本文目录
一、引言（Introduction）
变焦镜头的历史可以追溯到1902年，此时的研究人员就已经了解到具有可移动元件的镜头系统的设计可能性。但是变焦镜头对于当时的技术而言，光学和机械上的复杂性相当高，直到整整一代人之后，正式商业化的变焦光学系统才在市场上推出。
熟悉相机镜头的朋友们可能知道，35mm-70mm是日常生活中最常用的焦距。世界上第一个135胶片相机的变焦镜头是在1960年左右被发明的，焦距范围从36到82毫米（美国专利2454686）。
虽然早期的变焦镜头与固定焦距镜头相比，成像质量还有明显的差距。然而，随着Zoom-Nikkor 1:3.5/43-86 mm的推出，这种情况开始发生改变。这款镜头成为了六十年代摄影师们的最爱。而在这一时期，德国徕卡公司对涉足变焦镜头设计持谨慎态度，尽管他们有一个专门的变焦镜头设计部门，但结果仅限于研究和原型。随着变焦镜头需求的增加，徕卡提供了来自Angenieux和Schneider等第三方厂商的产品作为替代选择。后来到了二十世纪七八十年代，徕卡与Minolta合作推出了以LEICA VARIO-ELMAR-R品牌的镜头，这进一步丰富了其镜头系列。
MINOLTA MD ZOOM ROKKOR 35-70mm 1:3.5
本文介绍的就是在这一双方合作时期推出的一款美能达品牌镜头，据说镜头采用的初始结构是徕卡提供的，美能达最先进行了量产，到了1983年，徕卡以相近的设计推出了LEICA VARIO-ELMAR-R 35-70 mm F/#3.5镜头作为自家产品。
LEICA VARIO-ELMAR-R 35-70 mm F/#3.5
我想介绍这个镜头的原因在于，我自己使用它拍摄过一些照片，效果非常令人满意。这个镜头小巧轻便，又能提供在常用焦段里比较大的光圈。我是在闲鱼上四百块钱收到的，属于该镜头的早期版本，五一期间我找了找美国专利，终于找到了这个镜头的具体设计参数。下图就是我手里的镜头实物。
2. 镜头设计概述（Lens Design Overview）
在对应的专利中，一共给出了四个实施例，其中最符合生产版本的是实施例4。
光学结构：从图例和参数中可以看到，这个光学系统是两组元变焦系统，只有一个变倍组和一个补偿组，透镜3的折射率为1.81，是一个高折射率材料，其他的材料都平平无奇。其中用到的所有透镜均为球面，这样的设计保证了生产制造成本较低。
焦距和光圈：镜头的实际焦距变化范围是36.0mm68.2mm，实际最大光圈为3.6，其中透镜组Ⅰ的焦距为-71.43mm，透镜组Ⅱ的焦距为41.97mm，两个镜组之间的间隔为0.86mm40.18mm。这是一个典型的变倍组为负，整组补偿的光学结构。
如果大家感兴趣，之后有时间的话我再写一篇文章介绍一下这样的光学结构是怎么计算和设计的，针对这个问题我自己编写过matlab小程序。
3. 技术细节（Technical Details）
根据专利中的图四和表四，我在商业光学设计软件中仿真了一下这个设计结果，由于专利中没有给出部分参数，例如孔径位置和各个透镜的有效口径，于是经过漫长的调试，我得出了一个在像散比较接近专利演示效果的前提下，成像质量相对较高的版本。必须说明的是，这个结果是我根据专利给的调出来的，和实际生产的版本有所出入也实属正常，如果再精细调调渐晕情况，应该有提升空间的，我时间有限就不做尝试，文章结尾我会把这个文件分享出来，大家有兴趣可以自行尝试。
上图中从上到下分别是68.2mm，50.0mm和36.2mm的状态，最后一片透镜和像面之间的虚拟表面是法兰面。我们可以先来看看最大光圈下传函的情况。
68.2mm
50.mm
36.2mm
视场中心处的成像质量较高，而广角端边缘视场相比中焦和长焦状态成像质量差一些，当然这个也可能是因为没有调整到最佳状态导致的。观察10线对和30线对的两条线，这样的成像质量对于胶片扫描来说已经完全够用了。虽然以现在的眼光来看，这样的的成像质量表现算不上好，但对于一个四十多年前的镜头来说，考虑到简单的光学结构，可以说设计上还是很值得学习的。
看点列图的话，整个系统的色差还是比较大的。
68.2mm
50.0mm
36.0mm
另外就是如果想要获得较好的成像质量，短焦和长焦边缘视场都具有比较大的渐晕，其中短焦状态下渐晕最严重，这和第一片透镜的口径限制有关。这种严重的渐晕在摄影圈子里就是所谓德味儿的一部分。
68.2mm
50.0mm
36.0mm
这个镜头的畸变控制的比较好，短焦状态下大约在2.7%，一般人眼还是很难看出来差异的。
68.2mm
50.0mm
36.0mm
4. 应用场景（Applications）
下面的前六张照片是我自己用该镜头搭配美能达X100胶片相机和柯达金200胶卷拍摄的，后两张应该是柯达ektar100或者柯达proimage100拍的，没有经过修改或调色。在晴天顺光下拍照色彩非常鲜艳，这个也和镀膜的光谱透过率有关。另外逆光拍摄的话，杂散光控制的不是很好，个人不太建议这样使用。
总的来说这个镜头既好玩又好用，闲鱼上成色一般的可能只要二百块，拿来转接微单相机应该也还不错。不知道有没有读者平时玩摄影，看看是不是真的有德味儿。
5. 一点点总结（Conclusion）
这款变焦镜头的设计结构以及其在摄影实践中的表现还是很有意思的。从光学结构到实际成像效果，我都花费了大量时间进行研究和测试。通过这篇文章，我希望能够与读者分享我的发现和经验，同时也鼓励大家对光学系统的设计和应用保持兴趣和探索精神。无论是作为摄影爱好者还是光学工程师，我们都可以从这些复杂而又令人着迷的技术中汲取灵感，创造出更加出色的作品和产品。
现在我们有了光学设计软件，丰富的光学材料，和先进的非球面加工制造技术，在这个初始结构的基础上应该很容易得到更好的设计结果，如果大家有兴趣，可以在公众号回复“美能达徕卡”，领取文中的仿真文件和原始专利文件。