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作者：陳仁傑
本文所討論的是包括徠卡早期的螺紋式鏡頭以及現今的M與R系列鏡頭超過七十年的研發歷史，它反應了高品質鏡頭不斷精益求精的過程，而對於維持徠卡一貫優異品質的設計哲學感到興趣，並且希望聽到相關的闡述的讀者們，在這篇文章中您就可以找到答案了！
鏡頭的功能基本上就是為了捕捉光線，或者我們可以說它是一種讓主體從黑暗背景跳脫出來的藝術。從另一個方面來說，鏡頭的設計在今天可以說是一種非常簡單的任務，可以完全由電腦來完成。時至今日電腦已是輔助鏡頭設計的最佳工具，籍由電腦的輔助設計過去無法製造出來的鏡頭在今天都已成為可能，運用幾個重要的物理程式，以數學的計算方式就可以輕易的計算出相關數據設計出一支尚稱堪用的鏡頭，但對於最頂級的鏡頭來說，光學工程師豐富的經驗與靈感以及工作人員的團隊精神都是電腦無法取代的，他們左右著鏡頭最終的品質，或許我們可以換另外一種說法：要設計出一支質量普通而堪用的鏡頭時，電腦是主角；而要設計出一支出類拔萃的鏡頭時，「人」才是決勝的關鍵。被攝體在底片上所形成的每個細微影像都是光線照到被攝體後所形成的光點（或者是被攝體本身就會發光），經過鏡筒投射在底片上所形成的，光學工程師必需熟知光學折射原理以及重要的數學計算法則才能使微小的光點在鏡筒中行進時保持最佳的狀態。
在沒有電腦幫助的時代光學工程師大約要花一個星期的時間去選擇那一種鏡片結構方式最適合設計要求，比方是左右對稱的高斯結構或者是三片式的柯克結構，而這僅僅只是一連串艱巨工作的開始。然後再拿被攝體的幾個點，將選用的光學結構方式模擬計算光軸的行進路徑。一般來說，所得到的結果都是無法令人滿意的，它們會聚集一個模糊的概略影像，當然了，接下來就是一連串的矯正過程，使我們可以得到一個期望中由中央到邊角都能展現出銳利、無色差、層次豐富的影像。對旱期的光學工程師來說，光學計算的工作是一件非常費時的艱巨任務，說它是一個冗長的審判也不為過，光學工程師要很仔細的推敲鏡片上的每一個折射面，看看它們的焦點是否在正確的位置上？是否落在先前計劃好的光軸線上？計算過每一個鏡片的焦點後，最後再稍做微調，而要計算每一個鏡片的折射狀況都必須經過30個左右的人工計算程序推算出9到16個數據，然後才能推算出結果，並且必須再加以驗算檢查。由於在微調的過程中十分複雜且彼此相關並互相影響，所以要徹底解決並不容易，光學工程師必須考慮整個光學結構問題以及每個獨立鏡片的自身問題，如鏡面弧度、鏡片材質、鏡片厚度以及鏡片距離等等。每個鏡片的些微更改都會對畫面效果有所影響，使其它鏡片的焦點產生位移，產生另一個錯位的光軸，所以整個光學系統的改進就是不斷在這些變數中取得調和，而這些變數超過了50個。而早期的鏡頭設計確實也都是在一堆近似值的數據中取得勉強的平衡，怛這在當時是唯一的解決方法。這種以近似值來取捨的方法只能提供原則性的答案，而像差現象、色差現象等等自然無法避免，每一種鏡片群的結構都會產生某些難以改變的缺陷，比如說是球面像差、慧星像差、色差等等，而這也是妥協平衡後所得到的結果，為了儘量壓低這種妥協所造成的困擾，徠卡的設計人員就必須設計較好的鏡片結構方式。
或許人們會問，為何早期只有為數稀少的鏡頭製造廠才能造出高品質的光學鏡頭？這答案十分容易理解，因在當時只有像徠卡、蔡司（Zeiss）這種大廠有足夠的技術能力，研發出更好的鏡片結構方式來彌補每個鏡片彼此妥協的結果，換言之，較好的鏡片結構方式較能控制每個單獨鏡片無法解決的問題，而當初開發出來的結構方式至今仍為光學結構的基本型式。我們可以拿1933年生產的Summarl：2／50mm與現今的Summicron-Ml：2／50mm或Surnmicron-R l：2／50mm相比，可以發現它們的結構十分相似，事實證明當時這些結構方式甚至達到了現今的技術水準，剩下的就是針對單獨鏡片的矯正。反應敏捷的電腦為現今鏡頭的研發開創了更多更好的可能，我們可以把一大堆複雜又難解的數據交給電腦處理計算，而它處理的能力比任何一個人都要更快、更精準、更值得信賴，當然這些都必須憑藉於電腦中的軟體程式。
如果光學工程師給電腦一個有「明確定義」的設計程式，那麼電腦會自動告知整個光學結構與每個單獨鏡片間互相矛盾砥觸的地方，這是一件不可輕忽的事，它會告知在不同砥觸狀況下不同的結果，甚至於可以根據程式設計中的「明確定義」加以修正，而些微的修正一下光學數據都可以對整個影像效果產生重大的影響。電腦的高速運作計算功能使現今的我們能研發出比以前更加卓越的高品質鏡頭，變焦鏡頭的改革就是明顯的例子，而徠卡早在1951年就已經著手開始以電腦來輔助設計，解決複雜的光學計算問題，徠卡公司是第一個用電腦解決複雜光學計算問題的製造商。
原則上，鏡頭的製造結構都是考慮在某一個確定範圍內有水準以上的影像素質，在某些情況下，比如廣角與望遠時鏡頭必須採用非對稱式的結構，很可惜，這種非對稱式結構的鏡頭其影像素質受到拍攝距離的影響很大，說的精確一點，也就是拍攝比例。鏡頭在設計時就要考慮到無論是在何種拍攝比例（距離）都要能展現出最好的影像素質，在能夠對焦的範圍內它必須是一隻在任何尺寸都可以完全信賴的縮放儀，或者是僅存著可忍受的些微像差。或許我們可以換另外一種說法，在所有的對焦範圍內，也就是鏡頭上所標示的條件內，它們的影像素質必須維持在一定水平之上，即使是在最近的拍攝距離也應當如此，它的影像素質不該出現惡化現象。
更好的光學程式是使影像品質提升的先決條件，但這不是唯一的要素；生產技術的提升，比如說是鏡片的研磨技術；研發新的處理方式，比如是抗反射鍍膜(coating） ；研發新的材質，比如是特殊折射率玻璃，這些要素都必須相輔相成才能製造出現今一流的鏡頭，而這些要素都是早期的鏡頭無法享受到的。特別是在特殊折射率的玻璃熔冶上有長足的進步，影響了現代許多鏡頭的結構方式，這一點在廣角與望遠鏡頭的效果上特別明顯。很多特殊的玻璃在十幾二十年前是不可能製造出來的，新款的特殊折射率玻璃可以使兩種鏡片結構方式一樣的鏡頭產生完全不同的影像素質。概略的說，中、高折射率的光學很明顯的比之前的要改善許多，它們的主要功能在於色彩的改善，例如夾自徠卡威茲拉（Wetzlar）工廠的鋼質高折射率玻璃就廣泛運用在徠卡所生產的鏡頭中，並且使影像素質提升不少。
新研發的光學玻璃到底對鏡頭與影像素質有什麼影響？這可分很多面來逐一討論。首先是鏡片的每一個曲面都能得到更好的折射能力，也就是說它可以儘量減少鏡片的彎曲弧度，而且維持住相同的折射能力，同時可減低畫面的邊緣像差使畫質得到提升，這點對大光圈的鏡頭尤其明顯，而且有助於體積與重量的縮減。
第二個重大的作用則是鍍膜（Coating）。光源在鏡筒內的反射作用降低了影像清晰度，而高折射率玻璃所受的影響又高於低折射率玻璃，但單層鍍膜的技術運用在低折射率玻璃時又很容易產生不自然的色調，能解決這個問題的就是多層鍍膜技術了，但這對那些表面弧度特別彎曲的鏡面又產生了一個問題；鍍膜容易剝落，所以必須再加上黏著層，這使整個鍍膜厚度變得很厚，影響解析度。整體來說，人們會驚訝於多層鍍膜的優點，它將每一片鏡片的反射作用降到最低，只有在極少的狀況下才會偶爾遇到不良的反射作用。
第三點則是鏡片數的減少以及使用能將光譜完全析出的特殊光學玻璃，如此才能對色彩矯正，這種光學玻璃必須對碰撞與溫差有一定程度的抵抗力，瑩石這方面便扮演了非常重視的角色，複合式鏡片的組合方式也能微略達到類似瑩石鏡片單片的效果，怛複合式鏡片容易造成光軸的偏移。另外，當溫度升高時，複合式鏡片較薄的那一片是比較容易分離，所以相對來說複合式鏡片是比較脆弱的。
所有使用者都必須為這些特殊鏡片帶來的優點付出金錢，不論是在原料方面或者是加工成本方面，整體來說成本都往上揚，而它們的重量也會比一般的光學玻璃來的重。這些特殊鏡片的優點是可以有效而平均的減少紫外線波長（UV）對畫面不良的幹擾，產生較佳的色彩還原，因此另外加一片UV鏡對徠卡鏡頭來說便是多餘的，對於剩餘的紫外線在早期的徠卡的鏡頭中是在複合鏡片中的複合層中加上阻絕紫外線的材料，現今則是用鍍膜效果來清除。
現代光學的主要工作就是在那些微不足道的殘留像差中取得平衡。有一大串方法可以檢查鏡頭的影像素質，不論是用實際的拍攝方法、拍攝實景或測試圖，或用0TF、MTF測試法，人們可在畫面中觀察每一個結像點，而不同的拍攝距離也會造成不同的結果，當鏡頭改變光圈或是光源的色彩改變也都會影響影像素質，如果鏡頭設計的好，那麼不論在何種狀況下，它都應有水準一致的表現，這也是徠卡鏡頭一貫的要求基準。殘餘的不良效果並無法完全消除棹，它們彼此之間必須保持平衡。如果要求一支鏡頭必須要涵蓋許多不同用途，那麼便大大增加了設計的難度，比如是近攝鏡頭，它們必須在陽光普照的氣候下對遠處風景的細部做非常精細的描寫，又必須在很短的拍攝距離時達到相同的效果，也必須在人造光源如劇場中的效果與日光下一般，不論在什麼條件下都必須有很好銳利度與解相度。如上所述，要在設計過程中彼此平衡各種變因，除了滿足這支鏡頭在設計之初所訂立的性能外，也要兼顧到對不同題材的表現能力。
如前所述，每一個鏡頭的設計結果都是在結構方式與每一個鏡片間取得一個妥協，為了達到更好的光學表現，因此有必要研發新的光學結構方式以求得更進一步的進展，而這是電腦所無法完成的任務，電腦只能計算出一個數值後再經由光學工程師來確認其是否與之前所訂的要求標準相符合，或者可以說是在一連串有可能的數據資料中找到最佳的組合。至今仍然沒有任何一種方法可以將我們所要的鏡頭特性敘述給電腦，然後依此要求製做出完全符合理想的產品。
除了功能目的外，要評價一支鏡頭的效果純就光學表現的觀點來說仍有許多必須注意的，如果一支鏡頭的零件組裝不良，那麼這也是很明顯的缺失，不論鏡頭處於何種狀態，是手持或用三腳架，垂直或是水平都必須有一定的品質，而這牽涉到機械結構問題，也會牽涉到光學設計，特別是對單眼相機的鏡頭而言，更是如此，光圈自動收縮功能會牽動一連串的相關問題以及它與機身接臺的問題。光圈自動收縮功能必須在大約1／20秒內由最大光圈縮小至最小光圈，這個動作必須要在快門開始曝光前完成，否則會造成曝光的失誤，整個傳動過程要儘可能的輕才能減輕相機的晃動，使鏡頭的光學品質得以充分表現。
另一個問題來自於每一個徠卡相機使用者的期望。希望鏡頭變的更輕更小，在攜帶時才不會感到那麼沉重，例如使用鋁合金就可以使重量明顯減輕，但僅僅在對焦筒的螺紋上適合用鋁合金，徠卡的鏡頭都是由鋁合金與銅鋅合金組合而成的，雖然它們比較重但可以得到比較穩定的效果。雖然經過強化的玻璃纖維材料可以使鏡頭的重量減輕，但它無法承受較大幅度的溫差，冷縮熱脹的狀況嚴重，影響鏡頭的精密度，當然也就影響了畫面的品質。
減少鏡筒每個零件的厚度也可減輕整支鏡頭的重量。怛也會降低整支鏡頭堅固耐用的特性。在選擇材料時，我們須考慮到它是否堅固耐用，這也是徠卡鏡頭馳名的原因。徠卡的每支鏡頭都必須考慮到全開光圈的影像素質以及在不利的拍攝條件下依然有最佳的表現，而這也是它自1925年開創35mm攝影以來所堅持的信念。
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