深度解析光学镜头

关键词： 光学 , 光学镜头 , 镜头

　　　　镜头是什么？
　　我们这里说的镜头是物理和光学意义上的镜头，是照相机感光元件之前，由透镜组成的光学装置，也就是单反和微单上你能用手拧下来的那个玩意儿。不同的镜头由于光学设计的不同，内部构造也千差万别，而其成像素质的优劣，则取决于光学设计的水平和镜片材质的好坏。
　　镜头的外部和内部构造
　　镜头的外部构造：
　　一只镜头的可见部分，我们叫它外部构造，一般通常都具备的，包括变焦环、对焦环、对焦模式切换等等。当然在镜头的外壳上，肯定会详细的标注出镜头的焦距、光圈、口径等参数，这些也是您了解一只镜头的最直接途径。

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图1 镜头的外部构造

　　1、对焦环：在MF手动对焦时转动可调整是否合焦
　　2、变焦环：转动可调整镜头的焦距，也就是“俗称”的拉近和缩小
　　3、对焦指示窗：显示对焦数据
　　4、对焦模式切换：切换手动和自动对焦（还可能有防抖开关等）
　　5、镜头螺纹和遮光罩卡口：位于镜头前组，螺纹可拧滤镜，卡口可固定遮光罩
　　6、卡口和触点：卡口用于和机身连接，触点负责拍摄数据的传输
　　镜头的内部构造：
　　镜头的内部构造十分复杂，也是最能反映一只镜头好坏的部分，直接关系到成像素质。这部分我们不可见，一般由结构复杂的多组多枚透镜组成，不同的透镜加工方法、材质均不同。镜头的好坏与透镜数量的多少并非简单的正比关系，这点需要注意。

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图2 镜头的内部构造

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图3 镜头内部会有很多特殊镜片，比如非球面镜、

超低色散镜片等，直接影响镜头成像，反映在MTF曲线上

　　除了透镜之外，镜头内部还有用来调整进光量的光圈叶片，它进行类似瞳孔的放大和收缩动作，控制受光量，对快门速度、景深等造成影响。一些具备防抖功能的镜头，在内部构造上还会有电机驱动的防抖组件，此外如果镜头采用镜身马达，也会有移动的镜片来控制自动对焦。
　　镜头的焦段
　　区别不同镜头的两个最明显指标就是焦段和光圈。先说焦段，相机的镜头是一组透镜，当平行于主光轴的光线穿过透镜时，会会聚到一点上，这个点叫做焦点，焦点到透镜中心（即光心）的距离，就称为焦距。焦距固定的镜头，即定焦镜头；焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。

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图4 镜头的焦段

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图5 焦距和视角的关系

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图6 鱼眼能达到180°视角，而800mm长焦则只有3°5"的视角

　　镜头的焦距现在基本都用mm作为单位，数值越大，焦距越长视角越窄，也就是看的越远；数值越小，焦距越短视角越广，也就是画面里容纳的景物范围更大。可以改变焦段的镜头叫做变焦镜头，不可改变的则是定焦镜头。
　　镜头的光圈
　　除了焦段之外，光圈是区分镜头差别的另外一项主要参数，决定镜头的通光量。光圈的大小直接影响快门速度和景深，因此在拍摄夜景、以及人像时，在焦距相等的情况下，我们偏爱使用大光圈的镜头。

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图7 光圈可比喻为瞳孔，通过缩放改变通光量

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图8 镜头的光圈

　　一只镜头有最大光圈和最小光圈，我们一般关注的都是最大光圈，最小光圈则显得不是那么重要。数值越小，光圈越大，f/2.8光圈小于f/1.8光圈。通常来说，同品牌的镜头，在焦距相等的情况下，光圈越大，镜头档次越高，价格也越贵。
　　对于变焦镜头，还有一个概念叫是否固定光圈，实际意思就从广角端到长焦端，其最大光圈的数值是否是固定不变的。注意：固定光圈镜头绝不是指镜头的光圈不能改变。固定光圈镜头的价格一般来说比较高，非固定光圈镜头在制造难度上较小，成本也更低。
　　在拍摄时，长焦端比广角端需要更高的快门速度，因此通常来说，拍摄者使用非固定光圈镜头在长焦端拍摄时受限更大。而固定光圈镜头，在长焦端也可以保持与广角端相同的最大光圈，因此适用范围更广，在同等长焦端下可拥有更高的快门速度和更浅的景深。通常来说，如果两只变焦镜头焦段相同，固定光圈镜头价格高于非固定光圈镜头。
　　对焦驱动模式和光学防抖
　　对焦驱动的不同：
　　镜头自动对焦时驱动镜片移动的动力源是对焦马达，镜头也有内置马达和不内置马达的区别。非内置马达的镜头，通常在卡口处有一个杆状结构可以与机身连接，利用机身马达的动力驱动镜头对焦。而内置马达的镜头则可以直接通过触点传来的信号，利用自带的马达调整镜片完成对焦。

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图9 镜头内通过一组镜片的移动控制对焦

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图10 超声波马达在高端镜头上应用较多

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图11 佳能的微型超声波马达应用在中低端镜头上

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图12 而环形超声波马达则应用在高端镜头上

　　而镜头内置马达，现在普遍会使用超声波马达，这是一种利用超声波区域振动源的频率来进行转动的马达，可以实现更安静、快速的自动对焦。在驱动时，它不需要任何机械性的零件接触（比如齿轮），启动的速度也比一般的对焦马达更快。一般来说，在价格可以接受的情况下，尽量选择超声波马达镜头。
　　光学防抖：
　　光学防抖实现有两种方式，分别为镜头防抖和机身防抖，这里我们说的是镜头防抖。防抖是通过镜头内置光学影像稳定系统来实现的，通过影像稳定器修正光学部件的运动来抵消震动对成像的影响，它能感应到手的震动并把其转化为电信号，这个信号在经过镜头内置的电脑处理后，会控制一组光学部件做出与之平行的反移动，来修正震动引起的光线偏移。

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图13 光学防抖可纠正震动引起的光线偏移