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Leica M镜头，他们的灵魂和秘密- 序-揭秘徕卡- 众所周知，尽管徕卡镜头十分小巧，却能生成极佳的图像。在多年持续不断地计算、设计和制造过程中，为什么徕卡M系镜头的素质仍然能不断获得提升？在徕卡的市场专家看来，这些新的改进远远超越了徕卡过去的成就。 在这本小册子里，荷兰新闻摄影家Erwin Puts将阐述造就徕卡M系镜头奥妙所遵循的准则，以及徕卡的优秀的光学设计师们是如何运用他们渊博的知识和专精的技术不断地将徕卡镜头的性能推向更高的极致的。 作者同样十分关注一个众多徕卡迷所共同关心的问题：徕卡的老M系镜头是不是比目前在产的M系镜头更加出色？它们在反差，轮廓的锐利和分辨率等方面表现是不是更好？凭借多年的测试经验和对徕卡的了解，作者对比测试了一系列镜头的表现。除了定性描述外，作者还提供了大量的图表和测试曲线图。对这些图表和曲线的说明将使人们更容易读懂它们。 Erwin Puts从1968年开始他的摄影生涯，同时对摄影科技也颇有研究，虽然他在大学学习的是工商管理。从1989年起，他开始和徕卡合作。自1992年以来，他已经在世界各地发表了30多篇文章。在这些文章中，他探讨了徕卡的历史以及徕卡相机及其镜头的技术特点。他工作的核心是撰写镜头测试报告。他进行的这些测试非常的严格细致，赢得了竞争对手的肯定。在测试中，他将光学参数与实际应用相结合，界定了镜头光学性能的极限并综合分析与不同胶片材质配合时的性能特点。 对许多读者而言，这本小册子将揭开许多徕卡的奥秘，从而使他们了解徕卡M系镜头风格是如何形成的。我们希望您能在阅读中得到乐趣！ Ralph Hagenauer 市场部 徕卡相机公司- 跋 Max Berek小传 - 徕卡的传奇由Ur-leica的设计师Oskar Barnack开创。1924年，Ernst Leitz力排众议一意孤行将Ur-Leica投入商业化生产。这对于这家没有任何制造摄影相机经验的显微镜制造商来说风险巨大。徕卡的成功来自徕卡镜头的成功。徕卡投产的第一支镜头由Max Berek设计。在某种意义上，徕卡的全球性的成功应归功于他。 Max Berek1886年8月16日生于小镇Ratibor，是工人的儿子。在德国经历着社会和科技大发展的19世纪末，和众多同龄人一样他进入大学学习。1907年他开始在柏林学习数学和矿物学，在1911毕业时，他已经完成了一项著名的结晶学研究。Ernst Leitz在1912年邀请他加入徕卡，成为徕卡雇佣的第一位科学家。我们不得不钦佩Leitz在为徕卡挑选顶尖人才时的眼光。Berek在徕卡一直工作到1949年10月15日辞世为止。 Berek潜心研究显微镜学，尤其是偏振光显微镜学(polarization microscopy)。在这个领域他是享誉世界的专家。直到今天，Berek补偿棱镜和他发明的计算显微影像景深的方程式仍然被广泛运用。他在显微镜学科技方面有一系列著作。 凭借深厚的理论功底，他应Ernst Leitz之邀，为“Barnack的相机”设计了一个摄影镜头。这是一个f/3.5的50mm三组元透镜(triplet)的镜头,最后三枚镜片是固定在一起的。这就是后来被称为Elmax的Leitz Anastigmat镜头。有人猜测Elmax是ErnstLeitzMaxBerek的简写。这支由5枚镜片组成的镜头表现异常出色。如果现在测试它的MTF，得分一定相当高。 在1940年的一次访谈中，Berek指出，3.5的孔径是精心确定的。从设计者的角度出发，更大的光圈是很容易做到的。但徕卡相机是一个新产品，她需要市场上的成功。因此徕卡相机的成像品质是最关键的。3.5的孔径能生成非常优秀的图像，更重要的是，这个大小的值能增加景深。所以即使徕卡的用户对距离的判断有一些误差，仍然能得到高素质的图像。Berek准确的预计到用户需要经验才能掌握这台新式相机的大光圈和对焦方法。但是即便只是摸索和学习，用户也会对徕卡相机的成像的质量感到满意。 Elamx镜头的光学校正特性和上一代的anastigamts镜头不同。上一代镜头只校正光谱中从绿色到紫色的这一段，因为当年的感光乳剂对这段光谱最敏感。Berek预计用户需要一支在全光谱上都校正过的镜头，因此他设计了一支对红色光谱段也进行校正的镜头。他注意到任何一支针对全色乳剂校正的镜头也同样适用于彩色胶片。但全色乳剂胶片要求对可见光谱中的所有波长都进行校正，因为任何波长的光都会产生模糊效果。对彩色胶片而言，眼睛对色彩平衡更敏感，因此，镜头首先应该准确校正黄色光谱段(即光谱的中间部分)。 这些想法表明Berek非常关注徕卡用户的需求，这源自他对徕卡相机核心价值和徕卡哲学的深刻认同。Berek为徕卡设计了23支镜头。最后一支是他1940年完成的85mm f/1.5 Summarex。在1937年的巴黎世界博览会上，由于他的卓越贡献，Berek获得了他个人的最高荣誉。到今天为止，徕卡一共生产了65种不同的旁轴相机镜头，而Berek一个人就设计了35以上的徕卡镜头。直到今天他的设计思想依然体现在徕卡设计当中。 在1940年的一次访谈中，Berek认为高质量的图像更依赖用户的摄影技术而不是镜头的光学性能。这种观点在今天依然正确。他在实用光学基础光学系统的分析和综合一书中全面表述了他的镜头设计思想。这本书自1930年出版以来，不断再版。最后一次重印是在1986年。其中的方法和内容非常有趣。M.von.Rohr1920年出版的光学系统成像几何法研究是光学领域的权威著作。Berek在他的著作中改进了几何光学。他和蔡司公司的Merte卷入了一场关于几何光学原理的科学辩论，与此同时，蔡司和徕卡的镜头在市场中激烈竞争。30年代的两大旁轴相机系统正是Contax II和Leica III。 Berek喜欢在夜深人静时工作。他喜欢端上一杯茶，带上计算尺，点燃一支雪茄，在书房中算他的校正值。他精通长笛演奏，经常举行室内乐音乐会。考虑到光波和声波的密切联系，他在这两个领域中的都能取得如此的成就也就不那么让人惊讶了。*目录*一 序二 前言1.徕卡M系列镜头的灵魂2.核心技术3.MTF分析：看看这些漂亮的曲线4.色彩还原三 镜头评测-21mm镜头-21mm f/2.8 Elmarit-M21mm f/2.8 Elmarit-M ASPH-24mm镜头-24mm f/2.8 Elmarit-M ASPH-28mm镜头-28mm f/2.8 Elmarit-M (1979)28mm f/2.8 Elmarit-M (1993)-35mm镜头-35mm f/1.4 Summilux-M35mm f/1.4 Summilux-M 非球面35mm f/1.4 Summilux-M ASPH35mm f/2.0 Summicron-M35mm f/2.0 Summicron-M ASPH-50mm镜头-50mm f/2.8 Elmar50mm f/2.8 Elmar-M50mm f/2.0 Summicron-M50mm f/2.0 Summicron (当前)50mm f/1.4 Summilux50mm f/1.4 Summilux-M50mm f/1.2 Noctilux50mm f/1.0 Noctilux-M-Tri Elmar-m 1:4/28-35-50 mm ASPH-28mm f/4.035mm f/4.050mm f/4.0-75mm 镜头-85mm f/1.5 Summarex-M75mm f/1.4 Summilux-M-90mm 镜头-90mm f/2.8 Tele Elmarit-M90mm f/2.8 Elmarit-M90mm f/2.0 Summicron-M90mm f/2.0 APO Summicron-M ASPH-135mm镜头-135mm f/4.0 Elmar-M135mm f/2.8 Elmarit-M135mm f/3.4 APO Telyt-M四 术语表-徕卡的核心技术-现在的M系列镜头体现了徕卡专业精神。从几何及物理光学到机械工程，从镜头装配工艺到光学玻璃的选择，从剩余相差到成像质量，处处体现了徕卡对这一领域的深入了解和独特领悟。徕卡镜头体现了设计师对光学系统所有相关方面的科学知识的精通，是天才和创造力的结晶，当然更是由开创时期的伟大设计师们，尤其是Max Berek，所确立的设计原则以及传承多年的设计经验和独到眼光带来的成就。这些知识的一部分已经被编制进了电脑程序。但有一种东西是无法编写成算法代码的，那就是文化。这种文化激励徕卡去努力发掘新的设计的光学潜力，去掌握把这种设计变为真正的摄影光学杰作的技术。徕卡镜头不仅仅是对光进行精确矫正而已，更是一种精雕细刻的光学艺术。传神的影像体现了徕卡设计师把徕卡哲学和艺术级的光学设计相结合的独特能力。徕卡设计师使用的最重要的设计方法无非是：.非球面镜面.色差矫正.光学玻璃选择.镀膜.镜片安装工艺这些都不是徕卡独有的技术。事实上，全球许多镜头制造商都采用非球面镜和色差矫正技术，也同样能得到徕卡设计师所使用的光学玻璃材料。当我和徕卡的设计师讨论这些设计技术时，我举例说非球面技术从30年代开始就开始使用了，现在更是得到了广泛运用。他们用特有的谦虚方式回答：他们也许知道一点非球面技术知识，帮助他们在镜头设计中改善画质。下面让我们来逐一说明这些设计方法，其中有一些其实已经相当古老了。非球面镜面绝大部分摄影镜头采用球面镜面，即镜面曲率和一个球体曲率一致，其极限情况是一个完全的平面，即对应的球体直径为无穷大。目前，球面镜相对比较容易制造，光路设计也比较简单。非球面镜则完全相反。任何和球面不同的表面都是非球面。球面有一个半径R，圆点是光轴上的某一点。半径就决定了光轴上下的所有点。对非球面而言，我们需要知道更多的信息。在光轴上下不同的高度处，我们定义几个和参考球面不同的点，然后把这些数值代入一个方程。这种方程可能非常复杂。比较简单的是定义抛物线，椭圆线和双曲线的方程。一个非球面表面可能由不同的非球面构成，一部分是抛物线，另一部分是椭圆线。非球面表面的复杂程度要结合制造成本和它在整个光学系统的作用来综合考虑。有一种趋式是把在光学系统中使用非球面技术看成是优秀光学性能的标志。其实不然。使用同样的计算机程序，一些设计师能做出非常好的设计，而另外一些设计师只能搞出一般的货色。非球面表面在球面像差的基础上引入了一些精心控制的像差。如果对整个系统的基本像差没有透彻的了解，加入非球面镜并不见得有效。自从Max Berek教授于1924年为徕卡设计了第一支镜头50 mm f/3.5 Anastigmat/Elmax 以来，徕卡镜头的光学能力就一直被世人深入的分析和讨论。一些评论家认为徕卡镜头是衡量其他镜头的标准，另一些则认为虽然徕卡镜头表现优异，但是和其他厂商的产品相比基本上差不多。也有人认为徕卡镜头具有独特的图像记录素质，这种素质经常与三维再现或能体现三维印象的画作相比较。徕卡迷和徕卡收藏家们经常讨论这种独特的“光学指纹”。有些人甚至认为老款的徕卡镜头具有一些神秘的素质，而这些素质在后期设计的新款镜头中逐渐消失了。这种论点的理由是光学设计越来越依赖计算机程序，而那种设计师独特的个人化“指纹”就没有以前那么明显了。毫无疑问，徕卡镜头具有独特的个性与素质。正是这些特质激发了人们对这些镜头的迷恋，同时也对使用者提出了挑战。在我看来，摄影师是否非要用徕卡镜头才能拍到最佳的照片这类问题很无聊。每一个镜头都有大量参数，但绝非所有的参数都是最优的。在每个徕卡镜头上，都能感觉到设计师为控制和消除几何像差的激情和决心。这些像差存在于所有的光学系统中。毫无疑问，当今的光学制造商不可能不使用复杂的计算机设备。事实上现代的计算机程序可以在没有人工控制或干预的情况下，生成符合指定参数的全新光学设计方案。采用这种方式得到的设计方案，能成为符合设计要求的理想方案的可能性是亿万分之一。这就为什么在是在设计具有优化性能的光学系统时，设计师的创造力是起关键性甚至是决定性作用的。在光学设计中，强调设计师的创造力和镜头设计艺术似乎是一件奇怪的事情。现代光学设计的基础是根植于数学和物理理论的。光学制造商广泛采用的计算机辅助设计程序使得今天的镜头设计看起来是个高度自动化的过程。莱兹是最早采用计算机来加快繁重费力的光线追迹计算的厂商之一。那是在1955年左右。今天莱兹光学设计部门使用的软件包采用了高度优化的专利算法。即使如此，没有高度的原创的创造力，也是不可能设计出当今的高性能光学系统的。为了理解徕卡镜头之魂，需要大致了解一下徕卡的计算技术、设计过程和光学评估技术。通过概略了解这些知识，读者将体会到“光学玻璃蕴涵的徕卡精神”。让我们从基本的解释开始。拿一块普通凸透镜，在纸面上生成太阳的像。阳光会聚集成一个明亮的小点，不久纸就会被点燃，因为太阳能被集中到那个小点上了。在早期，单片透镜是成像的唯一手段。在视角很窄的情况下，例如在望远镜上，其成像效果能够让人满意。但当Louis Jacques Mand Daguerre在1839年拍下他的第一张照片的时候，他需要一个更大的视角来配合他的像板。单片透镜成像在中心十分锐利，在边缘位置则非常模糊。 在那个时代，人们还不知道光学像差，只能通过试验来获得更好的成像。白光色散成光谱色的现象早已被发现，现在这成为了拍摄达盖尔式银板像片（Daguerreotypes）的一个难题。照相银板对蓝光敏感，而人眼对黄光更敏感。因此用一片透镜在毛玻璃上使黄光聚焦的同时不能使蓝光聚焦。这种径向色差可以用两片透镜来矫正，每片由不同类型的玻璃制造。这样一片透镜的色散可以由另一片透镜来补偿。表面弯曲的透镜形成的像场也是弯曲的（正如老式的箱式照相机的结构一样）。但是像板是平的，因此必须找到折中的办法。解决方法依然是从试验中得来的。第一代制镜师和镜头设计师瞧不起理论知识，虽然当时光学定理已经发现很久了。光学计算的基础-折射原理在17世纪就已经公式化了。照射到玻璃透镜表面的每一束光线，都会按照已知的数学方程式折射一个确定的角度。当这束光线穿过许多透镜时，其光路可以被准确和系统的追踪出来。当物体的距离非常遥远时，例如天空中的星斗，从该点出发的所有光线在照射到透镜时将是平行的。这些光线将通过透镜会聚到一点。至少我们希望如此。达盖尔的镜头已经证明，事实并非如此。假设有两束光线，一束照射到透镜边缘，一束照射到中央部位。我们可以根据折射原理和已知的该类玻璃的折射率计算出这些光线会到达像面上的哪些点。如果所有的光线都会聚到像面上的同一点，则万事大吉。如果没有，则麻烦来了。第一个根据数学计算而不是试验的方法来设计镜头的人是Joseph Petzval. 他设计的肖像镜头明显的优于用试验方法制造的镜头。虽然当时已经可以使用公式来量化光线追迹，但是关于光线为什么会如此折射和光线为什么不能到达理论上的理想像点这类问题依然没有答案。1850年左右，Ludwig von Seidel研究了成像的基本定律，他成为第一个建立成像性能理论的人。像差（Aberration）（来自拉丁语ab“从”和errare散射）字面上的意思就是“从正确的路径上散射”。他发现有七种相互独立的所谓的三级成像误差，共同造成了像的模糊和畸变。理论上，下一步依然简单。现在我们至少在理论上了解了造成像模糊的原因，下一步就是矫正这些像差。而这正是光学设计师的创造力发挥作用的地方。同时还存在设计失误和制造误差，这二者也显著影响了最终的成像效果。七种赛得（Seidel）像差分为三类：1)锐度误差：球差，慧差，象散；2)定位误差：场曲和畸变；3)色差：径向色差和横向色差。每一片透镜都有一些确定的特征，例如其所用光学玻璃的种类，表面曲率（其两个面各自的半径），这些特征被被称为“参数”或“自由度”。该理论认为每一个自由度都能用于校正象差。相反地，各种象差都包含了所有的自由度。这意味着光学设计师可以把把各种象差分开，分别赋给每一个透镜面。上述理论方法的重要性可以用实例来说明。这个实例非常重要，它展示了光学设计师从何处着手来设计镜头，也说明了在设计过程中为什么创造力仍然具有重要作用。前述七种象差最少需要八个独立的系统参数来校正。（焦距也要考虑在内。）一个三组元透镜（由三片透镜组成）一般由两片外侧的集光透镜（冕玻璃）和一片内部的色散透镜（火玻璃）组成。则该镜组有六个半径值和三片透镜间的两个距离值。在一开始，设计师需要确定一些基本的系统参数，诸如玻璃种类，各片透镜厚度、透镜间距和各透镜的表面曲率（半径）。设计师有六个透镜表面可供修改，他/她现在可以计算出每个透镜表面的象差类型和数值大小。在极度简化条件下，我们可以假设此例中的第一片透镜的第二个面的半径决定球差和色差，第三个面的半径决定彗差和象散。设计师现在必须决定如何校正这些象差。他可以试着改变第一片透镜的曲率来减少球差。但该曲率同时也决定着焦距，因而不能改动。修改曲率减少球差的同时也可能增加了彗差。设计师也可以选择在把校正值分配到多个系统参数上，以此来减少同时增加其他象差的可能性。如果仅使用一个系统参数来完全校正一种象差的话，在生产上可能会有困难。在既有的生产公差范围内无法加工出参数的设计值。如果公差范围太小，生产部门可能很难达到设计要求。让我们回到象差校正上来。设计师需要一直调整系统参数来校正这七种象差，直到残余成像误差变得极小为止。设计师也需要同时修改几个自由度来校正每一个单独的象差。校正的“负担”由此可以分配到若干的透镜表面上，整个系统从而会表现得更平衡。在一定限度内，设计师可以选择不同的玻璃的类型和表面曲率，每一种组合就带来一种不同的整体校正效果。当这个三组元透镜按这样的设计成形后，已经接近设计要求了。但还有问题。例如，象散在像场边缘部分已经几乎没有了，但是在外围像场还是很明显。在这里，我们遇到了一个新问题：这七种赛德象差不是仅有的光学象差。赛德象差被归类为第三级成像误差。当然还会有更高级的成像误差。其中最重要的是第五级和第七级成像误差。这两类误差只会在孔径精确校正后出现。理论上，一个非常小的物点将生成一个非常小的像点。由于产生了这些新的象差，因此在实际中情况并非如此。一个物点生成的像不是一个点而是一个很小的有不同亮度级别的圈。见图示：点扩散函数。一旦这些小圆盘的直径小于一个特定值，更高级的象差就变得明显了。这是一个简化的描述，因为在实际中，这些象差是一直存在的。只是在三级残余误差变得极小时才变得明显起来。在三组元透镜的例子中，外围像场仍然有象散，就是更高级象差的影响。可以用一个精确调整的赛德象差的残值来补偿第五级和第七级的残余误差。这自然只能在一定限度内实现，而一个三组元透镜只能在视角很小和/或孔径很小时才能生成可以接受的图像。这个论点很重要。一个特定的光学系统（透镜的数量和结构一定）只有有限的象差校正能力。这意味着本质上在进行一个新设计时，具有相当经验的光学设计师所能做的，只是做出恰当的取舍而已。电脑发明以前，光学设计师只有计算尺和对数表可用。光线追迹计算虽然简单却费时费力。一般而言，设计师从一些物点开始计算穿过光学系统的光束。这种计算非常繁杂。计算倾斜入射的光线也同样复杂。在发明电脑之前，光线追迹的计算非常费力。一个有经验的计算人员需要两到三个月才能计算出设计一个中等复杂的光学系统如，三组元透镜，所需的光路。因此在计算时使用近似值也就可以理解了。一些复杂的计算就干脆省略了。这种光学设计的结果显示了当时对光学象差精确程度了解的不足。同时必须承认这些近似值的采用有助于设计师准确的确定许多象差的特征，他们的经验是今天徕卡设计师的设计基础的重要组成部分。所有采用光路分析方法设计的光学系统不可能做到绝对精确，它们只不过是理想的精确系统的一种近似而已。因此必须制造原型镜头来测试镜头的实际性能。有两个潜在的难题给设计师造成了很多麻烦：其一，镜头性能达不到设计要求；或者生产部门抱怨现有的加工精度达不到设计要求。一旦遇到上述任何一种情况，整个设计都要推倒重来。优化设计很不容易。成功的设计需要高度的创造力和对影响成像的象差的相当敏锐的直觉。当我们审视昨天的设计时，往往会惊叹于前人的成就。用现代仪器对这些著名设计进行客观的测试可以发现，虽然它们缺乏优化但却不乏精彩之处。如上所述，只有进行恰当的光线追迹才能产生准确的结果。但这又带来一系列问题。首先，设计师需要进行大量的光学追迹计算。在过去，使用的是三角公式和对数表。在莱兹，主任设计师画出光学系统的设计稿，然后指示一个大型的计算员组中的每一个成员分别计算光线追迹的一部分，并把计算结果交给其余的计算人员。在一天或一周结束时，主任设计师收到设计结果并进行分析，同时布置下一轮镜头计算任务。对于在有光轴的平面内传播的光线，计算其传播线路的公式基于平面几何相对容易使用。倾斜入射光线的计算需要三维或立体几何知识。相应的公式非常复杂。因此在那个时代，倾斜入射光线的线路计算需要通过近似方程来估算或者根本不计算。只能部分的了解这些光学系统的性能表现。计算机的使用提高了光学计算的准确度，因此现在更加精确的数学设计方法能够充分发挥其能力。数学设计法可以用来更好的调节重要的象差，也可以用来优化整个光学系统。这种方法产生的大量信息也会造成问题。有人说过今天的光学设计工作很简单吗？光学设计师的工作强度可以形象的表达出来。镜头的一系列参数（诸如曲率、厚度、镜片间距）即自由度和光学系统的校正水平之间是有固定关系的。增加更多的自由度，会相应的为光学设计师带来更多的校正光学系统的方法。当镜头设计师增加镜片数量时，可能达到更高的校正水平。但这也会显著增加成本，镜头也可能要求更高的生产精度，或者增加镜头重量。因此设计师需要对一个特定的光学设计方案的基本光学潜力有透彻的了解。所有的光学系统在完成最初设计后都需要优化。如果一个设计不能进行精细调整，则只能得到一个较差的产品。一支由六片镜片构成的50mm f/2 Summicron镜头有10个空气面和半径值，6个镜片厚度值（每片镜片一个值），4个镜组间距值。同时，每种玻璃都有各自的折射率和色散率。可变光圈的准确位置也需要确定。基于这36个系统参数（或自由度），设计师需要校正超过60种不同的象差。每个参数至少有大约10，000个不同的取值，每改变一个参数就需要计算超过6，000条不同的光线传播路线。这36个自由度并非完全独立的。有些参数需要合并而有些参数和其他的参数密切相关。因此这36个自由度实际上减少为20个，从而使设计工作变得更加复杂。在一定前提下，可以生成数百个甚至数千个和理想设计非常接近的设计方案。据估计，使用每秒可以计算十万个面的高速计算机进行光线追迹计算，要算出六片结构Summicron镜头的全部设计修正可能性需要连续运算1099年！这显然是不可能实现的。为了从几乎无限的设计中选出最佳方案，设计师需要对每一种象差可能对画质造成的影响了然于胸。他/她同时必须能明确镜头的风格是由画质的哪些成分决定的今天，为了将研制费用保持在可承受的范围内，只能使用小型的开发团队。这样的团队完成一个镜头设计需要一到两年时间。除此之外，没有更好的方法来说明在开始设计新镜头时，光学设计艺术所具有的极为关键的作用了。光学设计师的创造力，在今天似乎比在过去更为重要。而事实的确如此！正如在对三组元镜组的设计计算过程的说明中所述，设计师的工作就是估算不同的象差值，并在设计规格中改变相应的参数值（透镜半径、厚度、镜组间距和玻璃种类）。在着手设计时，明智的选择恰当的基本设计范式也极为重要。只有如此，才能进行设计所需的校正。The merit function 优化函数当定义和校正一个特定的光学系统具有几乎无限的可能性时，设计师必须能准确意识到何时达到了需要的校正水平。 计算机和光学设计软件能轻易生成大量数据。它们可以在快速计算出数百万条光线的光路。设计师可以通过这些信息了解到各种不同类型象差的等级。此时还有两个问题需要回答：-镜头设计是否达到了设计要求？-以及，还有没有更好的方案？这正是徕卡设计师的镜头设计艺术的体现之处。所有的光学设计师，不仅是徕卡的设计师，都熟谙光学和象差知识，理解所有的镜头都是理想与现实的折衷，是众多互相补偿的象差之间的巧妙平衡。任何一个镜头都包含有少量的残余象差。用户最终所能得到的镜头成像性能取决于设计师在各种像差之间的权衡和采用的补偿平衡手段。徕卡的设计师对设计各项误差高度优化从而残余象差极低的光学系统具有极大的热情。如果有人认为一种设计方案还不够好，那么他就需要一个标准来衡量现有的设计和理想的设计。计算程序在这方面毫无用处。想象一下，你坐在直升机上飞越山区，想要找到最深的山谷。在一定的小区域内肯定是可以找到一个很深的山谷的，但却不知道下一个山头后的山谷有多深。优化程序就是在寻找这个最深的山谷，在一定范围内，也肯定可以找到一个。但如果对整个山区缺乏全面了解，它就会一直不停搜索，而永远不知道是否真正找到了最深的山谷。只有掌握了这种结构信息，才能完全了解一个光学系统的特性与个性。徕卡设计师称之为镜头之魂。镜头的优化函数必须切合实际，并能发挥出镜头的最佳性能。必须指出的是，每一个镜头设计师对“最佳性能”的理解都不同。我们习惯于把光看成一条条的直线。在计算光路时这是有意义的。但在实际中，穿过镜头的光束包括了全部物点在胶片平面方向朝各个方向发出的光。这些光全部会照射在前片透镜上并穿过光学系统，称之为光通量。在镜头的设计阶段，对这个概念的理解极端重要。光束流应该平滑的通过镜头，尽量减少偏差和阻碍。这都有些禅宗哲学的意味了。-设计步骤-在开始设计一个新镜头时，设计师一般是从现有的系统中选择一个并在此基础上进行改进。对徕卡M系镜头而言，体积和重量的限制尤其重要。镜头设计首先就被附加规格，如物理尺寸等，限制住了。镜头应该小巧就手，而且不能遮挡取景器的视线。这些特征从用户角度来看是顺理成章的，但对设计师而言却是一种限制。更好的光学性能通常要求更大的物理尺寸。更大的尺寸可以方便应用新的技术，例如非球面镜片，来达到设计要求。多余的重量是必须避免的，而这也限制了镜片的数量和光学玻璃的选择范围。焦距和最大孔径也限制了设计的可能性。设计师必须从创造性之处着手，才能取得成功，或者至少能进行一些优化（找到最深的山谷）。此处也需要哲学思维：光学设计应该具有某种能被感知的美感。有些镜头的剖面图看起来非常新奇，而有些则具有光学之美。后者才是最好的镜头设计。没有一个好的设计起点，镜头就达不到设计的性能要求。对其优化就是原地踏步，不会有任何进展。当设计师觉得一个设计起点有潜力时，就可以开始下一步设计，即校正赛得像差。校正赛得像差本身并不复杂，但是这些象差同时也影响着更高级的象差。因此设计师在设计的最初始阶段就要确定好关键的系统参数，否则后期只能通过使用更加复杂的设计步骤才能达到设计目标。每增加一片透镜都是为了校正一种象差，但同时也会带来新的问题。很快这些问题就会越积越多。徕卡镜头的一个典型特征就是相对较少的镜片数量。90 mm f/2 Apo-Summicron-M ASPH 只有5片镜片而成像性能优异。下一步就是优化系统以达到所需的象差校正水平：细调镜片表面曲率、选择光学玻璃种类、确定镜片间距和厚度等。最后一步是平衡各种残余象差，使成像性能达到设计要求。在徕卡进行的静悄悄的革命之一就是光学设计和机械制造工程师之间的密切合作。设计一种或者无法生产，或者难以精确组装，或者成本过高的镜头是没有价值的。设计师必须在这个方面非常有创造力。只能再现一般的细节的镜头和能再现非常精细的细节的镜头所要求的生产精度是不同的。这是合乎逻辑的：与仅在底片上记录被摄体的粗糙细节相比，在底片上记录被摄体的精细细节要求更低的象差。生产组装时的超高精度可以保证每一个镜头的光学性能都达到设计要求。要保持生产精度很难，而这只有在公差由设计部门和制造部门共同确定的情况下才能做到。-徕卡M系镜头独有的徕卡特征-徕卡M系镜头今年来取得的进步可以归结于以下几个方面：光学设计程序有改进，吸收了最新的理论发现，包括在象差理论，成像性能优化和权重等方面的发现。对各种光学玻璃特征的了解也加深了。新玻璃种类迅速而大量涌现的时代已经过去了。大型供应商的产品目录已经非常稳定。徕卡镜头设计师希望厂商能提供一些特殊性能的玻璃，但看起来是不可能了。制造部门和光学设计部门之间的合作更加紧密了。制造工程师加入高性能镜头的设计是保证产品成功的前提。徕卡拥有对付各种像差的丰富经验，深刻了解它们对成像的影响以及它们之间非常复杂的相互关系。今天的徕卡M系镜头拥有一些独特的杰出特性，它们可以被归结为家族特性。最新的徕卡M系镜头在全开光圈时的性能与以前的产品相比有了巨大飞跃。这种性能提升不仅仅是体现在像场中心部分，而更多是体现在周围像场部分。整体反差的提升相当明显。杂光被很好的抑制了，带来了成像中非常清晰的细节。老款的镜头再现这些细节很模糊，或者根本就无法再现。而最新的镜头能清楚明晰的再现这些微小的细节，在投影观察时特别明显。整个像场内高光和阴影部分的精细层次表明重要的单色象差，如球面像差、彗形象差和象散得到了极好的校正。明暗色彩的还原极其准确，表明色彩校正优秀。在校正边缘部分的模糊时通常会使色差变得明显。另一个特征是新镜头的最佳光圈，只要最大光圈缩小一档就能达到。那种认为最佳光圈是f/5.6或f/8的传统的看法已经不完全正确了。清澈透明的成像来自对杂光的有效抑制。所谓杂光是指在光学系统内漫射而对成像毫无帮助的光。徕卡M系镜头的这些特征可以从其所拍的照片中清楚地辨识出来。摄影师只有充分掌握摄影技术才能发挥出徕卡镜头的全部潜力。只有要求很高时才能充分体会到徕卡镜头极高的像差校正水平。一幅20 x 25 厘米(8 x 10英寸)的黑白照片不能充分体现出镜头再现细节的能力，而系统性的细节模糊也看不到。但是当放大到30 x 40 厘米(12 x 16英寸)时，结果就会很不同。在这里关键是性能链条中的每一个环节都做到了最好，而此时镜头是这个性能链中最重要的部分。只有这样摄影师才能充分利用镜头的特征。-模糊到清晰的转换-只有一个清晰平面即胶片平面。这意味着从物点发出的一束光，如同一个光锥体，穿过胶片平面。在理想情况下，这个锥体的尖端会刚好落在胶片平面上，此时被再现的点的像最小。光锥体在该点前后的截面都比该点的大，点成像为一小圆盘。这通常称为弥散圆。如果光锥体比较细长，那么此点的直径与尖端前后截面的直径之比就相应较小。此时清晰到模糊的转变就平滑。新款徕卡M系镜头就是这样校正的，因此它们能再现被摄体最精细的细节结构。这意味着光锥的尖端必须非常细小，其角度也要更大。（见插图）而弥散圆的直径也会比前例中的相对更大。徕卡现代M镜头的特点就是从清晰到模糊的转变更快。在全开光圈构图时这是很有用的，因为可以在背景中突出构图中的重要部分。弥散圆常常是让人讨厌的，在摄影构思时要把这点考虑进去。最新的徕卡M系镜头不仅仅是在光学性能上优于以前的产品，它们对画面的再现风格也是不同的。从旧款转向新款的时候一定要注意这种再现风格的不同。而这也恰恰是徕卡M系镜头之美，也是其迷人之处，即摄影师必须学习镜头的“个性”并掌握之。-50mm 镜头 -Ur-Leica相机配备的第一个镜头的焦距是42mm。其商业型号（1925年上市）配置的镜头是 Anastigmat/Elmax f/3,5/50mm。该镜头有5片镜片，以避免和蔡司公司的专利冲突。为什么Barnack/Berek选择这个焦距，一直以来有许多猜测。流传最广的说法是50/52mm焦距的视角正负46度和人眼的视角相同。现在，依据不同的标准，发现人眼有多个不同的视角。人眼视角范围从6度到150度，没有确切的证据表明人类偏好46度的视角。双目视野是130度。让我们换个稳妥的说法。选择50mm的焦距在光学上有充分的理由。50mm焦距是一个保证获得卓越光学性能的良好基础。采用这个焦距可以确保设计师能进行极好的光学校正，而这对当时的徕卡取得成功极为重要。-50mm f/2.8 Elmar -在Elmar f/3,5/50mm镜头出现近33年后，Elmar f/2,8/50mm镜头才于1957年面市。在那个时代，Elmar f/2,8因其中心部位的优秀像质而闻名。它的性能比其长期竞争对手蔡司的天塞（Tessar）稍微领先。Elmar的主要优势在于其光圈叶片的位置（在第一、二片镜片之间）。在测试中Elmar的性能可以接受，在全开光圈时，整体反差低，细节再现清晰，边缘轮廓光滑（更准确的说是：软）。中心部位的细节可见，而边缘部分变得模糊。缩小光圈到f/4.0时显著提高整体反差和边角像质。细节变得更锐，在中心部分可以观察到少量极细微的细节。在f/5.6达到最佳性能。Summicron f/2,0 (7片镜片版本)在全开光圈时的中心成像远胜于Elmar在f/2,8时的表现。只是在像场边缘部分Elmar成像更好。总体而言，第一版Elmar在f/5.6及更小光圈时性能良好。在较大光圈时它的像质要略低于厚道的收藏家和使用者们赋予它的神圣光环。-50mm f/2,8 Elmar-M- 重新设计的Elmar-M f/2.8在全开光圈时，在绝大部分像场内，反差中到高，细节丰富锐利。总体而言新款比旧款领先一到两档光圈。对整体像质更重要的是大大改