也来聊聊镜头的那些事儿

最近本站两篇关于镜头的文章很火热，我就也来凑个热闹。当然，除了不要脸地追热点外，也本着勘误与共同交流的目的，撰写此文。

再当然，我也不是什么神人圣人，谈不上什么老师，如果有错误，还请大家评论区指出，不要手下留情，也方便观看的小白们，解决困惑。

最后强调一下，本文目的在于互相讨论。我希望评论区大家保持基本克制。

镜头的功能

尽管现代数码相机的机身很贵，但是其作用还是约等于一块可以重复使用的胶片以及包含了大量电子控制功能的黑匣子。至今镜头都是负责成像的最主要元件。甚至我们可以认为这个最主要元件决定了90%的画质。

镜头的功能，即是成像。但所有人都知道，这个世界上的镜头大多数时候只能在限定的范围内发挥作用。而细分到现代摄影这个分类下，镜头到底提供了什么功能？

本质上说镜头其实就是个凸透镜。

其实就是这么简单一回事。那有人不禁要问，为什么不在感光元件前面只放置一片凸透镜呢？

当然是可以的，但大量无法修正的相差会让你崩溃。此外，单片式镜头的光圈环和对焦机构也难以设定。

所以严格到现代摄影里，镜头除了负责成像之外，还有如下几个重要的机械功能：

1. 可以对焦，即在焦距不变的情况下，有一组镜片可以前后移动，达到改变镜头光心相对成像平面位移的目的。

2. 在1的基础上，部分镜头内会安排电动马达以驱动对焦时移动的镜组，配合机身的控制指令，达到自动对焦的目的。

3. 可以改变光圈大小，即可以在镜头内部设置一个光圈环，通过人为的设定，可以控制进光量。

4. 联动测光，对于绝大多数的现代相机，其测光方式都采用TTL（镜后测光，可以有效避免T/F换算带来的曝光误差）。这也就意味着在取景与测光时，光圈应当全开，在拍摄时光圈收缩到设定值，在拍摄完毕后回到预设值。

5. 变焦功能（可选），即改变镜头的结构，使得镜头的焦距发生变化。

6. 镜间快门（可选），对于部分相机（特别是大/中画幅），镜头也应当集成快门组件。

基本上，现代镜头在机械上的作用就是这6点，而之所以会变成大家现在看到的样子以及大家能接受的价格，其实都是技术和成本不断妥协，相互进步的结果。

光圈

说到镜头，最值得大书特书的，自然就是光圈机构。

光圈是这样一个机构：它负责控制进光量的大小。设计光圈最初的目的并非是控制景深，而是为了应付不同光线下的曝光需要。早期镜头的光圈都很小，彼时F5.6甚至可以被称作“快速镜头”（当然，这也和当时的镜头大多针对大幅面开发有关，F5.6在大幅面下确实已经属于快速镜头。），即便在那时候，在感光材料的速度也很低的情况下，我们仍然需要控制光圈来获得合适的曝光数值，毕竟那时候快门的时间范围也不大。

光圈本质上是一个阻挡光的栅栏，当这个栅栏全开的时候，就有最大光圈值，以F计算。其大小是入瞳径与焦距的比值。换句话说，50/2即意味着50mm焦距，入瞳径25mm，大致上是指只保留光栅和光栅前面镜组时，通光的口径。

说到这里你就很好理解为什么长焦大光圈镜头往往拥有惊人的镜片体积了吧？因为如果保持光圈大小不动，焦距每增大一倍，镜头的入瞳直径也需要放大一倍。200/2的话足足有10cm。

恐怖的EF200/2L，前组口径是128mm，“不得已”地使用了内置的插片式滤镜。

通过确定的焦距和光圈，我们可以很快地换算出入瞳径，然后再利用S=Pi R^2的方式就可以得到其孔径的大小。于是乎现代摄影对于光圈级数的划分就很清晰了——每1.414倍便是升高或降低一级。直径扩大至根号2倍，面积扩大至2倍。

但是又说到另一件事，想必大家都见过这么个头：

Minolta STF 135mm F2.8/T4.5

这里的T4.5是什么意思？

T制也是一种光圈标识方法。与简单的计算入瞳径不同的是，T计算的是实际的通光量。换言之，T制光圈都是会小于F制光圈的，原因就是——人类仍未发明一种完全不会阻挡光线反射的玻璃。

在镜头设计的早期，镜头不会很复杂的原因也恰恰如此——彼时人类尚没有完全掌握给玻璃镀膜的技术，那时候的光学玻璃虽然透光率还不错，但反射也挺惊人的，当镜头内镜片一多，便会互相反射光线，严重降低成像质量的同时，还会使得F制光圈与实际的通光量间偏差巨大。（要知道那时候很多相机并没有采用镜后测光，大多数测光组件都独立在相机顶部或干脆使用独立的测光表。）

大家跑到DxO上看镜头跑分的时候，也会发现DxO上把通光率作为一个关键性能指标标注在镜头得分上。那就是因为如果通光率低的话，镜头间的互相反射势必会造成炫光、鬼影、反差降低等情况。人类发现给镜头镀膜就可以有效抑制入射光线反射的情况。当然了，你的眼镜片上也用上了这个技术。

而镀膜呢，各家也都是有看家本领，Zeiss的T*（这个据说真的最早应用在狙击枪的瞄准镜上，战争真不愧第一技术推动力），Nikon的纳米结晶镀膜，Pentax的SMC，禄来的HFT都是令人津津乐道的Label。不过说白了镀膜本质上还是一种“补救技术”，而且某些镀膜的成本想必并不低，比如Canon的SWC亚波长结构镀膜。

聊完了T/F，我们会发现，大多数现代摄影镜头根本不标注T制光圈，主要是因为：

1. 现代相机基本采用TTL测光，F制多为整数，反而更好计算。

2. F制虽然没法准确标注进光量，但是却可以准确描述景深。

3. 大多数情况下，T制光圈只是略小于F制光圈，无需可以考虑，除了一些特殊设计的镜头外（如使用了STF变迹滤镜的STF135）

光圈与景深的关系

说完了光圈，就要提出一个很有趣的话题。光圈与景深的关系。

虽然说白了就是光圈数值越小，光圈越大，景深越浅这么个简单的关系。但是想搞明白，还是要说复杂一点，先来看看这个景深是如何形成的。

前文已经说了，其实对焦的核心是移动这个镜头。而大家想必都知道一个东西，叫超焦距。

Leica 50/0.95“夜神”

这枚Leica 50/0.95由于其突破天际的0.95光圈和高昂的售价，被网友戏称为夜神。对焦标尺就是对焦环上那串跟着对焦标尺一起移动的两排数字。上面写着英尺，下面写着米，扭到哪里，就是指焦平面中心距离镜头前组有多远。

拧到最远的位置都会标注“∞”，这个标记指的就是，焦点在无限远处。听起来很扯，对吧？

利用下面的景深标尺，我们可以很容易地做到“特定距离内清晰”的控制。比如还是针对这个50/0.95，把光圈拧到F16,再将下面右边的F16那条线对准无限大，左边F16所指的距离便是从左边这里到无限远处的景物全部在焦深内，都是清晰的。

在自动对焦技术以及单反结构下，这个东西看起来没什么卵用，但是一旦使用双反，甚至是附加取景器的相机时，这个东西就很有用了。

不过说了这么多，还没解释为什么景深会跟光圈有关系啊？

这个图其实就可以很好地说明这个问题，而什么是允许弥散圆直径？

弥散圆，将其理解为“在特定画幅下，不会被认为是模糊，而会被认为是清晰画面的极限值”就好了。

弥散圆是通过公式计算得到的。这关系到底片的大小、你会将底片放大多少以及你会在多远的距离观察这个照片。

那么接下来，我们将讨论一个困惑大家许久的问题，等效焦距，等效光圈，等效景深等等“等效”。

“等效”

在讨论这个问题前，我们需要搞明白一个道理：景深和虚化效果并不是一回事。

虽然这么说很难理解，但是必须确定这个问题：景深浅不代表虚化效果强。为了说明这个问题，我们再找一个景深标尺来看。

在这个同样是Leica生产的135mm镜头上，我们发现景深标尺在极限前一档上变成了20m，之前则是10m。如果你有兴趣的话，你会发现其实很多镜头的景深标尺并不一样，但总的来说，焦距越长，这个景深标尺的长度就越长，而最大的对焦距离就会越远。

而根据大家都知道的道理，焦距越长，视角越小。那么问题随之而来。大家都知道如果在被摄体距镜头前组距离一样，F光圈大小一样，焦距变大的情况下，虚化效果会变强——

那么，假设我们的构图不做变化，在光圈一致和焦距变大的情况下，虚化效果到底孰强孰弱？

如果构图不发生变化，因为长焦镜头的视角小于短焦镜头，势必会造成对焦距离变大。

视角关系图

做个简单的算术好了——当然如果你觉得复杂，你可以拉下去看结论，结论我黑体了。

使用50mm标准镜头（即46度视角）拍摄一个2米的被摄体并且沾满画幅的对角线，那么我们需要距离这个被摄体多远？利用初中级别的三角函数，我们知道对焦距离等于2×cot（46/2）=4.7117m

此时如果这个镜头是F2的话，根据景深公式，我们可以算出来景深大概是1.07m。

那我换用一支200mm的镜头，就需要距被摄体2×cot（12/2）=19.0287m，如果这是一支可怕的200/2，那么景深是1.08m。

你没看错，景深几乎没什么变化。

景深计算公式，无聊的话可以自己算着玩

那有人要说，我觉得200的虚化明显强于50啊。对的，这个感觉非常正确，那是因为，视角小导致无限远处的背景信息量严重变少，而且更关键的一点在于，在200mm镜头下，被摄体距后背景的距离被拉大了。

虽然这么说难以理解，但是必须要指出的是，虽然景深差不多，但焦距拉长会使得“透视”发生变化。

在这里，透视使得同样焦平面内的构图是一致的，但是焦平面外的构图却发生了变化——背景中杂乱的东西变少了，从而“显得”虚化更强了。此外，被摄体也离背景更远了。

从入瞳径的角度上来说，使用200/2的入瞳径是50/2的四倍。

在了解完这些信息后，不免有人怀疑起来，那镜头上的焦距这个信息是什么意思呢？答案自然是如果将镜头视作一个凸透镜，这枚镜头相当的凸透镜的焦距。这个对于固定的凸透镜来说是固定的——不管它装在什么相机上。

而“等效焦距”这个算法是怎么来的呢？

相机发展了一两百年，自然感光材料的大小从一开始到现在都并非只有一种规格。假设镜头所成的像足够大，理论上任何焦距的镜头都可以拍超广——但实际上是如果所成的像超出了底片的范围，也就成了多余的东西。

在漫长的历史发展中，36x24mm的135底片成为了当之无愧的主流。在这里，等效焦距，指的就是假设视角不变的情况下，如果想在135相机上得到一样的视角，需要使用什么样的镜头。由于镜头所成的像基本上都是圆的，我们把焦距等于底片对角线长度（恰好等于成像圈的直径）的镜头称之为标准镜头。所以你很容易就能得到如下的数据：

135相机下的标准镜头是43.267mm，而到了645相机，则就变成了75mm，到了66相机，就成了84.853mm，到了偌大的8x10相机下，就成了325.279mm。

这些焦距的镜头分别用在各自系统上，所得到的视角是一致的，由此人们就把这些同样视角的镜头的焦距的比值计算出来，得到一个叫转换系数的东西。方便大家去估算——比如一个645摄影师拿着150mm的镜头拍到的东西，我差不多需要一支100mm就可以在135相机上实现了。

然后，除此之外，再无它用——当然为了你计算方便，你也可以拿去代用。

“等效光圈”

这是一种很不负责的计算法，简单地说，大家试图通过“如果我使用其他画幅的相机想得到135相机一样的虚化效果时，需要在转换焦距后扩大或缩小多少光圈呢？

首先继续把刚才那个公式拖出来：

景深计算公式，无聊的话可以自己算着玩

这里比较特殊的就是允许弥散圆直径。物距、焦距、光圈值这些都很直观，那弥散圆直径在不同幅面大小的相机上是否一样的？很遗憾，不一样。

简单地说，画幅的面积每缩小一倍，那么允许弥散圆直径也就要缩小一倍——从上面的公式可以看出，弥散圆直径直接是分子的乘积因数——所以就有了等效光圈一说。

所以结论也就很明显了，以M43为例：

1. 相对于M43相机，135相机如果使用完全一样的镜头，那么会因为构图改变导致对焦距离大大增加而导致景深变大的同时使被摄体更接近背景，从而使虚化效果严重下降。

2. 假设135相机的镜头焦距为2f，而M43相机使用f焦距的镜头拍摄同一物体时，M43相机则会因为被摄体更接近背景以及允许弥散圆直径变小两个原因导致虚化效果严重下降。

3. 在满足结论2的情况下，M43相机的镜头光圈如果2倍于135相机，也仅仅是"可能达到同等水平”。

不过必须重申一点：摄影不是玩虚化。但是如果你特别喜欢拼虚化，那么135全画幅是目前最经济的选择——等那块4433便宜了再说吧。

镜头结构解疑

是蔡司眼花缭乱的命名方式让人们接触到了镜头结构这种说法。一般的摄影爱好者其实无需关注镜头结构即可拍出好照片，但谁叫Zeiss鸡贼地标注了呢？

值得指出的是，蔡司自己也天天乌龙：

Biotar和Planar到底是不是一个结构？Tessar和Planar到底有什么区别？Vario-Tessar和Vario-Sonnar是一个结构吗？Distagon和Hologon以及Biogon之间到底什么关系？

这恐怕是所有蔡司玩家都不太清楚的问题。

简单地说，现代摄影中所用的镜头，大致都是以下四种结构中的一种：

1. 双高斯

2. 柯克型

3. 望远型

4. 反望远型

这些镜头结构无一例外都是画质、造价、使用便利程度三者不断妥协得到的结果。它们互相有着属于自己的优点和适用范围，同时，也都有着属于自己的缺点。没有最好，只有最合适。

此外，在摄影器材的发展史上，Petzval结构和直线对称结构也是很重要的。但前者几乎不用在现代镜头上，后者则是后世很多结构的祖宗及原型，比如Rapid Rectilinear（直线对称）结构就是以下几种结构的原型：

直线对称镜头的演变

不管了——还是从最关键也是最常用的双高斯型开始聊吧。

双高斯型

双高斯型和高斯没什么关系，在蔡司，它被称作Planar。想看一个标准的Planar，只需要以Zeiss的50/1.4为例子即可。

Zeiss Classic ZE/ZF.2 50/1.4 Planar

双高斯型是现代大光圈快速摄影镜头的基础。基本上，你所见到的超大光圈镜头（最大光圈为1.2或更大）基本都是对称型结构的杰作。

这个结构的特点主要是：严重的涡流散景、一般的色散、较好控制的畸变。

同时，在单反结构上，双高斯型镜头有个死穴：不能制作焦距小于法兰距的镜头。

所以，所在系统的法兰距如果大于这支镜头的焦距，便一定不是对称结构。

而判断对称结构也很简单：你总能在镜头结构图中找到一个“中心”，它能够使得所有的镜片都以这点为内侧进行弯曲——就像这支标准的50/1.4。

在单反结构下，基本上你能见到的50mm，85mm都是Planar结构，少数的异类，包括Zeiss的猫头鹰Otus 55/1.4以及Sigma S50/1.4Art——它们采用反望远结构，这个我们下面再提。

著名的Biotar75/1.5（即涡流王大B）最初是“改动型”非严格对称的双高斯的标识法，到了现代，又回归使用了Planar，施耐德的什么Xenon都属于此类，参考下图的双高斯大家族：

后世采用双高斯结构的镜头

柯克型

柯克型本来没什么前途——这种最少是三片三组的镜头存在很多问题：边缘像差巨大，色散也不小。

但是柯克型镜头有个神奇的特性——当然我们需要先找个图来说明（现代镜头中几乎不生产结构简单的柯克镜头了，有的都是巨复杂的，先拿个老头做解说）：

柯克（Cooke）镜头结构最大的特点就是，只要你移动中间这片镜组的位置，整个镜头的焦距就会发生变化。

开不开心？意不意外？惊不惊喜？刺不刺激？

我跟你说这个Cooke，亦可赛艇

没错，市面上几乎所有的变焦镜头都是柯克结构的。

不信的话，随便找一个来看——未必能看得出来。原因就是市面上的变焦镜头往往设计都很复杂。

1959年的福伦达36-82/2.8就已经如此复杂。但你可以看出刨去中间变焦移动的部分，整个镜头依旧是一个三片式的柯克镜头。

惨不忍睹的EF-S 18-55/3.5-5.6

可以说变焦镜头的画质对比定焦的话显然羸弱不堪，但其便利的特性不得不让人去挖空心思开发这样的镜头。复杂、沉重、光圈小且画质差，但赢在方便——懒不愧第一生产力。

望远式镜头

又回到Zeiss的主场了，一般来说蔡司叫它Sonnar，或者加个Tele什么的。举例的话各家大炮都可以：

EF 300/4L（第一片镜片是保护片）

望远结构的特征是，会有一组充当“放大镜”的镜片。在这个镜头里，这个结构是第2，3，4片。

第2片镜片单独一组，是一个凸透镜，而3、4片镜片联合成为一个凹透镜。这相当于放大了镜头——然后后面的部分我们都很熟悉了，一个双高斯对称结构。

望远式结构的目的，是让镜头的焦距超过镜头实际的长度（听起来很可笑），但是，显然你没法接受你的镜头长达40cm或者更长。

这种结构的缺点什么的挺明显的，就是色散和桶状畸变，其实控制起来也简单，复消色差设计即可，所以你看见大多数的长焦镜头里都有什么APO设计或者ED镜片啊什么的。测试的时候色散也是重点，紫霞仙子你也不喜欢，对吧。

这支Milvus 135/2也是望远结构，第1、2、3片镜片构成凸透镜结构，接着4、5、6片组成凹透镜。剩下的7-11片镜片在第9-10镜片间为中心形成一个双高斯结构。

反望远结构

几乎一切都跟望远相反——最前组是个凹透镜，接着来个凸透镜，在最后是普通的双高斯结构。

Zeiss的Batis 25/2就是标准的反望远设计，也称之为逆焦式。

在单反上，几乎所有50mm以下的镜头都是这样的设计。而到了微单或者旁轴相机上，这个问题就变得不复存在——因为他们的法兰距够小，镜后距也会变小，所以Zeiss为旁轴设计的ZM镜头里，有一些称之为Biogon的广角头，其实是穿了马甲，进行改动的双高斯：

ZM Biogon T* 35/2

反望远结构的缺点也明显：分辨率差，像差大。笨重的同时光圈也做不大。单反阵营的广角基本很难打过以Leica为首的RF机群，主要还是因为旁轴机允许在广角段上用对称结构，而单反就不行。但不要紧，有种你上长焦啊！看我SLR血虐你。

当然这一段落大量基于文献材料等内容，如有纰漏在所难免。主要的参考来源包括Roger Cicala的Lens Genealogy一文、以及

现代镜头的选购

总算是聊到要买什么镜头了。其实我很久前谈过这个事。

你先买个标变多拍拍，看你自己用什么视角习惯，然后就追着入两支定焦就可以了。

根据常识，一支镜头够拍80%的题材，再补一支就是96%。嗯，如果有钱，再来一支就是99.2%的题材了。（当然纯属口胡）

其实大多数时候，敲定了机身，镜头的选择基本上也就不多了。站在2018年初的时点来看，最优秀的选择依旧是佳能的全画幅单反。不仅中高低档各类焦段一应俱全，副厂们都是你方唱罢我登场，没办法，保有量太大了，出手也方便。佳能的原厂35L，新85L都是非常强力的产品，真要说缺点就是50段原厂没啥好选择，整个S50A呗。

其次就是尼康，尼康这几年第一方产品确实不给力——好在这年头谁还不玩几个腾龙适马的。腾龙的sp720，sp90vc，sp35/45/85三兄弟其实表现都不错。而适马的话S35A S50A S85A S135A S24A这五小强也是炙手可热。

接下来就是索大的FE阵营。座拥最强的FE85，最有特色的FE55，最强玄学FE50/1.4ZA。比较心疼的是两支FE35都有点尴尬，而长焦方面FE720也是值得信赖。缺点就是真特娘的贵。转接就不多扯了，中一的50/0.95其实没有他们的85来得有意思。

XF很有意思，反正自家配全了，也没别的厂的事，完完全全的封闭作战，其实感觉挺不错，硬素质上其实没法和别家正面刚，既然买了XF就别折腾了。其实富士镜头方面还蛮良心的，XF90这样的头也没卖多贵，素质也还不错。但是可惜就可惜在装配水平似乎差其他家一点。

M43也挺好的，走了一条跟FF完全不同的路，松下和奥巴各有所长，在镜头方面奥巴的1.7，松下的1.4军团也都是无人能出其右，缺点还是没有副厂，AB的东西其实并不多，很多时候就是确定参数之后没什么太多可选择的余地。

然后聊聊Zeiss，众所周知，除了一些特别的产品，SLR上用的Zeiss基本都是Cosina代工且没有AF的产品了。不光如此，现产的福伦达也是Cosina代工。其实Cosina的产品素质还不错，比如ZF.2/ZE的135/2就给我留下过深刻印象（可惜已经停产，又Milvus系列接手）。而Leica我就不评论了，M50AA好想要啊（。

最后说说samyang，其实预算不足但是又特别口水某个特定规格，能接受MF的话SAMYANG其实挺好的。唯一的缺点大概就是不好出手，当然，Samyang的85和14真的菜。（不过那价格您就忍了吧）

硬素质不靠口碑看疗效

这是个追加环节。

其实镜头的成像效果，是有一套科学办法的，简单地说，就是MTF图。

MTF图这玩意很好用——具体的解读办法其实各大厂家都会给出说明：参考这里

至于色彩倾向，我觉得在数码机身时代，讨论这个的意义其实不是很大。

最后祝愿大家都可以买到趁手的好镜头拍出好照片。