變焦鏡頭的進化論

先有Zoom還是先有Vario focus?

Weifu Lin | 林渭富
獨眼龍の國
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26 min readJun 9, 2021

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美式漫畫中,ZOOM這個字經常被畫家用來表達速度感。繪製:Weifu Lin 背景使用123RF授權圖庫。

相機發展史中很多新創意、新設計並非一己之力無中生有,而是各地在不同時期累積眾人智慧,克服技術障礙而逐漸形成的發明,「可變焦距鏡頭」就是其中一例。這也是它有許多名字,像是:「Zoom lens」、「Varifocal lens」、「Vario focus lens」的原因。德國人還為它取了個諢名,叫「橡膠鏡頭」(Rubber lens)。

在進一步探究變焦鏡頭的姓名學與進化歷史之前,我們先為變焦鏡頭下一個定義。所謂的變焦鏡頭是指:

藉由移動一或多組鏡片,能沿著光軸中心持續改變焦距的光學裝置。

「Vario」出自拉丁文「varius」,意為「各式各樣的」(diverse, various, variegated)。至於「zoom」是一個英語世界中的擬聲詞,最早出現於1892年,作為動詞使用,意為「快速移動並發出聲音」。

一開始是組合套件

根據個人觀點不同,變焦鏡頭的「發明者」也不一樣,詳列出來很可能是一張很長的名單。可以是1960年代的皮耶・愛展能(Pierre Angénieux),也可以是1940年代的法蘭克・巴克(Frank G. Back),甚至19世紀初期遠早於達蓋爾銀版攝影術發明之前的英國數學家彼德・巴洛(Peter Barlow),也能算上一份功勞。

巴羅鏡(Barlow lens)的基本結構,具有消色差校正的效果,常用於望遠鏡頭的加倍鏡設計中。注意光路僅為示意,並非精確光路。繪圖:Weifu Lin

巴洛曾於1834年向英國皇家學會提交了一組新式光學設計,可使原有的天文望遠鏡頭在不改動原有狀態下變更焦距、提高倍率,而且還是消色差設計,相當於一種「加倍鏡」(converter)的概念。時至今日,用在天文望遠鏡、顯微鏡上的加倍鏡仍稱為「巴羅鏡」(Barlow lens)。

根據光學史權威學者京斯萊克(Rudolf Kingslake)的說法,1891年英國道邁(Dallmeyer)公司(坊間暱稱刀梅)推出「具有不同焦距的望遠鏡」,雖然每次使用都需要個別調整組件,並非真正的變焦鏡頭,但已經略具雛形。當時這種能拍攝不同焦距的長鏡頭,相當吸引攝影玩家的目光。

英國道邁(Dallmeyer)公司的望遠鏡及可變更焦距的套件(右)。圖片來源:《攝影鏡頭史》(A History of Photographic Lens),第135頁。

現代攝影圈使用的加倍鏡,也有兩種型態,一種是單純地提高倍率,另一種則成為鏡頭的構成模組。如:博士倫(Bausch & Lomb)、尼康(Nikon)大型相機片幅望遠鏡頭模組(Nikkor-T ED),與徠卡(LEICA)的望遠鏡頭模組都應用了類似概念,將加倍鏡「模組化」,由一隻主鏡搭配不同對焦模組,產生「多種焦距」的變化。

事實上,變焦鏡頭的設計概念,早期就是脫胎自望遠鏡頭及其變化型。

徠卡(LEICA)R系統的超望遠鏡頭模組(左);右為尼康(Nikon)大型相機片幅望遠鏡頭模組(Nikkor-T ED)。

時間回到1901年,美國發明家克萊爾・愛倫(Clile C. Allen)向美國專利局提出了一份光學鏡頭的專利申請,內容提及可在「……毋須移除或取代元件的前提下,改良鏡片組配置並改變鏡頭焦距……」,主要應用於立體放映機(Stereopticons)與其他類似的投影設備的鏡頭。

立體電影放映機雖然新奇,遺憾地是並未被當代大眾接受,此一「可以改變鏡頭焦距」的專利也鮮有人知。

早期的立體放映機使用的「可改變焦距的鏡頭」專利。1901年2月申請,1902年4月取得專利。美國專利編號US696788。圖片來源:美國專利局。

成為電影運鏡手法

但需求一直存在,此後不斷有人根據愛倫的基礎,改良可變焦距鏡頭的設計。1920年,派拉蒙影業(Paramount)攝影師約瑟夫・沃克(Joseph B. Walker)拍片時發現,他從電影攝影機的獨立觀景器(由負鏡組構成)的成像非常清晰銳利,聯想到:如果這樣的影像能聚焦在底片上的話,效果可能不錯。

福羅拉(Rolla T. Flora)在1927年申請的專利(US1790232A),不只變焦鏡頭裝置,還包括一整套電影拍攝設備。來源:Google Patent

將一組大型的負鏡組置於正鏡組之前,組成「逆望遠鏡式」(reversed telephoto)鏡頭,可以使視角擴大。他還發現,調整負鏡組到正鏡組的距離,還能改變底片上影像的倍率。這是一個很重要的發現,也影響了日後的設計發展。沃克稱之為「滑動鏡」(Traveling lens),在1929年申請專利。

當年ARRIFLEX還沒有問世,攝影師沒有反射式觀景器(reflex viewfinder),看不到即時畫面,為了監看,經常必須用另一套相同的變焦鏡頭來搭配使用,程序十分麻煩。電影界偏好「推」(dolly in)和「拉」(dolly out)的運鏡手法,普遍覺得「放大」(zoom in)或「縮小」(zoom out)的全新視覺體驗有點冒險 。

那麼,第一部採用變焦運鏡手法的電影,是沃克的發明嗎?

並不是。目前世人公認好萊塢第一部採用變焦縮放手法拍攝的影片片段,是1927年派拉蒙影業的浪漫求愛劇《攀上枝頭》(IT)片頭。但這部電影並非使用沃克的器材,而可能是採用了另一位派拉蒙同僚,名為福羅拉(Rolla T. Flora)登記的專利設備。福羅拉提出專利申請的時間早在沃克之前(1927年),文件提到:

……本發明旨在提供一可單獨操控的可變鏡頭系統,能在特定的焦平面提供短焦距、望遠、以及中間階段焦距成像……。

換言之,就是變焦鏡頭。事實上,從專利文件來看,專利涵蓋項目不只變焦鏡頭裝置,還包括一整套電影拍攝設備。遺憾的是這段近代發明史片段並不完整,許多細節尚待釐清,唯一可以確定的是:當年在電影圈中,嘗試改良鏡頭的人,可能不只沃克或福羅拉這兩位電影工作者。沃克繼續改良他的發明,增加了電動變焦裝置,這對後來興起的電視錄影棚轉播的影響反而更加深遠。

1927年的《攀上枝頭》(IT)片頭2:00處的鏡頭,被認為是第一個採用變焦手法拍攝的片段。

VARIO之名拔頭籌

電影業很快就發現變焦鏡頭的好處,特別是放映用鏡頭,像是德國布許(Busch)公司推出一種「Neo-Kino」投影鏡頭,因為有奇妙的放大效果,曾經短暫造成一股風潮。

京斯萊克指出,布許公司的漢姆特・諾曼(Helmut Naumann)接著在1931年申請註冊了號稱「第一隻具有真正變焦特性」的電影鏡頭:VARIO-GLAUKAR 25–80mm f/2.8。它適用於16mm小型片幅,搭載於西門子FII電影攝影機(Siemens FII 16mm Schmalfilkamera)上,他的根據可能是帝國專利局的DE597354專利。按:這個專家見解,有人持反對意見,認為VARIO-GLAUKAR 25–80mm f/2.8問世時間點可能並沒有那麼早。

布許(Busch)公司1931年的專利申請可能與VARIO-GLAUKAR 25–80mm f/2.8沒有直接關係。圖片來源:帝國專利局

然而,這款鏡頭在變焦過程中雖能保持焦點,鏡頭群組並非線性移動,機械構造複雜,因此產量不高(二戰爆發前一年,也只生產了44顆)。

巧的是,英國泰勒霍普森(Taylor-Hobson)(在美國則由貝靈巧〔Bell & Howell〕公司申請專利)也在1931年提出了另一個具有可變焦距特性的16mm小型片幅的電影拍攝系統,命名為「VARO」。

整套設備是一組體積龐大的鋁箱結構,其中裝著三個可移動的金屬鏡筒套件。設計者亞瑟・沃密斯翰(Arthur Warmisham)將一顆「完整的」大光圈雙高斯鏡頭放在兩組消色差負鏡組中間(前後各一組),形成一個簡單的「負 — 正 — 負」組合,透過複雜的曲軸分別控制三組鏡片移動來改變焦距(40–120mm f/3.5),並保持焦點。

早期的變焦鏡頭研發主力都是電影業者。變焦縮放畫面成為一種新的表現技法,但鏡頭光學素質未見提升。此外,16mm影片的成像圈也不足以涵蓋更大的35mm電影以及日後風行的135底片規格。

此時全球經濟陷入大蕭條,緊接著爆發第二次世界大戰,電影業遭遇嚴重打擊,變焦鏡頭的研發也隨之停滯。一直到二戰結束後,才開始進入另一個階段。至少我們知道一點:業界對於「可變焦距的光學裝置」的稱呼,「VARIO」比起「ZOOM」要早得多。

美國則由貝靈巧(Bell & Howell)公司的VARO 40–120mm f/3.5。整組裝備都裝在一個鋁箱中,要調整光圈必須透過一個專屬轉盤(如圖,位於雙高斯鏡頭組上方)來改變光圈大小。專利原圖的方向經過調整。來源:Google Patent

大蕭條後,ZOOMAR誕生

變焦鏡頭進入靜態攝影用領域的時間很晚,原因莫衷一是。《電影製作人IQ》(Filmmaker IQ)頻道主持人約翰・海斯(John P. Hess)認為,由於人眼察覺靜態細節的能力遠高於動態視覺,攝影用光學鏡頭素質要求比電影鏡頭要嚴苛得多;另一方面,除非有特殊意圖,否則電影畫面在變焦時必須全程準焦,但拍攝靜態照片時只需在按下快門釋放鈕前重新調焦即可。因此,設計「靜態照片、動態影片兩相宜」的變焦鏡頭是一大挑戰。

法蘭克・巴賀(Frank G. Back(Bach), 1902–1983)生於奧地利,1920年就讀維也納大學,主修機械但也研習光學,1931年獲得理學博士學位。在關鍵的1939年移民到美國,二戰期間為美國軍方設計了「可變焦距觀景器」。戰後繼續投入研究,並且創業成立公司,為電影業提供相關服務。

巴賀(他拼寫自己名字時不是用BACK,而是BACH)本身就是機械與光學領域的專家,戰時又累積了光學器材的設計經驗,他在1946年申請了可在電影以及大眾傳播電視使用的「可變焦距鏡頭」專利,並命名為「ZOOMAR」,1948年正式登錄。日後連公司也改名為ZOOMAR。有人認為ZOOM這個字來自於ZOOMAR,其實剛好相反。

從專利圖與現存的照片來看,初代ZOOMAR是一管長砲,焦距17–53mm,光圈f/2.9,長達59公分(24吋),前後鏡組都能視需要拆換,構造異常複雜,由五個群組、22枚鏡片構成。

ZOOMAR公司製造了兩種尺寸,分別用於16mm小型片幅和35mm片幅的電影攝影機上,使用時需要在鏡頭旁邊另外加裝一個同樣結構的觀景器,以及視差補償裝置,以事後孔明的眼光來看,這樣的操作頗為複雜。ZOOMAR的第一支變焦鏡頭安裝於美國巴爾的摩的WMAR TV電視台,只能在當時的黑白電視攝影機上使用。

法蘭克・巴克(Frank G. Back)的初代ZOOMAR,體積又長又大。圖片來源:Google Patent。

初代ZOOMAR雖然有對應35mm底片片幅的產品,但論體積、重量都極不實用。再加上當時主流多認為,攜帶多隻光學素質優良的「可交換定焦鏡頭」才是正道,甚至連小型片幅的電影拍攝機也跟風,認為只要使用轉盤(turret)切換鏡頭焦距再拍攝影片即可,這使得變焦鏡頭有很長一段時間只能存在於特定場合,像是好萊塢或者電視台攝影棚。

1949年,法國的光學機械學會-拜赫丘(SOM-Berthiot)的羅傑・居維利埃(Roger Cuvillier)也(或許帶點民族尊嚴競爭意味地)宣布推出了一款16mm小型片幅電影變焦鏡頭:Pan-Cinor 20–60mm f/2.8,日後陸續推出的變焦鏡頭產品在小型片幅電影全球市場銷售量超過10萬支。有人認為從居維利埃這款設計開始,才算是有了真正實用的電影變焦鏡頭。

法國的光學機械學會-拜赫丘(SOM-Berthiot)的Pan-Cinor 20–60mm f/2.8。圖片來源:Google Patent

另一家聲名卓著的法國大廠愛展能(P. Angénieux)當然更不甘示弱,在1961年推出了高倍率(8:1甚至10:1)的8mm以及16mm電影變焦鏡頭(在35mm電影底片則是25–250mm):

10倍變焦的愛展能(P. Angénieux)12–120mm f/2.2,16mm底片片幅,透過轉接M43(Micro Four Thirds system)會出現暗角。圖片來源:《攝影鏡頭史》(A History of Photographic Lens),第166頁。

業餘愛好者外出拍照時,總是不厭其煩地在背包中塞進各種長短鏡頭,到頭來這種作法,傷得最重的不是你的背肌就是你的荷包。於是這群攝影者又群起抱怨:我們為什麼沒有電影業界常用的變焦鏡頭?

你要拍照專用的變焦鏡頭?沒問題。只要把Super-8或16mm電影鏡頭的成像圈放大到能涵蓋135底片(35mm電影畫面的兩倍大)成像圈就好,反正片幅對角線只是大3.4倍「而已」。但是鏡頭體積不能過於龐大、要更輕便、大光圈、價格也不能太貴,光學畫質還要跟定焦鏡頭一樣棒才行,謝謝。

135底片格式與16mm小型片幅電影底片尺寸的比較。繪製:Weifu Lin

面對這種消費者索求,勇敢站出來回應的是德國福倫達(Voigtländer)。這次法蘭克・巴賀為福倫達設計了新款ZOOMAR 36–82mm f/2.8,採用了全新設計的「凹 — 凸 — 凹 — 凸 — 凸」(負正負正正)5組結構,通過第2和第4組凸透鏡組的聯動來改變倍率。於1958年正式推出,搭載於Voigtländer Bessamatic單眼反光相機(SLR),可以說是35mm SLR首款實用等級的大光圈變焦鏡頭。

儘管福倫達宣稱新款ZOOMAR解決了上述難題,縮小了鏡頭體積(而且還是恆定大光圈),實拍畫質也有一定評價,但仍有很大的改善空間(尤其是肉眼明顯可見的邊角變形)。受限於演算力不足,這類光學像差還要很長一段時間才能克服。

法蘭克・巴賀為福倫達設計了新款的ZOOMAR 36–82mm f/2.8(右圖)圖片來源:Rama@Wiki via CC BY-SA 2.0 fr。新ZOOMAR設計採用「負 — 正 — 負 — 正 — 正」的結構,鏡頭方向朝左(左圖)。圖片來源:《攝影鏡頭史》(A History of Photographic Lens),第173頁。

日本第一隻實用變焦鏡:Nikkor 43–86mm f/3.5

變焦鏡頭的實用化,對「能夠看到實際焦距變化的」單眼反光相機系統非常重要。即使起步時間又比歐美光學強國晚得多,日本相機產業仍然展開了集體追逐。

日本光學(Nippon Kogaku,即後來的尼康)公司也在追趕的前排行列之中。樋口隆在1960年前後開始變焦鏡頭的計畫時,面臨到兩個抉擇:一是設計「畫質優異、大光圈標準變焦鏡頭」;另一是「價格實惠、小型化的標準變焦鏡頭」。目標是要涵蓋攝影使用者經常使用的焦段,至少要包含50mm的標準鏡頭焦距在內。

樋口隆兩邊都押寶。日本相機史第一款包含廣角鏡頭焦段的135底片格式變焦鏡頭終於在1961年問世,亦即:Auto Nikkor Wide-Zoom 3.5–8.5cm f/2.8–4.0。

這是一款極具巧思的簡潔設計,只運用兩組(負 — 正)鏡片群組來達成變焦效果。樋口隆的初衷是將一組凹透鏡群組放在一組松納式結構(Sonnar type)的標準鏡片組之前,藉由前後兩群鏡片組的移動,達成變焦效果。這種採用「逆望遠式廣角鏡頭加上松納式後鏡組」結構,成了廣角變焦鏡頭的典範,許多現代鏡頭的設計依然遵循此一概念(如下圖)。

日本光學第一款廣角變焦鏡Auto Nikkor Wide-Zoom 3.5–8.5cm f/2.8–4.0,圖片來源:Nikkor 1001夜,第56夜(英文版)

可惜的是,根據尼康公司佐藤晴夫的說法,試作品無論是體積或1.1公斤的重量都超過預期,而且控制鏡筒變焦的凸輪(cam)移動行程不順暢,特殊角度時有脫落可能,最終並沒有進入生產線。取而代之的第二方案,且量產成功的是1963年推出的標準變焦鏡:AI Nikkor 43–86mm f/3.5。福倫達的新款ZOOMAR上市後四年,日本光學的標準變焦鏡頭終於問世。

日本光學的標準變焦鏡AI Nikkor 43–86mm f/3.5,圖片來源:Nikkor 1001夜,第4夜(英文版)

佳能(Canon)不落人後,立即在同一年年底(1963年12月)推出了自家CANONFLEX SLR第一款變焦鏡頭:Super Canomatic Zoom R55–135mm f/3.5。由於採用了大量複雜的鏡片群組(10群15片)與機械變焦機構,重達790公克,儘管畫質評價不錯,但上市售價49000日圓,換算成2021年的購買力,至少要23萬日圓,即使在今日也不便宜,幸運擁躉者並不多。

佳能第一款為35mm底片格式設計的變焦鏡頭Super Canomatic Zoom R55–135mm f/3.5。圖片來源:Canon Camera Museum

變焦鏡頭的型式

變焦鏡頭的構思,從單純的加倍鏡到多達二、三十片鏡片的群組,最早至少可以追溯到19世紀。如何在光軸上妥善安排一或多組的光學鏡片改變焦距,對歷代設計者而言都是一大挑戰。有了電腦輔助設計軟體後,人類的運算力暴增,過去只能妥協的光學像差逐一克服(當然不可能完全消滅),光學素質直逼定焦鏡頭。

新材料、新技術迅速普及,像是:高折射、超低色散玻璃、非球面、有機玻璃、電腦車床加工的高精度鋁金屬滑筒與變焦凸輪、玻璃纖維強化塑膠(FRP)、步進馬達、電磁光圈、防手振系統、晶片處理器及其控制電路、甚至智慧手機鏡頭也擁有變焦功能。各大品牌旗下開發出數以百計的各類光學產品,變焦鏡頭已成主流。

勤勉的學者扮演了分類帽的角色,將人類的智慧結晶加以分門別類,方便攝影愛好者理解自己手上的器材。根據京斯萊克的專業見解,變焦鏡頭至少可以分成以下幾種型式:

雙組變焦

所謂的「雙組」(two-component)變焦鏡頭,其中一組可視為「補償群」(compensator),另一組則稱為「變焦群」(variator)。利用金屬滑筒、銷槽(pin in slot)、與凸輪的機械補償(mechanically compensated)方式來移動鏡片群組進而改變焦距行程。早期天文望遠鏡頭的加倍鏡就屬於這一類。尼康的首款廣角變焦鏡頭Auto Nikkor Wide-Zoom 3.5–8.5cm f/2.8–4.0也是採用雙組變焦型式。事實上,還有更複雜的三組、四組連動變焦的設計在內,近年來廣泛普及到一般攝影鏡頭中。

唐德斯原則變焦鏡

荷蘭學者法蘭西斯庫斯・唐德斯(Franciscus Cornelius Donders, 1818–1889)除了是知名的眼科學專家、認知心理學者之外,在望遠鏡的研究上也有不小貢獻。大約在1880年時,他就提出了一種「可變放大倍率的三片透鏡的望遠鏡型式」,在這類光學系統中,外側的鏡片傾向於固定,中央的鏡片可以前後滑動,藉此改變放大倍率。1931年,布許公司申請的16mm電影變焦鏡頭VARIO-GLAUKAR 25–80mm f/2.8;愛展能的12–120mm f/2.2變焦鏡,就屬於此類。

左圖:根據唐德斯原則設定的A、B兩種變焦望遠鏡設計。右圖:布許(Busch)公司的VARIO-GLAUKAR 25–80mm f/2.8。圖片來源:《攝影鏡頭史》(A History of Photographic Lens),第163、165頁。

現代複合設計

到了廿世紀七〇年代,光學設計人員發現將唐德斯原則安排稍作調整,不僅可以輕量化,還能改善像差。1974年,威達(Vivitar)公司的貝騰斯基(Ellis I. Betensky)設計的SERIES 1 35–80mm f/2.8,宣稱其光學成像素質媲美定焦鏡頭,就屬於這一類。

Vivitar 35–85mm f/2.8 變焦後需重新對焦。根據Vivitar Lens Manual重新繪製。繪圖:Weifu Lin

這款鏡頭是為了靜態攝影而設計的,基本上仍依據唐德斯原則來安排鏡片群組,但變焦過程中,設計者並未嘗試保持準焦,用它來拍影片可能會有些麻煩。也就是說,確定了構圖,最後按下快門釋放鈕之前,使用者仍需要重新對準焦點。

目前仍然有些鏡頭的設計在變焦時焦點會飄移,但是到了自動對焦時代,跑焦了只要重新自動對焦即可,問題不大。

具有微距功能的變焦鏡頭

早期變焦鏡頭的焦距以長鏡頭為主,接著逐漸擴展至廣角端,比較特殊的發展是具有微距(Macro)攝影功能的變焦鏡頭。

微距攝影的基本規格是「成像與實物大小的比例」至少是1:2(也就是焦平面上成像尺寸與實物大小的比値);專業微距攝影則為1:1。往昔日常攝影用途並不太需要用到微距功能,但是時代背景的變遷,人們記錄影像的習慣有所改變,視野逐漸縮小並碎片化,微距攝影功能開始受到業餘愛好者的關注。

在視角縮小的過程中,使用微距鏡頭經常使人感到麻煩之處在於構圖與重新構圖的困擾,於是一派兼具「微距、可變焦、高畫質」的特種鏡頭問世了,如尼康AF Zoom-Micro NIKKOR ED 70–180mm F4.5–5.6D即是世界首款具有自動對焦功能的變焦鏡頭。

尼康AF Zoom-Micro NIKKOR ED 70–180mm F4.5–5.6D由四個群組達成微距變焦的任務。變焦時只有後面兩組鏡片群移動,前面兩組並不移動,微距或對焦時則由前方兩組擔任。注意尼康使用Micro而非Macro的標示名稱,但兩者意義相同。圖片來源:根據Nikkor 1001夜,第18夜(英文版)重新繪製。

光學補償變焦

所謂的「光學補償變焦」(Optically compensated zoom)意味著整個系統主要是以光學方法 — — 而非機械方法 — — 使變焦過程中保持準焦。早期的設計者原本認為使用凸輪、拉桿、銷槽等機械裝置來控制鏡片群組移動,年久零件磨損後終究會導致變焦失靈,最終證明這一切都是杞人憂天,現代攝影已不再使用光學補償變焦的設計。

早期的電影變焦鏡頭如巴賀的初代ZOOMAR,便是採用光學補償的手段。這裡指的光學補償變焦,與智慧手機主打的「光學+數位變焦」意義完全不同,要注意。

特殊設計

變焦鏡頭的變焦過程「所見所得」是絕對必須的,早期電影工作者為此吃了不少苦頭,ARRIFLEX導入稜鏡觀景器裝置,將光路導引至觀景器,解決了變焦時監控構圖的困擾。這在單眼反光相機、以及當今主流的無反光鏡數位相機都不是問題。

但是,想要在連動測距相機(Rangefinder)上使用變焦鏡頭就是個大麻煩,此時只有特殊方案才能解決特殊需求。例如佳能輕便相機Autoboy Tele/Tele就放棄了全焦段變焦的方案,直截了當地推出雙焦距傻瓜機,只能在40mm與70mm兩個焦距之間,擇一拍攝:

Canon Autoboy Tele/Tele是曾經風行一時的雙焦距傻瓜相機。圖片來源:Canon Camera Museum

徠卡(LEICA)的TRI-ELMAR可能是目前能完美與M系列連動測距相機機身觀景窗框線連動構圖的唯一選擇……如果你不在乎變焦時焦距是從28mm直接跳到50mm再跳回35mm的話。它的確是變焦鏡頭設計,但實際上是個特殊的「三焦距鏡頭」。

想要在M型機身上使用變焦鏡頭的心魔,越長越大,徠卡陸續推出了機械結構改良版的28–35–50mm,以及16–18–21mm版本,後者已經完全放棄觀景窗框線連動,只能使用專用觀景器;甚至還有設計太過於複雜導致無法量產的VARIO-ELMAR-M 28–75mm f/3.5–5.6 ASPH。這種「把事情複雜化到無法解決」的發展,完美地符合了我們對日耳曼人民族性的刻板印象— — 儘管可能是錯誤的。

LEICA Tri-Elmar-M 28mm-35mm-50mm f/4 ASPH的變焦過程是28mm — 50mm — 35mm。圖片來源:LEICA Lens Technical Data

數位變焦的欺瞞

數位相機特有的「數位變焦」(Digital Zoom)功能,是新時代的影像革新,接近於一種影像的準詐欺。韌體將數位感光元件上的亮度信號擷取部分內容,經過運算後透過輸出裝置顯示,基本上是裁切格放後再處理的合成圖像。由於情報量極度不足,總是表現為粗顆粒且充滿雜訊的縮放畫面。

詐欺手法日益精進,現在各種擴展像素的技巧不勝枚舉,諸如:像素偏移、自動接圖、自動堆疊景深……等演算指令,在數位層面上都可以滿足變焦的分類。像素不足?那就多拍幾張圖檔,無縫接軌即可。

目前(2021年)最新的蘋果Apple iPhone 12 PRO搭載了三枚鏡頭,分別涵蓋超廣角、廣角、望遠三個焦段,無論是光學變焦或數位變焦的範圍,都必須以韌體來處理。死對頭三星Galaxy S21 Ultra則以更多鏡頭、更高像素的規格來應戰,並驕傲地宣稱其四顆鏡頭共計100倍變焦「可以拍月亮」。這當然又是數位變焦的韌體演算,可能外加一點數位的,銳利化調味。

未來如果還要再滿足更高倍率的變焦範圍,只能仰賴潛望鏡式(Periscopic lens)的光路專利實用化,才能將更多鏡片群組塞進薄薄的機身中了。現在的解決方案彷彿又回到六〇年代,只是模組化鏡頭全裝進手機,而且鏡頭數量正在緩慢增生中……。

1959年的BOLEX H-16底片攝影機(左)與2020年上市的Apple iPhone 12 PRO(右)解決問題的方法殊途同歸。

變焦與真變焦

製片業者經常對業餘玩家拍攝影片嗤之以鼻,部分原因是兩者的硬體設備已經發展出明顯的演化分支,強行跨界總會發生意外狀況,包括鏡頭種類、光圈操作、實際進光量、電動變焦馬達、腳架……特別是拍攝連續變焦畫面時的焦點偏移問題。換言之,變焦鏡頭有兩種:

A. 變焦鏡頭(Varifocal lens):專責紀錄靜態影像的變焦鏡頭。在變焦時程的焦點可能會飄移,並且有明顯的呼吸效應(lens breathing)。B. 等焦距變焦鏡頭(Parfocal zoom lens):使用在紀錄動態影像的顯微鏡、望遠鏡、電影、錄影用的變焦鏡頭。在變焦過程中能保持焦點不變,呼吸效應較不明顯。

最近發售的新款鏡頭有些是針對靜態攝影和影片兩者開發的產品,除了可調整為無段式光圈之外,也改善了變焦過程中焦點偏移及呼吸效應的現象。

變焦鏡頭走下神壇,成為相機廠商搭配機身銷售的套件鏡頭組,使用越來越高級的玻璃材料如低色散鏡片與非球面,變焦範圍更是不斷向超廣角與超望遠兩端擴展,用手機拍電影的時代很早就已經來臨。

用變焦鏡頭拍電影的第一道禁忌可能就是:「別玩變焦」!

後記

「說出來可能會讓人發笑,但我覺得對抗瘟疫的唯一方法就是正直。」

「什麼叫作正直?」蘭柏忽然變得嚴肅。

「我不知道一般人怎麼看,但對我來說,就是盡我的本份。」

-《瘟疫》(La Peste),卡謬(Albert Camus)

— 本文寫於第三級警戒之第26日(2021年)

References

  1. 《攝影鏡頭史》(A History of Photographic Lens),魯道夫・京斯萊克(Rugolf Kingslake)著,ACADEMIC PRESS,1989
  2. Canon博物館
    https://global.canon/en/c-museum/product/r92.html
  3. 法國SOM Roger Cuvillier
    https://www.afcinema.com/Death-of-Roger-Cuvillier-father-of-the-Pan-Cinor-zoom-lens.html?lang=fr
  4. NIKKOR — The Thousand and One Nights №56
    The Auto NIKKOR WIDE-ZOOM 3.5–8.5cm f/2.8–4
    https://imaging.nikon.com/history/story/0056/index.htm
  5. Nikon 43–86mm f/3.5
    https://www.nikon.com.cn/microsite/nikkorcom/story/0004/
    https://imaging.nikon.com/history/story/
  6. 愛展能
    https://blog.angenieux.com/the-supremacy-of-angenieux-in-the-zoom-lens-field
  7. 德文資料
    關於VARIO GLAUKAR 25–80mm (西門子16mm電影拍攝機使用)
    https://zeissikonveb.de/start/objektive/objektive-aus-rathenow.html
  8. GLAUK
    https://de.wikipedia.org/wiki/Glauk

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