• 导语：

最早的镜头仅由一片凸透镜组成，这种结构天生就有各种球差、色差、慧差等像差困扰，虽然人眼也是单凸透镜（晶状体）的结构——但人脑却有自动矫正光学像差的强大能力。

为了解决像差问题，后面便陆续出现了2组2片式的高斯结构镜头、胶合在一起的1组2片式消色差镜头、4组4片式的双高斯结构镜头。

往后随着光学设计的不断精进，诸如蔡司 Planar、Tessar、Sonnar 等多组多镜片镜头结构陆续都被设计了出来，而这些镜头结构和蔡司 APO 镜头等知识便是本篇将涉及之内容。

---

• 1，色散和复消色差镜头

自从17世纪牛顿通过三棱镜实验发现白光是由七色光组成的之后，不同波长色光拥有不同折射率的现象就开始被称为“色散”。

这时候如果一束光经过的是一面凸透镜，那么因为“色散”影响，就会出现不同波长色光聚焦在不同焦点处的“色差”现象——其中“轴向色差”可以通过收缩光圈来改善。

但轴外光线聚焦所产生“横向色差”，却无法通过收缩光圈来改善，所以为了综合解决色差问题，就得从光学设计方面下手了。

早期光学研究中能够用到的主要镜片材料，只有冕玻璃和火石玻璃这两种，而且后者还是前者通过添加氧化铅得到的。

相较于折射率低、色散小的冕玻璃而言，火石玻璃的特性非常有趣——其折射率高、色散大的特点和冕玻璃可谓完全相反了！火石玻璃也因此，经常被用来制作晶莹闪亮的“假水晶”。

既然如此，若采用冕玻璃制作凸透镜，再用火石玻璃制作凹透镜，最后将两者胶合在一起不就可以将色差给校正了吗？

这样当光经过这对镜片组合时，凸透镜完成聚焦后的低色散光束，便能被拥有折射率高色散大特性但曲率小的凹透镜反向弯折，最终在不影响整体聚焦能力的同时将色差抵消。

不过后来人们又发现这种消色差镜头并不完美，因为其只能消掉光谱两端的 C 光和 F 光，对于光谱中间的 D 光却无能为力——这就是在那个时代非常棘手的“二级光谱”问题。

其中，C 光、F 光分别对应波长为656.3nm的红光、486.1nm的蓝光，这两者的字母代号皆源自于氢发射谱线；至于 D 光，则是对应波长为587.6nm的黄光，其源自氦发射谱线。

这个二级光谱的大小几乎恒等于焦距的两千分之一，历史上人们一度认为这个问题是无解的！所幸天无绝人之路，在天然萤石的异常色散特性被发现后，胜利的曙光开始显现。

原来，萤石在蓝紫光波段有较高色散的同时，还在红光波段有异常低的色散特性！更有趣的是，萤石还拥有超低的整体色散水平——仅相当于低色散冕玻璃的一半左右！

最终在1886年，蔡司的科学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）首次将萤石应用于显微镜镜组中，并将这种能够针对两个以上波长之色光进行校正的，命名为 Apochromat（复消色差）。

---

• 2，Planar 和 Tessar 结构

蔡司公司的前身，是卡尔·蔡司（Carl Zeiss）先生于1846年创办之“精密机械和光学工作坊”，当时蔡司先生单枪匹马经营着这个小生意，亲自制作、维修、改进各种不同的仪器。

随着生意的蒸蒸日上，他开始雇佣首批员工并迁入较大的厂房，同时工厂所生产的简易显微镜为其带来了超预期的利润！后来正是显微镜这个业务，让他与恩斯特·阿贝有了深度合作。

阿贝博士最终在1877年成为了蔡司的合伙人，并于1886年聘请保罗·鲁道夫（Paul Rudolph）入职蔡司光学设计部，而鲁道夫博士正是百年经典 Planar 和 Tessar 镜头的发明人。

音译为“普拉纳”的 Planar 镜头诞生于1896年，当时鲁道夫博士在解决了双高斯结构之斜行光线入射像差问题后，又发现因此而衍生的色差问题，最终便有了全新的4组6片式结构。

而鲁道夫博士所采用的改善色差办法，就是上一节所详细阐述之“消色差”原理，即低色散凸透镜加高色散凹透镜的胶合效果。

同时，这种镜组结构还继承了“双高斯结构”的对称式设计优点，从而得以首次实现在大光圈时（f/4.5）非常好地校正多种像差——这正是其名 Planar 所蕴含的“像场平坦”之意。

有趣的是，双高斯结构本为“数学王子”高斯所发明的高斯结构之改版，而普拉纳结构又是双高斯结构的改版，可见早期数学家和物理学家（牛顿、阿贝）对于光学发展的推动作用。

可惜当时由于镀膜技术还没出现，所以这种多组多镜片结构会有严重的炫光鬼影问题，最终鲁道夫博士只能另辟蹊径，在1902年设计出了他最经典的作品——Tessar（天塞）结构。

Tessar 是由希腊词 tessares 衍生而来的，意思是“四个”，此意正对应了其4片式的光学玻璃组构；同时又因为其拥有相当锐利且高反差的成像，而被众多摄影师称为“蔡司鹰眼”。

---

• 3，Sonnar 结构

虽然 Planar 和 Tessar 结构都非常经典，但这两个结构的后续发展并非本篇重点，这俩杂合而成的 Sonnar（松纳）结构才是最后要详细说明的光学结构。

Sonnar 结构诞生于1930年，由蔡司的路德维希·贝尔特勒（Ludwig Bertele）博士研发设计，是一种镜片空气接触面少的3组6片式光学结构，其有效减少了杂散光且拥有超大光圈。

而这个结构的名称 Sonnar，则来源于德语的 Sonne（太阳）一词，以太阳所代表之最高亮度对应其高反差和超大光圈的特性，故非常适合用在长焦镜头上。

最初的首版 Sonnar 结构之前半部分来自于，Planar 结构前半部分的改版——多胶合了一片凸透镜，其后半部分则直接来源于 Tessar 结构的后半部分。

后面为了继续拓展镜头光圈而诞生的 Sonnar 改版，则是在后半部分多胶合了一片凹透镜从而演变为3组7片式，此后各种 Sonnar 镜头便是以这两种结构为基础而拓展的。

另外，作为两大经典光学结构结合体的 Sonnar 结构，其直接继承了 Planar 结构的像场平坦（几乎无畸变）特点，以及 Tessar 结构的成像锐利特点。

如上图所示，如今蔡司镜头中还有采用“改版Sonnar”设计理念的型号，只不过其前半部分因为蔡司T*镀膜的帮助，得以不再依赖镜头胶合来控制炫光。

这样 Sonnar 结构的优点就可总结为：具备出色的成像质量、卓越的锐度和大光圈，此外其如奶油般的虚化效果，还可进一步凸显拍摄主体。

那么蔡司专门为蓝厂所设计的，具备全新标准“Vario-Apo-Sonnar”之长焦镜头，其作为紧凑版镜头相较于相机端的 Sonnar 结构，具体有何联系呢？

实际上 Vario 这个英文前缀之前蔡司只会用在变焦镜头上，如今用在定焦设计的手机潜望镜头上，其实只是想强调在 APO 设计下，手机数码变焦成像质量已经有了质变式的提升！

实际的确如此，因为蔡司 APO 设计可以完美解决 Sonnar 结构大光圈特性所带来的色差问题，因此得以避免数码变焦过程中色差被放大而导致的解析力下降问题。

另外，X100 Pro 潜望镜头的镜组结构虽然没有胶合状态之镜片，但通过拆解却可以发现有两对凹凸镜片是紧贴在一起的“类胶合”状态，所以这就是精简版的4组6片式 Sonnar 结构。

---

• 总结：

能在手机那寸土寸金的机身内部，将蔡司的 Sonnar 结构、APO 设计、浮动镜组、T*镀膜等经典元素全部囊括在潜望镜组之内，着实是个不小的奇迹。

其中基于 Sonnar 结构的大光圈优点，以及 X100 Pro 所选择之OV64B的5000万像素裁切方案（放大等效系数），最终便获得了100mm的较长原生等效焦距和f/2.5的大光圈。

而 Sonnar 结构还有高反差的优点，同时在蔡司 APO 设计和T*镀膜的助攻下这个优点还被放大了！此外浮动镜组又带来了强对焦能力和微距功能。

结合其100mm原生等效焦距和长焦微距功能来看，这不就是手机版的“百微镜头”吗？若再加上100mm焦段的人像特写效果，这颗潜望的经典元素和功能 Buff 可谓直接堆满了！