18 镜头性能、缺陷、与评价

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1、镜头的性能、缺陷、与评价镜头的像差一个理想的镜头，应能在全部有效视场内将物平面上的每一个物点，都在像平面上相应的位置处形成一个清晰的像点，但实际的镜头并不能在像面上各处都形成理想的像。镜头所形成的实际影像与理想的影像之间的差异称为像差。常见的像差可分为单色像差和色差两大类。单色像差单色像差是指单一顔色的光通过镜头后形成的像差，主要有以下几种：球差在光学中，球差是发生在经过透镜折射的光线，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一个点上的现象。这是因为透镜是球面的形状，不能聚集在一个点上造成的。球差并不是因光学系统制作不良引起的缺陷，而是球面

2、折射固有的性质。镜面的直径越大，焦长越短，这种现象就越严重。非球面镜可以消除球差，但是因为球面镜比非球面镜容易制造，所以绝大部分光学透镜都是球面镜。近年来随着非球面镜制作工艺的普及，业余低档镜头中也大量使用非球面镜了。选择适当的凹透镜配合凸透镜组成复合透镜组，由于凹、凸透镜各自对光线的作用正好相反，它们产生的球差也往往是相互抵消的，所以能比较好地消除球差。这也是一种常用的消除一般球差的方法。照相机中用多片凸透镜和凹透镜来减少球差。照相机中可以用光圈来减少球差。当球差较大时，镜头的成像位置会随着光圈的大小而变化。一束与光轴夹角较大的斜射成像光

3、线称为远轴光线。当远轴光线经过镜头时无法汇聚于一点，经常是形成一个彗星状的光斑，此种像差称为彗差。彗差彗差是远轴光线特有的像差，多产生于短焦镜头的画面边缘。缩小光圈可以较好地减少彗差。但是彗差是一种非常顽固的像差，即使设法消除了初级彗差后，常会产生出较小但形状更复杂的二级彗差。初级彗差二级彗差一束很细的远轴光线经过镜头后会在不同的空间位置上聚焦成两条微小的焦线，一条沿着从画面中心指向边缘的半径方向，称为径向焦线或弧矢焦线，另一条沿着以画面中心为圆心的圆周方向，称为切向焦线或子午焦线。真正的聚焦的像点在两条焦线的中间，呈现为一个比较模糊的光斑

4、。这个像差称为像散。像散焦前焦面焦后物镜头子午焦面弧矢焦面的影像的影像像散也是远轴光线特有的像差，而且是最顽固的像差。不仅难以消除，而且与光圈基本无关。因此评价一支镜头时，像散经常成为重点关注的单色像差。对垂直于光轴的物平面成像时，像面成为一个弯曲的曲面，称为像面（像场）弯曲。此时画面的中部与周边部分不可能同时调准焦点。像面（像场）弯曲像面弯曲经常与像散是共存的。像面伴随着中心与边缘不同的清晰度，还常见到像场在同一个位置上的切向与径向方向上分的辨率有明显的差异。中心清晰，径向清晰边缘清晰，切向清晰畸变直线的影像变为曲线称为畸变。畸变又分为枕

5、形畸变（正畸变）和桶形畸变（负畸变）。在视场的中心畸变为零，距画面的中心越远畸变越大。畸变不影响镜头的清晰度，畸变与光圈的大小无关。畸变经常是由于镜头的光学结构与光圈位置不对称引起的，光圈在镜头中的位置也会影响畸变的特性与大小，非球面透镜不仅能消除球差，也能改善畸变。光圈放在透镜之后出现的枕形畸变。光圈放在透镜之前出现的桶形畸变。奥林巴斯3倍光学变焦卡片相机在广角端的桶形畸变色差由于介质的折射率随入射光的颜色（光的波长）不同而不同。因此透镜的焦距随光的颜色而异，不同颜色的光所成像的位置和大小都各不相同，这种由于色散引起的现象称为色差，即使在

6、近轴区域内也会发生。色差又可细分为位置色差和倍率色差两类。色差通常采用不同种类的光学材料构成的透镜组来消除。位置色差一束平行光线（或入射角较小的近轴光线）经过镜头之后汇聚于前后不同位置的像点上，其中短波（蓝紫）光线焦距较短，长波（红光）焦距较长，这种像差称为位置色差或轴向色差。位置色差与焦距成正比，长焦与超长焦镜头中尤为严重。倍率色差轴外光点（远轴光线）发出的混合光线通过镜头之后汇聚于不同的高度上，使影像的边缘分解出朦胧的彩虹。这种色差使物体同一点发出的不同色光所形成的影像具有不同的摄影倍率(影像大小不同)，称为倍率色差（横向色差，垂直色差

7、）。前述彗差和像散光斑中所见的不同色彩轮廓，就是倍率色差的典型表现。用大光圈远距离拍摄的安装了球形灯罩的路灯色差严重色差很小杂光投射到胶片上的非成像光线称为杂光光线在镜片表面、镜框、镜筒、机身内壁上反射会形成杂光，镜头发霉、沾尘、指痕、擦花、划伤等也会产生杂光。光线通过玻璃与空气的界面时会被反射约5%，若有10块镜片，总透光率就只有0.9520=0.36，即2/3的光线都形成了杂光。早期的单层镀膜可使每个表面的透光率提高到97%，现在3层膜可达99%，6层膜可达99.8%，10组镜头总透光率也可达96%。镀膜现代镜头上的镀膜大而化之可以分成

8、两种，一种叫增透膜，是增加光线透过率的，而另一种镀膜则是改变镜头的色彩光谱透过特性的。镀膜技术最早是用在军事望远镜上减少反光，不易被敌人发现。1941Kodak公司生产首次采用镀