光學簡史(中)：告訴你有趣的冷知識

隨著新世紀的到來，相機的發展方向逐漸明朗——那就是隨著感光技術和光學技術、機械技術的發展，變得越來越小，走進千家萬戶。而天文望遠鏡的發展方向則更為明確：我要變大。

位於東京港區的汐留媒體塔（汐留メディアタワー）是日本最大的國際通訊社——共同社的總部，其地位與路邊（tou）社、法新社、新華社等通訊社相當。該塔1-3層都屬於共同社旗下的NewsArt Cafe和NewsArt Gallery，儼然是一個迷你博物館。其中當然也有數個巨大的展櫃，展示了各時代新聞記者所用到的攝影器材。筆者以為，這本身也很好地介紹了光學技術的歷史。

古董相機們

古董相機們

這兩台相機，是全部展品之中最老的兩台。右邊那一台是當年還是屌絲的日本人所組裝的大畫幅機，從1890年一直用到1907年，然後被左邊的德意志制大畫幅快拍機取代——它是抗日戰爭期間所使用的主要相機。

大家可以注意到，這些大畫幅機並沒有聯動測距系統，右邊的那台機器甚至連取景器都沒有，需要依賴毛玻璃進行取景對焦。在新聞攝影、尤其是戰地上，這肯定是極其不利的。然而由於膠片技術的限制，大畫幅機依然是新聞記者的首選裝備，只有少數劍走偏鋒的記者才會選擇使用小型的中畫幅相機，甚至是135相機。只不過美國記者廣泛使用的Graflex相機日本記者們還暫時用不上...放心吧，戰後你們也總算會用上的...

說到135相機的誕生，就決不能不提Leica. 這個今天還讓人趨之若鶩的商標，還讓人感受到撲面而來的逼格的5個字母，還讓某些手持可樂標的文青冷艷的說出「你不懂萊卡的世界」的牌子的故事，一定是很多人所津津樂道的。奧斯卡·巴納克於1913年製造了他的第一台原型Leica相機，使用35mm電影膠捲。當時他為Leitz公司工作，在經歷諸多波折之後，這種相機被命名為「Leica」，並於1923年投入量產，很快就席捲全球。使用35mm膠捲這種「小底」在當時看起來簡直不可思議，而直至今日，120膠捲在顆粒控制、解析度等細節上依然對135膠捲有著優勢。當年的萊卡向是人證明的，其實並不是35mm膠捲的成像能和中大畫幅相比，而是「35mm膠捲的成像能忍」而已。

1934年，柯達公司定義了135膠捲，也就是盒裝35mm膠捲的格式，讓日光下裝載135膠捲成為可能。這進一步推廣了135膠捲。哦，對了，說Leica相機是世界上第一台使用35mm的相機是不對的。最早於1908年，這樣的相機專利就已經出現了。

古董相機們

左邊這一台便是萊卡相機。這是一台Leica II/III，由於圖片不清晰和這兩台機器本來就只有丁點大的區別筆者沒認出來...它是歷史的證人，在1931年盧溝橋事變爆發以後，這台相機被日軍從軍記者使用。相比剛剛那些大塊頭來說，萊卡相機顯然更小，更方便攜帶；Leica II/III自帶了聯動測距系統，能夠方便地實現對焦，裝卸膠捲顯然也比裝卸攜帶散葉片盒方便的多。戰場上，不顯眼的東西才是好東西。

同時期誕生的還有祿來雙反相機（1928）、第一台單反相機（1933）、以及魚眼鏡頭（1923）。

第一台SLR

圖片來自維基百科

第一支魚眼鏡頭

圖片來自維基百科

相比相機越做越小的趨勢，天文望遠鏡則明顯點了不同的科技樹。

1900年世界上最大的折射望遠鏡建成，口徑1.25米，但早在1789年反射望遠鏡就已經達到同一尺寸。由於分光觀測等的需要，也因為成本，反射望遠鏡成為了絕對的主流。1928年，位於美國·聖地亞哥東北帕洛瑪山上的五米反射鏡海爾望遠鏡建成。它在日本國立天文台的昴星團望遠鏡(Subaru Telescope)建成之前都是最好的單鏡面望遠鏡。不過現在那裡的光污染極其嚴重，雖然1928年的時候那裡絕對荒無人煙...哦對了，埃德溫·哈勃就是從這裡發家的。

電影的發展歷史到此為止其實還是和尖端光學關係不大。比較值得一提的就是愛迪生所標準化的35mm膠捲成就了徠卡，1927年有聲電影開始普及，這些都是人類在走向大眾傳媒（Mass Media）的重要一步。一戰期間，電影更是成為了多方的宣傳工具，其中以美帝的宣傳機器最為屌炸天。

戰爭結束了，擁有出色的光學設備（雖然是從德國那學來的）的日本人最終被電子技術強和人多的美帝打敗，幾乎全部工業都被炸入了停頓，無法繼續工作。對於Nikon，據說有那麼一個故事：戰後，生產過軍用光學設備的工人們想復產尼康相機，但是器材卻不在手邊，而在遙遠的東京。他們找不到卡車來運輸這些設備。所幸，佔領當地的美國軍官是一個很喜歡攝影的人，他找來了一整隻車隊和一大批士兵，硬是把這些設備從東京運了過來...

Graflex相機

不管怎樣，美帝的光學設備也算是能運進日本了，在日本的光學工業恢復之前，共同社記者們都一直把這種Graflex相機當做主力。它好歹有個測距儀啊...

1948年，埃德溫·蘭德博士發明了一次成像[即影即有]技術，從此建立了屹立了半個多世紀的寶麗來（Polaroid）帝國。從他的第一台拍立得相機——Model 95開始，拍立得相機就有了帶測光的光榮傳統，只有少數高端型相機是全手動的。拍立得膠片在那個年代並不算昂貴，經常用於測光、送人、拍證件照等，直到數碼相機開始普及，寶麗來帝國才漸漸式微——當然那時候，蘭德博士都已經要走向生命的盡頭了。

上方：Polaroid Model 95

下方：Polaroid Model 180

1962年第一台帶TTL測光的相機誕生。雖然該技術用了不少時間來普及，但是在此之前，也已經由不少的相機帶有簡陋的自動測光系統了。這解放了攝影師們的雙手（？），讓測光表不再必要。（雖然其實還是很必要...）

1975年，柯達的工程師們發明了第一台真正意義上的「數碼相機」。它重3.6kg，其CCD只有1萬像素。圖像用磁帶記錄，寫入過程需時23秒。它並不是第一台使用電子感光元件進行拍攝的設備，但它卻開始了一個新時代。（其實是獲得了數碼相機的專利）

同年，大毛建造了BTA-6 (Большой Телескоп Альт-азимутальный, Bolshoi Teleskop Alt-azimutalnyi, 英語：Large Altazimuth Telescope)，其口徑達到了六米，終於超越了美國的海爾望遠鏡。只可惜它軟了。由於主鏡重量過大，主鏡發生形變，其解析度遠遠不及預期，從一開始就註定是一個悲劇的主。雖然光學性能並不理想，但是怎麼說也是能用的，所以今天BTA-6也還在使用。

Polaroid SX-70 Sonar

1976年第一台自動對焦的相機誕生。1977年第一台自動對焦的SLR（也是第一台量產的自動對焦相機）：Polaroid SX-70 Sonar誕生。至此，真正意義上的"傻瓜機」終於出現了，柯達的那句「你按快門，剩下的我們搞定」也終於成為了現實。

第一支包含非球面鏡片的量產鏡頭

圖片來自維基百科

1978：第一支包含非球面鏡片的量產鏡頭。

1974-1980年代：變焦鏡頭大躍進，開始搶走定焦的套頭地位了...

進入1980年代，相機鏡頭的畫質越來越好，膠片的顆粒也越來越細，傳媒界也終於開始廣泛使用135相機。電子技術的發達使相機們先是有了AE（自動曝光），又有了AF（自動對焦），試驗性的數碼相機也不斷誕生。著名的電分也是這時候開始被廣泛運用的，它能將底片數字化，方便出版處理。數碼相機的畫質依然不能獨當一面，因此膠片相機還是佔據了主流。在新千年到來之前，更多的輔助技術不斷誕生，比如說1994尼康Zoom-Touch 105 VR成為有史以來第一種擁有防抖功能的相機。說起來，這時候我們好像還在用海鷗呢...

但在這時候，天文台的各位就已經開始將老的設備掃地出門，迎接他們的新貴——CCD相機了。用日本國立天文台的原話來說，80年代開始就是「CCD的時代」。

使用照相干板的相機

使用照相干板的相機

其實天文學家們討厭照相干板已經不是一天兩天了。使用寫真干板是一件很麻煩的事情，其不便複製的性質也不便於向同行分享資料。但是最讓天文學家們惱怒的，還是照相干板的「倒易律失效」問題和低效率。所謂「倒易律失效」，就是膠片的感光曲線在曝光時間極短或者極長的情況下會偏離固有曲線。這通常來說意味著效率的降低：比如說某環境下，理論上F/4 ISO 800的膠捲曝光1秒就夠了，但是由於倒易律失效，該膠片需要曝光兩秒什麼的。

曝光時間動輒數小時的天文學家們怎麼忍得了這個。

相比之下，CCD不會有這樣的問題，還對近紅外、近紫外光有著良好的轉化效率。CCD在高感光度下的缺陷無非是噪點而已，而這可以通過降溫解決——反正咱有的是錢，噴噴液氦就好了嘛。數字圖像使用起來方便也是一大優點，至少現在做巡天不需要拿著兩塊照相干板看半天了...分享也更方便。

那年頭，數碼相機不實用無外乎這幾條理由：做不大，耗電大，像素低，畫質差。天文用途並不需要多好的畫質，電要多少有多少，像素低在高效率之前也是能忍的。做不大這個問題其實也並非不能解決，比如說下面這種CCD馬賽克...

昴星團望遠鏡所使用的CCD陣列

另外航天工業也迅速使用了CCD，其實最早使用CCD的反而是他們。設計底片返回艙是一件非常耗時耗力、更是耗錢的工作，所以能少一樣東西就少一樣。

也還是在80年代，主動光學與自適應光學誕生了。這其實是兩個差別很大的概念。

主動光學的支撐系統

圖片來自維基百科

主動光學的支撐系統。通過計算機輔助，望遠鏡不再需要單一鏡面，而是可以用多面更小的反射鏡拼接，用主動光學技術保持其鏡面形狀。

自適應光學校正

圖片來自維基百科

自適應光學則是通過使鏡面變形，適應大氣抖動，提高解析度。

1990年，哈勃太空望遠鏡升空。人類終於擺脫了大氣層，能夠到太空中觀測了，而哈勃太空望遠鏡的成就大家有目共睹，就不再詳述了。

未完待續

文章來源 | www.soomal.com