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变焦镜头如何诞生? 你所不知道的故事

  【IT168 评论】现在为相机配置一款变焦镜头似乎是理所当然的事,而选择定焦镜头反而显得另类。而在55年前,拍照的人只能使用定焦镜头,因为那时世界上第一款用于摄影的变焦镜头还没有问世。那么,到底是谁开创了变焦镜头的先河?很多人都以为,此君是美国的弗兰克·巴克博士,因为他是变焦镜头发明者,然而也有人并不认可这种说法。本文以变焦镜头的发明为引子,主要介绍“变焦镜头之父”弗兰克·巴克在美国的创业故事以及他与爱因斯坦的友谊。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


这是弗兰克·巴克的遗物之一,相框里有两张照片,上面的照片是巴克与爱因斯坦交谈时的留影,下面的照片是,1955年3月14日,巴克为爱因斯坦举行生日聚会——这也是爱因斯坦的最后一个生日

  谁发明了变焦镜头?

  多数史料显示,变焦镜头的发明者是被誉为“变焦镜头之父”(Father of The Zoom Lens)的弗兰克·巴克博士(Dr. Frank Gerhard Back),因为他在1959年为名为“Bessamatic”的福伦达135单反相机设计了Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头,这是世上最早的摄影用变焦镜头。在这款变焦镜头前口外侧,不仅有福伦达的德文名称“Voigtl?nder”,还有弗兰克·巴克的注册公司名称“Zoomar”(祖马尔)。除了福伦达变焦镜头上一直使用“Zoomar”标志外,其他品牌的变焦镜头上通常会有“Zoom”(变焦)标志,因此很多人推测,“Zoom”一词就来源于“Zoomar”,是后者的缩写。

  不过,英国学者尼克·豪尔(Nick Hall)在他的《变焦镜头的历史》一文中阐述:弗兰克·巴克并不是变焦镜头的发明者,“Zoom”一词也并非来自于弗兰克·巴克的公司名称“Zoomar”。

  查英汉词典可知,“Zoom”一词有“嗡嗡作响”、“急速上升”以及“变焦”等几种解释。那么,摄影镜头的“变焦”之意,到底是从“嗡嗡作响”和“急速上升”引申而来,还是弗兰克·巴克的“Zoomar”缩写呢?

  英国皇家学会档案记载,早在法国人达盖尔(Louis Jacques Mand Daguerre)的摄影术公布之前,英国数学家彼得·巴洛(Peter Barlow)就向英国皇家学会提出了“变焦”望远镜的构想。巴洛先生的设想是:在伸缩式望远镜的目镜组内加上一块负透镜,使加长的透镜可以调节,从而能够以任意的比例改变其放大倍数,甚至“无须使透镜离开眼睛或使视线离开所观察的目标”。

  到了1850年代,意大利人伊戈纳吉奥(Ignazio)就制作出“巴洛式”望远镜,并用之研究日食。后来一些人根据巴洛的构想不断尝试设计能“变焦”的镜头。19世纪末20世纪初,美国光学家查尔斯·艾伦(Clile C. Allen)的实验终于有了成果,他因此还在1902年获得了变焦镜头的发明专利。艾伦在两片固定镜片之间加入一块活动镜片。使用时,当活动镜片远离前镜片时,会使焦距缩短;相反,当向另一方向移动时就使焦距增大。在最短和最长的位置上,影像可以得到“补偿”,即焦点保持相同。在中间位置时,焦点虽有所偏移,但是,只要使用较小的光圈,这种偏移还是可以接受的。

  在德国有人说,世界上最早成型并得到应用的变焦镜头,是德国光学家赫尔穆特·纽曼(Helmut Newman)于1932年为西门子公司16毫米电影机设计的25-80mm f/2.8镜头。

  不过英国人却认为,赫尔穆特的变焦镜头只是传说,无从可考,1932年,英国的泰勒-霍普森(Taylor & Hobson)公司从英国库克(Cooke)公司定制了一款变焦镜头,这才是世界上最早实用化的变焦镜头。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


这是美国光学家查尔斯·艾伦在1902获得变焦镜头发明专利的图纸。(图片来尼克·豪尔的个人网站)

  美国人既不同意德国人的说法,也不认可英国人的观点。美国人说,美国贝尔-豪威尔公司(Bell & Howell)的电影机也在1932年用上了一款Cooke Varo 40-120mm变焦镜头,但这些都不是最早的变焦镜头,因为早在1920年代,约瑟夫·沃克(Joseph B. Walker)就为派拉蒙影业开发出变焦镜头。其确切证据就是:美国电影史上首位艳星克拉拉·鲍(Clara Bow)主演的电影《It》,就有了变焦镜头的推拉效果,这部电影公映于1927年。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


这是一个简单的变焦镜头光学结构示意图,它采用了光学补偿法以校正焦点漂移。L1和L3是前、后两块凸透镜,其中的L3是固定的。当中间的凹透镜L2从前往后移动产生变焦效果时,凸透镜L1也向前、向后做一个抛物线运动。(图片来自维基百科)

  无论谁是谁非,变焦镜头于1930年前后开始进入实用阶段却是事实。不过,在当时的技术条件下,变焦镜头的生产成本很高且光学质量远低于定焦镜头。另外,变焦镜头的镜片数量比定焦镜头多得多,在缺乏镀膜的情况下,由多达十余枚镜片组成的变焦镜头反光率很高而透光率很低。因此,早期的变焦镜头实际使用效果很差。不久,第二次世界大战爆发,上述变焦镜头的实践也随之灰飞烟灭。

  变焦镜头时代的真正开启,发生于第二次世界大战结束后,也就是电视开始兴盛时代。此时从奥地利移民到美国的弗兰克·巴克看到电视的广阔前景后,放弃了自己正在主攻的内窥镜技术研究,专心为美国广播公司开发变焦镜头。弗兰克·巴克对自己的镜头“变焦”理想颇为得意,他将英文单词“Zoom”后面加上“ar”,为他设计的变焦镜头(包括公司名称)起名为“Zoomar”,从而将英文“Zoom”一词的“急速上升”原意引申为“镜头之变焦”。后来,祖马尔公司也生产定焦镜头、折反镜头以及其他光学产品,不过所有的产品都叫“Zoomar”。

  弗兰克·巴克发明的第一款变焦镜头是Zoomar Variofocal 17-53mm f/2.9,他后来将其发展成“17-53mm+35-106mm”变焦镜头套装,并申请了专利。1946年,在派拉蒙影业拍摄的新闻短片中,弗兰克·巴克的变焦镜头得到了应用。不过,“Zoomar”镜头真正扬名发生在1947年。是年,美国广播公司在棒球和美式橄榄球的电视转播中,一些画面采用了变焦镜头的“推拉”效果,让观众觉得特别新鲜。随着电视在全球的普及以及美国文化对西欧和东洋的“入侵”,祖马尔公司生产的变焦镜头逐渐引起更广范围的关注。

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纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


被誉为“变焦镜头之父”的弗兰克·巴克全名是“Frank Gerhard Back”(弗兰克·杰哈德·巴克),或简称“Frank G. Back”。他生于1902年8月25日,卒于1983年7月6日。由于他出生于德语国家奥地利,因此他的姓氏“Back”按照德文发音应该读作“巴克”,而不是英文的读音“拜克”。此图是加拿大人像摄影大师尤素福·卡什专门为弗兰克·巴克拍摄的名人肖像。为了突出“变焦镜头之父”这一身份,卡什特意将弗兰克·巴克发明的Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头以及一款电视变焦镜头用作道具。(图片来自谷歌网)

  1958年,联邦德国的福伦达公司在开发自家第一款单反相机Bessamatic时,希望为它生产一款能够变焦的镜头,公司方面想到了美国的弗兰克·巴克博士。这个时候,镜头的镀膜技术已经较为成熟,镀膜后的镜片反光率已经大幅度降低—尽管当时还是单层镀膜—这为变焦镜头明显改善整体透光性能提供了可能。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


这是弗兰克·巴克为福伦达Bessamatic单反相机设计的Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头,前镜片非常大,滤镜口径为95mm。这是世界上第一款摄影用的变焦镜头,除了福伦达Bessamatic 135单反相机的DKL接口外,该镜头还有少量蔡司·伊康Icarex 135单反相机的BM版本以及爱克山泰135单反相机版本。(图片由北京祥升行相机博物馆提供)

  弗兰克·巴克根据福伦达公司的要求,设计出了一款变焦范围是36-82mm、光圈为恒定f/2.8的变焦镜头。在镜头11组14片的光学结构中,专门有一组镜片用来补偿变焦所造成的焦点偏移(光学补偿法)。这款镜头最终委托给德国慕尼黑的海因茨·基尔菲特(Heinz Kilfitt)光学工厂代工,并于1959年实现量产。这是世界上第一款摄影用的变焦镜头,全称是“Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8”。“Zoomar”在这里既代表了祖马尔公司,也表示它是一款变焦镜头。1980年代之后,威达、图丽、秀丽等厂商代工了几款福伦达品牌且含有“Zoomar”标志的镜头,如Voigtlander Apo-Zoomar 28-210mm f/4.2-6.5 VMV、Voigtlander Color-Zoomar MC 35-135mm f/4-4.5 Macro、Voigtlander Color-Zoomar MC 80-200mm f/4,不过这几款镜头的“Zoomar”仅仅代表“变焦”之意,实际与弗兰克·巴克的祖马尔公司无关。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头的产品说明书(图片来自易贝网)

  除了得到祖马尔公司授权的福伦达公司外,其他公司开发出变焦镜头后自然不能使用弗兰克·巴克已经注册的“Zoomar”来表示变焦,于是就直接用英文单词“Zoom”表示“变焦”。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克?巴克博士


Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头的变焦原理图(图片来自维基百科)

  虽说彼得·巴洛、查尔斯·艾伦等人对于变焦镜头的探索与实践都比弗兰克·巴克早得多,但是他们的知名度和影响力有限,并没有得到“变焦镜头之父”的美称。在中外摄影正史和野史上,“变焦镜头之父”的头冠还是实实在在地落在了弗兰克·巴克的脑袋上。

  无论英国的尼克·豪尔,又或是其他严肃的学者,想法设法搬掉这顶头冠最终都无可奈何,谁让摄影发烧友人多势众呢!正是因为弗兰克·巴克为照相机镜头的“变焦”开了先河,从此才有了尼康、佳能、宾得、美能达、适马等厂家诸多经典变焦镜头的问世。

纪念“变焦镜头之父”弗兰克巴克博士

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