200 mm 定焦镜头教程（第 C 部分）：与 Cooke 三片式镜头的比较

1. 定焦镜头与 Cooke 三片式镜头

如果你尚未学习 Cooke 三片式镜头教程， 建议在继续之前先完成该教程。Cooke 三片式镜头 （??） 是最基础且在历史上极为重要的镜头设计之一，它为理解经典光学系统的构建与平衡方式 提供了清晰的参考。当你在 Cooke 三片式镜头上重复相同的基于光线的工作流程时， 光线行为中的关键差异会立刻显现。尽管这两种系统都能够成像， 但它们代表了截然不同的设计理念：在 Cooke 三片式镜头中， 光学功率集中在少数几个元件上，导致光线发生突然且高度局域化的弯折， 边缘光线迅速偏离近轴光线。这使 Cooke 三片式镜头非常适合用于可视化 经典像差平衡，同时也使其局限性一目了然。

2. 分布式光学功率与光阑的作用

相比之下，现代 200 mm 定焦镜头 （??） 将光学功率分布在更多的表面上。单次折射更为温和，光线被逐步引导， 而非突然重新定向；没有任何一个表面显得“承担了全部工作”。 尽管镜头结构更为复杂，但光线路径通常看起来更加平稳、有序。 这是现代摄影光学的一个典型特征：复杂性用于控制光线族， 而不仅仅是提高原始光学功率。

光阑的作用也有所不同。在 Cooke 三片式镜头中， 光阑通常位于接近光学中心的位置，缩小光阑主要以对称方式 减小整体光锥。在现代定焦镜头中，光阑往往在光学上发生位移， 光线在光阑前后都被有意塑形。因此，改变光阑可能会影响 哪些表面被照亮以及裁剪发生的位置，有时这些变化会出现在 距离光阑本身很远的地方。

3. 主光线与边缘光线：视场依赖性与像差

主光线的行为凸显了另一项关键差异。在 Cooke 三片式镜头中， 随着视场角的增加，离轴主光线会发生显著倾斜， 使得场曲和彗差在视觉上十分明显。在现代定焦镜头中， 主光线受到更严格的控制，通常以较小的入射角到达探测器。 视场依赖性被逐步吸收，而不是表现为单一主导的倾斜， 这有助于现代镜头在更宽的视场范围内保持成像质量。

边缘光线的处理方式也截然不同。在 Cooke 三片式镜头中， 边缘光线会撞击曲率最大的表面，并对大多数像差负责。 在现代定焦镜头中，边缘光线被引导通过光学系统中的特定区域， 通常经过成对设计的正负光学元件，专门用于对其进行管理。 从视觉上看，三片式镜头中的边缘光线显得“狂野”， 而在现代镜头中则显得受控且受限。

4. 设计演进与稳健性

对扰动的敏感性也存在显著差异。探测器位置、光阑尺寸或视场角的 微小变化，往往会在 Cooke 三片式镜头中产生巨大而明显的影响。 现代定焦镜头的响应则更加温和：相同的扰动只会导致光线结构和 光斑形状发生较为细微的变化。这种降低的敏感性反映了 通过引入更多自由度来稳定性能的设计策略。

并排观察，这两种系统展示了从最少元件设计向现代多元件镜头的演进： 前者需要精细但暴露的像差平衡，后者则在整个系统中主动管理光线行为。 能够直接通过光线路径看到这种差异，是以几何为先的光线追迹工作流程 的一大优势。