相机镜头常见结构溯源

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1、相機鏡頭：從透鏡說起 冼鏡光August6,2008上線         每次寫到與鏡頭有關的文字時總是有點困擾，如果不是得重覆一些以前寫過的內容、就是得加上些拉雜的解說，但是能夠引用的攝影鏡頭中文基礎資訊（不是那些鏡頭規格或測試報告）實在不多，要有的話也許都在大學教科書中，不見得每一位攝影同好都有機會讀得到，而且這些內容可能分散在書本裡頭、還得讀不少冷冰冰也許與相機鏡頭沒多大關係的基本知識。所以為了往後貼文（或許出書）方便，掙扎許久之後終於打定主意把這些基本知識先整理一番、陸陸續續寫出來，為往後的文字打好基礎、並且留下一個記錄。        不過這也有潛在的困難，說到鏡

2、頭就免不了要講到一些光學課題，更免不了會有式子與計算，相信大多數攝影與玩相機鏡頭的朋友不一定對這些比較技術性的內容有很大興趣，所以我的做法是在正文中儘量做描述性的討論，而把技術性的論題（如果有的話）留到文末。這個做法當然有失嚴謹，但在目前這是我能想到的最好方法，再者不論如何寫都總是會有人批評太技術性，所以本文與往後這個系列的文字太致上會維持在這個水平上頭。        本文是這個系列的第一篇，我們在此地用不十分嚴謹的方式介紹相機鏡頭的幾個重要元素，它們是透鏡、收斂與發散、複合透鏡、像差、以及幾個常見的名詞（achromat、apochromat、superachromat

3、等等）。有了這些基本認識之後，我們會從下一篇起介紹一些古典的鏡頭，譬如triplet、Tessar、Sonnar、Planar、Hypergon、Topogon、Biogon等等。  球面透鏡        相機鏡頭中最常見的就是球面透鏡，這種透鏡的表面是球面的一部分，它們可以分成兩類：凸透鏡（convexlens）與凹透鏡（concavelens）。考慮兩個球，一個球的球心在C1半徑為r1，另一個球的球心在C2半徑為r2，如果這兩個球只有部份相交（下左圖），共同的部份就是一個凸透鏡；反之，如果兩個球不相交（下右圖）、或一個球包含﹞另一個球，透鏡就不是兩個球的共同部份，這是

4、一個凹透鏡。一般而言，凸透鏡的中心比邊緣厚，凹透鏡的中心比邊緣薄。          下圖是幾個凸透鏡的例子，（a）是最常見的雙凸透鏡（biconvexlens），兩個球的球心分別在透鏡的兩側。因為平面可以視為一個球心在無窮遠、半徑是無窮大的球面，所以當右方的球面退化成平面時得到（b），若左方的球面退化成平面則是（c），這兩者是所謂的平凸透鏡（plano-convexlens）。如果兩個球心在透鏡的同側，我們就得到凸新月形透鏡（convexmeniscuslens），這是圖（d）。          基於同樣的概念，凹透鏡也有以下的四個型式，我們在前面看過了（a），這是雙凹

5、透鏡（biconcavelens）；如果有一個球面退化成平面，我們得到（b）或（c）的平凹透鏡（plano-concavelens）；如果兩個球心在透鏡同側（亦即大球包含了小球），就是（d）的凹新月形透鏡（concavemeniscuslens）。          上面例子中兩個球的球心不在同一個位置，但若兩者重合就會出現下面兩種情況，在（a）中透鏡由兩個（可能一樣大的）半球組成，共同的球心在透鏡內部；（b）是另一個情況，兩個球同心，不過球心在透鏡外。    收斂與發散        透鏡的光學玻璃會產生折射。在一般攝影場合，透鏡的週圍是空氣，因為玻璃的折射率大於空氣的折

6、射率，於是在凸透鏡的情況下，與軸線（兩個球心的連線）平行的入射光被折向軸線（收斂），但在凹透鏡的場合光線卻會被折射到離開軸線的方向（發散）。下面是雙凸透鏡與凸新月形透鏡的示意圖，與軸線平行的入射光到達透鏡的表面時，會因為透鏡的折射而把光線折向軸線方向，然後光線到達另一個表面、再度折射離開透鏡到達在軸線上的一個焦點（focalpoint），所以我們說是「收斂」。          下面是雙凹透鏡與凹新月形透鏡的示意圖。先看雙凹透鏡的例子，與軸線平行的入射光到達透鏡表面時折向離開軸線的方向而進入透鏡，到達第二個表面時再次折向離開軸線的方向，最後這一段光線的延長線（用虛線表示）會

7、經過軸線上的一個焦點。凹新月形透鏡則稍許不同，進入透鏡的光線會先折向軸線，但穿出透鏡時會折向離開軸線的方向，它的延長線也會經過軸線上的一個焦點。正因為出射光會偏離軸線方向，所以我們說是「發散」。    複合透鏡        鏡頭設計者為了修正各種像差（見下文），常常會把若干片透鏡黏在一起成為複合透鏡，兩片黏在一起叫做雙合透鏡（doublet）、三片的叫做三合透鏡、四片是四合透鏡等等。下面是一個雙合透鏡的例子，兩片透鏡合起來有收斂的效果，所以等於是一片凸透鏡；複合透鏡也可能發散，這就相當於一個凹透鏡了。