大光圈鏡頭是各家廠商投入光學知識的心血結晶，到底它有什麼魅力和秘密呢？ Wayne Chiu 特別以詳盡的光學資訊，以及豐富的實拍照片與各位徠卡迷朋友分享！

緣起

1925年，Leitz的Oscar Barnack開創了小型35mm相機的穩固地位，並且選擇了24mm ×36mm規格的捲裝電影膠捲底片。小型35mm相機的鏡頭研發就此開始展開序幕！在當時最成熟、主流的設計便是3群4片的TESSAR設計。LEICA的設計則稱為ELMAR。當時LEICA的設計大師Max Berek在1925年創造知名的Elmar 50mm/3.5固定式鏡頭，與ZEISS TESSAR不同的是光圈葉片在凹鏡的前面。令人驚奇的是，在相同的鏡片限制下，以現代的高速電腦運算當時的ELMAR（或TESSAR）的設計，光學改善的情況是很有限的，可見這個設計在創造當初就已經到達極為完美的境界了。

1932年，ZEISS以CONTAX相機機身以及TESSAR鏡頭加入了小型相機的戰團。在當時，TESSAR（ELMAR）的起始光圈是f/3.5，已屬那時期的明亮水準，TESSAR是一款相當優秀的設計（1902年誕生，到2002年剛好滿100週年），設計者Paul Rudolph在專利申請書上寫道：

TESSA為4片鏡片，從光圈前與後分為兩部份，前部由分離的正凸鏡與負凹鏡組合為一對，後部由凹鏡表面與凸鏡貼合為一對。每片鏡片都擔任著「負補正」或「正補負」的功能，此外，前部也擔任起負、而後部也擔任起正的功用，互相巧妙搭配，是一個球面像差，色像差和焦線差都加以矯正的鏡頭。

TESSAR雖比著名的Triplet設計還早發展，但是它亦可視為一種Triplet設計，完全符合Triplet設計所帶來的優點！Triple設計簡單的說，就是由「正-負-正」共三群鏡組，光學設計自由度為6，TESSAR 共有6個空氣接觸面，對攝影用所需要矯正的六種像差（球面像差、彗星像差、非點像差、像面彎曲、變形、色差）剛好一致，因此TESSAR可說是「麻雀雖小，五臟俱全」。在簡單的設計當中沒有多餘的鏡片，也完全能滿足於實用性的鏡頭設計，製造成本（鏡片數量與鏡頭體積）降低，難怪日本鏡頭廠商紛紛跟進仿製TESSAR 型式的鏡頭（LEICA ELMAR除外：因光圈葉片位置不同，因此另有專利），來完成自家當時C/P值最佳的鏡頭。

TESSAR的命名由來
1902年誕生的TESSAR，雖有「鷹眼」般解像銳利的稱譽，但是TESSAR並非鷹眼的意思。根據設計者Paul Rudolph的解釋，TESSAR是從希臘文的「4」轉變而來的，符合TESSAR原型鏡頭有四片的設計。

TESSAR經過不斷研發，將起始光圈推到f/2.8時，已到了極限。先前說過，TESSAR設計一開始就相當完美，最後能改善的，只有鏡片玻璃的材質而已。隨著玻璃廠商的所提供的玻璃種類增多，TESSAR 型式最進步的設計首推LEICA在1995年運用最先進的高折射率與低色散玻璃，並運用電腦重新計算得到最新一代的ELMARIT鏡頭。但是，終究它的光圈只能到達f/2.8。以現今的眼光來看，TESSAR設計的標準鏡頭所強調的，便是它的輕便性。當你覺得f/2.8的鏡頭速度夠用時，何需買SUMMILUX大光圈，花錢又折磨自己呢？

TESSAR的光學雖在光圈限制下停留在f/2.8，但其光圈2.8以後的素質也是不遑多讓。不知是否復古風也吹到攝影圈來了，日廠也開始推出採用現代化新玻璃材質的TESSAR鏡頭，最好的例子就是Nikon FM3A所搭配的新45mm f/2.8標準鏡。從設計諸元來看，這支鏡頭也屬新玻璃TESSAR的一類，各位看官您瞧，體積的嬌小正是它的優點呢！

無獨有偶的，富士最新高級輕便相機Klasse的鏡頭也是TESSAR型式，採用低色散與高折射率玻璃的新材質，當我們更了解了TESSAR，有興趣的讀者不妨找機會品評一番。當然幾年前Yashica也出了一款平價傻瓜機"Yashica T5"，所搭配的鏡頭也是TESSAR的，但光圈只有f3.5 T*而已囉，下圖是它拍的實際影像，各位不妨品味看看。

從f/2.0~f/1.4的進化！SONNAR vs. DOUBLE GAUβ

LEICA與CONTAX第一波中口徑TESSAR設計的鏡頭競逐戰之後，緊接著開戰的砲火威力更加凶猛。當年的底片感光度無法和現代的高感光度底片相比，因此這兩家光學大廠開始將重心注入到大光圈的標準鏡頭的開發。為了增大光圈提升快門速度，ZEISS選擇了SONNAR設計的路線（屬Triplet的後演化），而LEICA則將雙高斯設計（Double Gauβ）用在SUMMARON及SUMMARIT上。由於ZEISS-IKON在1926年併購了設計巨匠Bertele所屬的ENREMANN公司，因此SONNAR的創始人Bertele也就成了ZEISS的一員。Bertele將他的精力完全的投注在SONNAR的改良，不僅提供了光圈f/2的標準鏡產品，更為CONTAX的RF鏡頭產品線添增了SONNAR 50mm f/1.5。

CONTAX SONNAR 50mm f/1.5, 1931年推出

SONNAR的命名由來
鏡頭命名原則往往並非出於常理，即使是鏡頭玩家也不見得理解，以訛傳訛的情況常常使得錯誤的資訊廣為流傳。蔡司的 SONNAR 也是受害者之一。常常有人誤以為 SONNAR 是德文「太陽」（Sonne）之意，但實際上 SONNAR 這個命名來自於 ZEISS-IKON 工廠附近區域的名稱。

SONNAR設計成功之處有兩點，首先，Bertele將他早期的ERNOSTAR-SONNAR結構加入了第三片凸鏡，來貼合前後原本分離的兩片，以低折射玻璃材質代替空氣間隔（airspace）。此舉不僅將鏡面的反射光量有效降低，同時也加強了球面像差與彗星像差的補正，因此能將SONNAR推到光圈f/2的成就。接著，Bertele把鏡頭最後一群加以改良，SONNAR設計原本是單一片凸鏡，後改為兩片貼合（doublet）的而成為光圈f/2的SONNAR；最後改為三片貼合（triplet）的凸鏡群，巧妙地修正更多的球面像差，SONNAR的起始光圈也進一步推到f/1.5（如上圖所示）。

在連動測距相機盛行的時代，SONNAR跟雙高斯兩種設計，分據大口徑高速光圈設計的天平兩端，但當時還是由SONNAR小勝雙高斯。根據日本鏡頭評論家米倉昭仁的說法，理由是當年鍍膜技術尚未實用化，空氣接觸面較少的SONNAR通常容易得到比雙高斯還高的畫質。事實上，早在1896年，ZEISS的設計大師Paul Rudolph就已完成了經典的PLANAR（也是雙高斯設計），但一直被ZEISS擱置不用，原因就在於PLANAR的空氣接觸面太多，耀光明顯，甚至多到會降低約40%的入光量！這問題嚴重影響到光學畫質，難怪當年的設計人員一直不敢大膽採用這個「複雜」的設計。Rudolph自己也深知PLANAR的限制，所以後來又設計了比較簡單（只有4片）的TESSAR來配合當年的生產技術。

還記得Nikon是如何走紅的嗎？一群美國記者在日本買了Nikon的標準鏡帶到北韓參加韓戰（最有名的是鄧肯 [D. D. Duncon]），回來大為驚嘆Nikon鏡頭的銳利表現，Nikon當時所設計搭配在Nikon RF相機的鏡頭，就是仿造SONNAR的設計，可見其二次大戰後SONNAR「大光圈標準鏡」的顛峰地位！

但英雄也有恨生不逢時的時候。正當SONNAR標準鏡成為優秀的高速標準鏡代名詞時，35mm單眼（SLR）相機的興起，卻在無意間斷送了SONNAR標準鏡的未來。原因居然是SONNAR 50mm的鏡後焦距（Back Focal Distance或Flange Back Distance）太短！

單眼相機的反光鏡所需的空間，使得SONNAR的標準鏡頭無法用在單眼相機上。相同的SONNAR設計在SLR機身上可能要以85mm作為起始焦距才行。此後，SONNAR標準鏡漸漸地淡出標準鏡頭的市場。相反的，雙高斯設計的光明時代卻正要開始呢！雙高斯設計不僅適用於SLR，後來多層鍍膜的普及，以及新種玻璃材質（「超」高折射率玻璃）的開發，加上現代高速電腦輔助運算，一切的一切，似乎都是為了雙高斯設計鋪上歡迎的紅地毯。全球設計人員一致傾力研發更高性能、更高速光圈的雙高斯結構標準鏡鏡頭。

Ok，當故事演變到雙高斯所設計的大光圈標準鏡頭，不免讓我們回想一下雙高斯所帶來的優缺點。有關雙高斯簡單地成形來由，請自行參考「高斯與雙高斯設計的起源」一文。

SUMMICRON-M 50mm f/2.0

雙高斯設計本身有對稱優勢，對於非點像差或稱焦線差（astigmatism）、像場彎曲以及變形控制的像差就有著先天的優點。加上光圈前後兩端都各有一對消色差組合的Doublet（凸凹achromatic doublet），使得雙高斯設計更有利於色差補正。讓我們來看一下 LEICA 模範生 SUMMICRON 標準鏡頭的結構圖（詳右圖），就可了解其中央兩對消色差組合的樣子。

而雙高斯的缺點呢？其一我們之前談過，雙高斯的多面空氣接觸面容易產生反射耀光，但隨著多層鍍膜的進步，耀光不再是令設計人員困擾的問題。但是雙高斯有著真正需要克服的問題點，那就是彗星像差（Coma）！！此種像差長久以來一直以來困惱著設計人員，它在畫面上，光點會呈現一種由中央位置到周邊拖曳的掃把樣子。唯有縮小光圈，才能減少彗星像差。如果想要有一顆大光圈鏡頭，雙高斯設計很容易辦到，但要真正的高品質，可以從全開光圈彗星像差的修正效果來評斷，優秀的設計者都明白這一點。解決彗星像差的方式之一是使用超高折射率玻璃，或者是再增加雙高斯架構裡的鏡片數量、提高更多鏡片自由度以修正像差，再或者是利用非球面。

從LEICA於1949年成立玻璃實驗室，著手研究高折射率玻璃材質的過程中，我們就可以了解，想要得到一個高品質的SUMMICRON（光圈f2）的6片鏡片鏡頭，是要付出相當的心血的。這裡所指的「高品質」，就是要讓全開光圈（f/2.0）能夠抑制彗星像差，這種大光圈鏡頭才有意義。否則消費者不如買一支ELMARIT 50mm f/2.8的鏡頭還比較有道理。緊接著LEICA研發出折射率更高的玻璃種類，LEICA才有自信推出他們的SUMMILUX 50mm（光圈為f/1.4）更高速的鏡頭系列，鏡片數由6變成7片。到了1998年，LEICA更運用8片Double Gauss（Hybrid Type）在新款SUMMILUX-R 50mm f/1.4上。

從LEICA嚴謹的研發過程中，我們可以了解LEICA的價值觀：大光圈鏡頭不是將口徑放大就好（比賽誰光圈比較大是沒有用的），重點在於鏡頭的最大光圈必須是實用性的工作光圈，這樣才有資格將最大光圈標示在鏡頭上。以這樣的準則來看，許多並未抑制彗星像差的日本超大光圈鏡頭根本就是阿哩不雜搞噱頭的玩意（如某些光圈值標示為f/1.2或f/1.1或甚至是f/0.95的高速鏡頭）！當然，日本廠商也非吳下阿蒙，歐美國家有的，日本很快就有（仿造）；LEICA發明高折射率玻璃，過幾年日本也馬上跟進！

>>從ELMAR f/3.5 到 NOCTILUX f/1.0 的演化（下）