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变焦镜头如何诞生？ 你所不知道的故事

　　现在为相机配置一款变焦镜头似乎是理所当然的事，而选择定焦镜头反而显得另类。而在55年前，拍照的人只能使用定焦镜头，因为那时世界上第一款用于摄影的变焦镜头还没有问世。那么，到底是谁开创了变焦镜头的先河?很多人都以为，此君是美国的弗兰克·巴克博士，因为他是变焦镜头发明者，然而也有人并不认可这种说法。本文以变焦镜头的发明为引子，主要介绍“变焦镜头之父”弗兰克·巴克在美国的创业故事以及他与爱因斯坦的友谊。

　　谁发明了变焦镜头?

　　多数史料显示，变焦镜头的发明者是被誉为“变焦镜头之父”(Father of The Zoom Lens)的弗兰克·巴克博士(Dr. Frank Gerhard Back)，因为他在1959年为名为“Bessamatic”的福伦达135单反相机设计了Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头，这是世上最早的摄影用变焦镜头。在这款变焦镜头前口外侧，不仅有福伦达的德文名称“Voigtl?nder”，还有弗兰克·巴克的注册公司名称“Zoomar”(祖马尔)。除了福伦达变焦镜头上一直使用“Zoomar”标志外，其他品牌的变焦镜头上通常会有“Zoom”(变焦)标志，因此很多人推测，“Zoom”一词就来源于“Zoomar”，是后者的缩写。

　　不过，英国学者尼克·豪尔(Nick Hall)在他的《变焦镜头的历史》一文中阐述：弗兰克·巴克并不是变焦镜头的发明者，“Zoom”一词也并非来自于弗兰克·巴克的公司名称“Zoomar”。

　　查英汉词典可知，“Zoom”一词有“嗡嗡作响”、“急速上升”以及“变焦”等几种解释。那么，摄影镜头的“变焦”之意，到底是从“嗡嗡作响”和“急速上升”引申而来，还是弗兰克·巴克的“Zoomar”缩写呢?

　　英国皇家学会档案记载，早在法国人达盖尔(Louis Jacques Mand Daguerre)的摄影术公布之前，英国数学家彼得·巴洛(Peter Barlow)就向英国皇家学会提出了“变焦”望远镜的构想。巴洛先生的设想是：在伸缩式望远镜的目镜组内加上一块负透镜，使加长的透镜可以调节，从而能够以任意的比例改变其放大倍数，甚至“无须使透镜离开眼睛或使视线离开所观察的目标”。

　　到了1850年代，意大利人伊戈纳吉奥(Ignazio)就制作出“巴洛式”望远镜，并用之研究日食。后来一些人根据巴洛的构想不断尝试设计能“变焦”的镜头。19世纪末20世纪初，美国光学家查尔斯·艾伦(Clile C. Allen)的实验终于有了成果，他因此还在1902年获得了变焦镜头的发明专利。艾伦在两片固定镜片之间加入一块活动镜片。使用时，当活动镜片远离前镜片时，会使焦距缩短;相反，当向另一方向移动时就使焦距增大。在最短和最长的位置上，影像可以得到“补偿”，即焦点保持相同。在中间位置时，焦点虽有所偏移，但是，只要使用较小的光圈，这种偏移还是可以接受的。

　　在德国有人说，世界上最早成型并得到应用的变焦镜头，是德国光学家赫尔穆特·纽曼(Helmut Newman)于1932年为西门子公司16毫米电影机设计的25-80mm f/2.8镜头。

　　不过英国人却认为，赫尔穆特的变焦镜头只是传说，无从可考，1932年，英国的泰勒-霍普森(Taylor & Hobson)公司从英国库克(Cooke)公司定制了一款变焦镜头，这才是世界上最早实用化的变焦镜头。

▲这是美国光学家查尔斯·艾伦在1902获得变焦镜头发明专利的图纸。(图片来尼克·豪尔的个人网站)

　　美国人既不同意德国人的说法，也不认可英国人的观点。美国人说，美国贝尔-豪威尔公司(Bell & Howell)的电影机也在1932年用上了一款Cooke Varo 40-120mm变焦镜头，但这些都不是最早的变焦镜头，因为早在1920年代，约瑟夫·沃克(Joseph B. Walker)就为派拉蒙影业开发出变焦镜头。其确切证据就是：美国电影史上首位艳星克拉拉·鲍(Clara Bow)主演的电影《It》，就有了变焦镜头的推拉效果，这部电影公映于1927年。

▲这是一个简单的变焦镜头光学结构示意图，它采用了光学补偿法以校正焦点漂移。L1和L3是前、后两块凸透镜，其中的L3是固定的。当中间的凹透镜L2从前往后移动产生变焦效果时，凸透镜L1也向前、向后做一个抛物线运动。(图片来自维基百科)

　　无论谁是谁非，变焦镜头于1930年前后开始进入实用阶段却是事实。不过，在当时的技术条件下，变焦镜头的生产成本很高且光学质量远低于定焦镜头。另外，变焦镜头的镜片数量比定焦镜头多得多，在缺乏镀膜的情况下，由多达十余枚镜片组成的变焦镜头反光率很高而透光率很低。因此，早期的变焦镜头实际使用效果很差。不久，第二次世界大战爆发，上述变焦镜头的实践也随之灰飞烟灭。

　　变焦镜头时代的真正开启，发生于第二次世界大战结束后，也就是电视开始兴盛时代。此时从奥地利移民到美国的弗兰克·巴克看到电视的广阔前景后，放弃了自己正在主攻的内窥镜技术研究，专心为美国广播公司开发变焦镜头。弗兰克·巴克对自己的镜头“变焦”理想颇为得意，他将英文单词“Zoom”后面加上“ar”，为他设计的变焦镜头(包括公司名称)起名为“Zoomar”，从而将英文“Zoom”一词的“急速上升”原意引申为“镜头之变焦”。后来，祖马尔公司也生产定焦镜头、折反镜头以及其他光学产品，不过所有的产品都叫“Zoomar”。

　　弗兰克·巴克发明的第一款变焦镜头是Zoomar Variofocal 17-53mm f/2.9，他后来将其发展成“17-53mm+35-106mm”变焦镜头套装，并申请了专利。1946年，在派拉蒙影业拍摄的新闻短片中，弗兰克·巴克的变焦镜头得到了应用。不过，“Zoomar”镜头真正扬名发生在1947年。是年，美国广播公司在棒球和美式橄榄球的电视转播中，一些画面采用了变焦镜头的“推拉”效果，让观众觉得特别新鲜。随着电视在全球的普及以及美国文化对西欧和东洋的“入侵”，祖马尔公司生产的变焦镜头逐渐引起更广范围的关注。

▲被誉为“变焦镜头之父”的弗兰克·巴克全名是“Frank Gerhard Back”(弗兰克·杰哈德·巴克)，或简称“Frank G. Back”。他生于1902年8月25日，卒于1983年7月6日。由于他出生于德语国家奥地利，因此他的姓氏“Back”按照德文发音应该读作“巴克”，而不是英文的读音“拜克”。此图是加拿大人像摄影大师尤素福·卡什专门为弗兰克·巴克拍摄的名人肖像。为了突出“变焦镜头之父”这一身份，卡什特意将弗兰克·巴克发明的Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头以及一款电视变焦镜头用作道具。(图片来自谷歌网)

　　1958年，联邦德国的福伦达公司在开发自家第一款单反相机Bessamatic时，希望为它生产一款能够变焦的镜头，公司方面想到了美国的弗兰克·巴克博士。这个时候，镜头的镀膜技术已经较为成熟，镀膜后的镜片反光率已经大幅度降低—尽管当时还是单层镀膜—这为变焦镜头明显改善整体透光性能提供了可能。

▲这是弗兰克·巴克为福伦达Bessamatic单反相机设计的Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头，前镜片非常大，滤镜口径为95mm。这是世界上第一款摄影用的变焦镜头，除了福伦达Bessamatic 135单反相机的DKL接口外，该镜头还有少量蔡司·伊康Icarex 135单反相机的BM版本以及爱克山泰135单反相机版本。(图片由北京祥升行相机博物馆提供)

　　弗兰克·巴克根据福伦达公司的要求，设计出了一款变焦范围是36-82mm、光圈为恒定f/2.8的变焦镜头。在镜头11组14片的光学结构中，专门有一组镜片用来补偿变焦所造成的焦点偏移(光学补偿法)。这款镜头最终委托给德国慕尼黑的海因茨·基尔菲特(Heinz Kilfitt)光学工厂代工，并于1959年实现量产。这是世界上第一款摄影用的变焦镜头，全称是“Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8”。“Zoomar”在这里既代表了祖马尔公司，也表示它是一款变焦镜头。1980年代之后，威达、图丽、秀丽等厂商代工了几款福伦达品牌且含有“Zoomar”标志的镜头，如Voigtlander Apo-Zoomar 28-210mm f/4.2-6.5 VMV、Voigtlander Color-Zoomar MC 35-135mm f/4-4.5 Macro、Voigtlander Color-Zoomar MC 80-200mm f/4，不过这几款镜头的“Zoomar”仅仅代表“变焦”之意，实际与弗兰克·巴克的祖马尔公司无关。

▲Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头的产品说明书(图片来自易贝网)

　　除了得到祖马尔公司授权的福伦达公司外，其他公司开发出变焦镜头后自然不能使用弗兰克·巴克已经注册的“Zoomar”来表示变焦，于是就直接用英文单词“Zoom”表示“变焦”。

▲Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8镜头的变焦原理图(图片来自维基百科)

　　虽说彼得·巴洛、查尔斯·艾伦等人对于变焦镜头的探索与实践都比弗兰克·巴克早得多，但是他们的知名度和影响力有限，并没有得到“变焦镜头之父”的美称。在中外摄影正史和野史上，“变焦镜头之父”的头冠还是实实在在地落在了弗兰克·巴克的脑袋上。

　　无论英国的尼克·豪尔，又或是其他严肃的学者，想法设法搬掉这顶头冠最终都无可奈何，谁让摄影发烧友人多势众呢!正是因为弗兰克·巴克为照相机镜头的“变焦”开了先河，从此才有了尼康、佳能、宾得、美能达、适马等厂家诸多经典变焦镜头的问世。

　“变焦镜头之父”的美国梦

　　“变焦镜头之父” 弗兰克·巴克，于1902年8月25日出生于奥地利首都维也纳，并在那里读完了中学。1925年，弗兰克·巴克开始攻读博士学位。1931年，他成为一名工程师。1938年3月15日，弗兰克·巴克的祖国奥地利被纳粹德国吞并，弗兰克·巴克在半年后离开维也纳移居法国;1939年夏天，弗兰克·巴克在德国入侵法国之前又移民到了美国。从时间点推测，弗兰克·巴克应该是一名犹太人，他为了躲避纳粹对犹太人的迫害，及时离开了纳粹的势力范围，从而躲过了迫害。初到美国后，弗兰克·巴克以工程师的身份在几家公司打过工，还销售过他发明的内窥镜。1944年，他成立了自己的“研究与发展实验室”。

　　1945年，他又成立了祖马尔实验室(The Laboratories of Zoomar)，即祖马尔公司，并担任总裁和首席工程师。从祖马尔实验室的简介以及祖马尔公司的工作书等资料来看，弗兰克·巴克当时有一个很大的梦想。他认为：尽管欧洲的德国、英国和法国在光学方面有着悠久的传统，并且在摄影镜头的制造方面也有着丰富的经验，但是二次大战给欧洲带来极大破坏，同时造成大量人才流失，摄影镜头的未来一定属于蒸蒸日上的美国，而变焦镜头也必将取代定焦镜头的主流地位。

　　1966年10月，弗兰克·巴克听说他的德国老朋友海因茨·基尔菲特想卖掉工厂后退休，于是带人访问了这家位于慕尼黑市南郊伊萨尔河畔的光学工厂，并顺利完成收购。弗兰克·巴克将兼并后的“Heinz Kilfitt”工厂及产品改名为“Zoomar-Kilfitt”;1968年，又将其更名为“Zoomar”。此后，基尔菲特众多的经典镜头就正式成为祖马尔公司的一部分，其中最著名的当属Zoomar(Kilfitt)90mm f/2.8 Macro镜头。

　　弗兰克·巴克一些重要发明的合作者是他的妹夫赫伯特·洛文(Herbert Lowen)。在他们的众多发明中，知名度最高的就是世界上第一款摄影用变焦镜头—Voigtlander-Zoomar 36-82mm f/2.8。不过，弗兰克·巴克和他的团队还有过很多惊人的发明制造但鲜为人知。1972年，祖马尔公司发明了世界上第一款专业微距变焦镜头—Zoomar 50-125mm f/4 Macro。四年后，威达公司才开发出世界上第二款微距变焦镜头Vivitar Series 1 90-180mm f/4.5 Macro，尼康公司的Nikkor AF 70-180mm f/4.5-5.6 Macro按时间顺序只能当老三。1970年代初，祖马尔公司还曾研发过一款Zoomar 85-170mm f/2.8 Macro大光圈微距变焦镜头，但该镜头并未真正上市。

▲Zoomar 85-170mm f/2.8 Macro大光圈微距变焦镜头(图片来自RAHN AG网)

▲Zoomar Zoomatar 240mm f/1.3镜头(图片来自易贝网)

▲Zoomar Zoomatar 180mm f/1.3镜头(图片来自易贝网)

▲世界首款微距变焦镜头Zoomar 50-125mm f/4 Macro (图片来自谷歌网)

　　1975年，祖马尔公司还专门为中画幅相机和70毫米电影机开发了Zoomar 170-320mm f/4变焦镜头。从规格上看，它确实比施耐德公司为哈苏、禄来等中画幅相机开发的Schneider-Kreuznach Variogon 140-280mm f/5.6厉害多了。另外，看到Zoomar Zoomatar 180mm f/1.3和Zoomar Zoomatar 240mm f/1.3这两款镜头的名称后，估计当今所有大光圈镜头的设计师都会迅速收起骄傲的神情。不过，这些超大光圈的镜头只能证明弗兰克·巴克的雄心壮志，真正能够为公司带来利润的主要还是电视摄影镜头以及夜视仪等监视产品。祖马尔公司另外一大产品系列是折反镜头，这种产品主要用在电影、电视和天体观测等领域，也有一些为照相机开发的型号。

▲这些发黄的报纸是弗兰克·巴克生前的个人收藏品，报纸上刊登有关于爱因斯坦的文章以及弗兰克·巴克本人的事迹介绍，时间跨度为1950-1980年代。

　　后来，事情的发展并没有如弗兰克·巴克所愿，世界摄影镜头的中心并没有从欧洲转移到美国，而是从西洋转移到了东洋。在日本摄影和摄像器材厂商的强大生产力面前，弗兰克·巴克的祖马尔公司也像其他欧美厂商一样，成了弱势群体中的一员，并最终在1970年代后期被迫退出了民用产品领域的竞争。弗兰克·巴克博士也怀着未尽之梦，退休了。

▲这是从谷歌卫星地图搜索到的祖马尔实验室旧址，其主体建筑也几乎保持原样。它位于美国纽约长岛的格伦·科夫镇，具体地址是“55 Sea Cliff Ave, Clen Cove, Long Island, New York 11542”。

　　弗兰克·巴克随后从美国东海岸的纽约长岛搬到西海岸的圣地亚哥(San Diego)。在圣地亚哥市郊的一栋别墅里，“变焦镜头之父”度过了他最后的时光。弗兰克·巴克无论搬到哪里都会携带着他那些最珍贵的资料，直至1983年7月6日辞世。这些资料记载了他早年的梦想，同时也承载着他对一位挚友的承诺。弗兰克·巴克的遗物大部分珍藏在美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的曼德维尔特殊收藏图书馆(Mandeville Special Collections Library)，还有一些资料散落到收藏者手中。

　　弗兰克·巴克去世后，他的妹妹伊丽莎白·洛文(Elizabeth Lowen)想到一个方法纪念她这位出色的哥哥—出资设立“弗兰克·巴克博士工程学奖学金”(Dr. Frank G. Back Engineering Fellowship)，以奖励雅各布学校(Jacobs School)出色的研究生。

　　据伊丽莎白·洛文介绍，她的哥哥弗兰克·巴克除了“变焦镜头之父”这一桂冠外，还有诸多显赫事迹：1940年代，研发现代胃窥镜;1969年7月16日，人类首次登上月球，美国宇航员阿姆斯特朗使用特制的70毫米照相机拍摄了同伴奥尔德林降落月球的情形，这款特殊相机的设计者之一就是弗兰克·巴克……

　　“变焦镜头之父” 在31年前就离我们而去，不过他在纽约长岛上的祖马尔工厂和慕尼黑伊萨尔河畔工厂的主体建筑至今还保持原样—“雕栏玉砌应犹在，只是朱颜改”。

地球有一个围绕它的光环吗?

　　弗兰克·巴克一生最重要的朋友就是“世纪伟人”阿尔伯特·爱因斯坦博士(Dr. Albert Einstein)。两位博士成为密友首先源于他们有着共同的经历：他们是奥地利维也纳老乡，且都在1930年代为躲避纳粹迫害辗转来到美国。不过更重要的是：弗兰克·巴克本身也是一位天文爱好者，并且他的祖马尔实验室能够制造用于天体观测的超长焦距镜头，这让他与爱因斯坦关于“相对论” 有了许多共同语言。或许是因为生产出超长焦镜头才让弗兰克·巴克产生了天文爱好，也可能是因为认识爱因斯坦才让他萌发了超长焦镜头的开发愿望。

▲弗兰克·巴克的限量版著作《Has The Earth A Ring Around It?》(地球有一个围绕它的光环吗?)。

　　1955年3月14日是爱因斯坦76岁生日。这天，弗兰克·巴克为爱因斯坦举行了生日聚会。让弗兰克·巴克没有想到的是，这竟然是爱因斯坦的最后一个生日。在这个生日聚会上，两位博士对三个多月后的那一天特别期待—在1955年6月20日，东南亚一带将会有7分20秒的日全食观测机会，这将是证明广义相对论的大好时机，即观测和拍摄星星的光线在太阳这个巨大物体的引力场中发生偏折的现象。弗兰克·巴克向爱因斯坦承诺，自己将利用这次难得的机会，飞赴菲律宾观测并拍摄日食，回来后就向爱因斯坦汇报详情。

▲这是弗兰克·巴克个人珍藏的反转片资料，其中就有他拍摄的日食照片。他在其中一张反转片的片框上还标注了东南西北方位，并写有“diamond ring flash”，即日全食的“钻戒光”现象

　　为了拍摄这次日全食，弗兰克·巴克早早便乘坐军用飞机，踏上前往菲律宾群岛的行程。没想到就在他前往马尼拉的途中，也就是1955年4月18日，他的好友爱因斯坦博士离世了。弗兰克·巴克闻讯后悲痛不已，几乎要打道回府，不过他还是坚持继续下去，并于1955年6月20日成功拍摄了日全食，完成了爱因斯坦的重托。然而，他的观测与拍摄结果又能给谁看呢?他一路的辛苦与收获又能向谁诉说呢?弗兰克·巴克于是出版了一本限量版的书。他在扉页中写着：“In Memoriam Albert Einstein”(悼念阿尔伯特·爱因斯坦)。

▲爱因斯坦给弗兰克·巴克的一封信，刊登在《Has The Earth A Ring Around It?》一书中。

　　这本书的名字更是意味深长：《Has The Earth A Ring Around It?》(地球有一个围绕它的光环吗?)。

　　在《Has The Earth A Ring Around It?》一书的前言中，弗兰克·巴克深情地写道：

　　“这本书是对我尊敬的故友阿尔伯特·爱因斯坦献上的一份特别纪念，正是在他的鼓励和敦促下，我才成为一位去菲律宾探寻日食之谜的天文观测者。

　　“这让我想起许多我们在一起的难忘时光。那时我们一起讨论的不只是科学问题，还有那些感动和唤醒世界的很多问题。

　　“在奔赴马尼拉的途中，我听到了这位当代最伟大的天才逝世的消息，我当时几乎放弃了自己的计划。我曾承诺回来后要当面给他汇报，然而他却不在了，我也就失去了继续前行的动力。但是转念一想，我觉得必须要完成这个使命。

　　“这本书是一个直白而真实的事件报告，只是不能亲口告诉给阿尔伯特·爱因斯坦，而是以书面的形式呈现出来。”

　　爱因斯坦给弗兰克·巴克的一封信

　　弗兰克·巴克为爱因斯坦举行生日聚会的两天后，即1955年3月16日，爱因斯坦还给弗兰克·巴克写了一封信，书信全文如下：

　　尊敬的巴克先生

　　在我看来，日食附近的空中光辉与地球大气没有关系。日食周围空中的光辉必然来自太阳的临近区域。如果来自太阳的在一定距离内的光粒子被直接照射，那么这些光粒子就是向我们发来的直射光，也就是太阳周围会产生一道光亮。如果情况确实如此，那么对这些光进行光谱分析会是相当有趣的，但这种实际情况并不容易观察到。无论如何，我都相信你的发现将是非常有意义的。令人奇怪的是，到目前为止还没有人认真思考过这个问题。

　　很高兴你这么快就恢复了健康。我最诚挚的问候!

　　你的A.爱因斯坦