840年，Joseph Petzval教授发明了一种特别适合于人像拍摄的镜头，被称作Petzval镜头，也叫Petzval人像镜头。Petzval镜头有很严重的球差，所以一般只用于小视场的情况。但正是由于Petzval镜头严重的球差，因祸得福：Petzval镜头在焦点区域非常清晰，离焦情况下，照片清晰度下降，若将你的拍摄主题放置于焦点位置，四周的环境呈现梦幻般的虚化状态。
2.Tessares镜头
人们对于对称结构的喜爱在生活中随处可见。在光学设计中也同样喜爱对称形式。对称接口可以完美的消除或减弱像差。但有时候非对称也有自己独特的魅力。
天塞镜头采用了四片三组式，其最大的特点是大反差和锐利，而且可以制作的非常小巧。由于上述优点，天塞镜头多用于风光拍摄。该镜头除了上述优点外，也有很多不可克服的缺点。如其很难制作大于F2.8光圈的镜头，非对称结构难以控制像差。
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3.双高斯镜头
1817年德国数学家、天文学家高斯，为了解决哥廷根天文台观测望远镜的像差问题，发明了高斯结构。1888年克拉克发现了用两对高斯结构背对背，也可以成为一种有用的镜头，这种结构就是双高斯。
双高斯的优点是以做到更小的f/#，更大的视场；缺点是在原始版本分辨率不佳。到现在为止，双高斯结构依然活跃在各个厂家的镜头之中。
4. Cooke T.I.let镜头
1893年，就职于库克公司的丹尼斯???·???泰洛设计了一款三片式的镜头，命名为库克三片式镜头。最初泰洛的想法是消除场曲的影响，把同等焦距的单凸透镜和单凹透镜紧靠一起，光焦度为零，场曲也是零。但是零光焦度的元件对系统没意义，场曲与透镜间距无关，因此把这两片原来紧靠在一起的透镜拉开，场曲仍旧是零，但光焦度表现为正数。
这样虽然减小了场曲，但是也引入了其他的像差，为了进一步改善成像质量，泰洛将凸透镜一分为二，放置在凹透镜的两边，形成一种对称的结构，从而形成了最初的库克三片式镜头。
早期由三片分离透镜构成的库克镜头，其光阑位于透镜之间，现在通常将光阑放在透镜后，以减少色差，但是这样的做法也给系统带来了较大的轴外球差。为了减少球差，通常采用在像面前增加一个遮光阑的方法，这样做虽然中心部分成像质量有所提高，但是像面面积减小，边缘部分亮度低，也就是所说的暗角现象。虽然库克镜头存在一定的缺陷，简单的装配、简洁的结构。锐利的中心和暗化的边缘，成为了一种独特的艺术氛围。
5.远摄镜头
远摄镜头大约在19世纪80年代由英国人和德国人同时发明。其中“远摄”的定义并非“长焦距”，而是“镜头的物理长度短于其焦距”。远摄同时还是一种镜头设计类型。所有的远摄镜头都有相同的关键结构：前组正镜组（凸镜），和后组负镜组（凹镜）。
优点正如其名，缺点也很明显，远摄镜头天生就有枕形畸变，而且长焦镜头也很难做到大光圈。这些问题不是不能解决，但是需要大尺寸的前镜组，所以会导致镜头变得非常巨大。不过，对远摄结构设计来说，最重要的问题是纵向色差。后组负镜组会放大任何一种像差，尤其是纵向色差（不同色光会聚焦在不同位置上，导致图像模糊）。这就是为什么高质量的长焦镜头一般都至少有一片低色散镜片的原因。
6.倒置远射镜头
倒置远摄镜头最早出现在上世纪20年代，用于电影行业：因为镜头后方的棱镜占用了大量空间，彩色摄影机需要后焦点距离很长的镜头。所以倒置远摄镜头应运而出。
显而易见，倒置远摄镜头的设计，正是将远摄设计颠倒过来：前镜组采用负镜组，后镜组为正镜组。优点是允许焦距比后焦点距离更短。换句话说，后焦点距离大于20mm的镜头也可以做到20mm焦距（单反相机必备，无反光镜相机的后焦点可以小于20mm）。这种设计还提供了相对的大光圈和广视角，拥有最小的暗角，且很少有球面像差。缺点是：像场弯曲非常常见。焦点的远近会导致像差的变化，所以通常一支在无限远成像不错的镜头在近距离拍摄的质量就会变差，反之亦然。
广角镜头有多种像差，而且非常严重（彗差和横向色差，还有畸变），需要大量镜片进行校正。畸变通常很难校正（有人认为鱼眼镜头就是不校正畸变的大视角倒置远摄镜头）。
几乎所有现代镜头都是从6种基本镜头结构演化而来，而且这6种基本结构大多诞生于上世纪20年代前后。了解镜头的原始结构，不仅有助于我们在设计时选择合适的初始结构，还有助于我们利用这些“缺点”设计出更好的镜头。
文章来源：光虎视觉
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