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关于镜头的多少个知识,镜头专门的职业术语之

时间:2019-07-08 21:45来源:生活摄影
在测试镜头时常会看中间及边缘的成像质素,几乎可以肯定,越接近边缘的影像质素约会下降,而这是由于水平面光线和垂直面光线聚焦在不同焦点上所引起。 1,非球面镜为何比球面

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  在测试镜头时常会看中间及边缘的成像质素,几乎可以肯定,越接近边缘的影像质素约会下降,而这是由于水平面光线和垂直面光线聚焦在不同焦点上所引起。

1,非球面镜为何比球面镜好?

  根据现代物理学原理,光线以波动能量形式传播,而且相对光线的传播方向,光波震动的方向是四方八面的。如果用向量(Vector)方式理解,一束光线可分为水平方向震动和垂直线方向震动两部分。当光线从偏离中轴的斜角度射入,有机会出现水平面光线和垂直面光线聚焦在主轴不同位置的误差。此时两个焦点之间所产生的影像会变得模糊,边缘像渗开一样。

镜头的结构,我们可以理解为镜头的构造。从理论上来说,任何一款相机的镜头都不可能只由一块镜片组成,要想把拍摄对象尽可能清晰、准确的还原在感光元件上,就必须通过多块镜片叠加。

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由于制造技术的不同,加上要在画质上体现差异,所以构成镜头的镜片数量不一。可能有些读者会问了,镜片的数量越多,是不是还原效果就越好呢?当然不是。为了达到成像质量的基本要求,镜头中的镜片必须保持一个适当的数量,在镀膜质量相同的前提下,镜片越多,镜片与空气的接触面就越大,透光率就越低。在镜片的组成之中,非球面镜片起到至关重要的作用!

  偏离中轴进入镜片的光线可分为水平面光线(橙色)和垂直面光线(绿色),而它们各自的焦点却在不同位置。

以近期人气最火的佳能EF11-24mm f/4L USM为例,镜头结构为16片11组,其中包含4片非球面镜片,另外还有1片超级UD镜片、1片普通UD。

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传统的球面镜片有天然的缺陷,从镜片边缘射入的光线并不像从中央射入的光线直达同一个焦点,大光圈下,容易造成球面像差及广角影像扭曲。

  由一张测试图中100%局部裁切,左为图片中心,成像清晰;而右边为图片的角落,出现明显的像散。

非球面镜片的弧度是按照最理想的对焦点计算设计出来的,从透镜中心到周边曲率作连续变化的。它可以减少镜头的重量和长度,提高成像质量,克服“球差”,可制成大孔径的高像质镜头。一般高档的镜头里都含有2片以上的非球面镜片,这也是判断镜头品级的因素之一。

  为解决问题,有些镜头会干脆将覆盖率加大,如用于APS-C的镜头,可能本来能盖过全幅,但为保持画质而?牲了边缘画面。所以,APS-C的镜头多不建议用在全幅机上。就算可以,也会有严重的四角失光或边缘像散。

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  另一种像散则是由于镜头的质量问题,如曲面不均匀,这就有如人眼的散光问题;或镜片组没有对准中轴。不过这都是旧时代的生产技术问题,现在已不多见。

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  桶状变形(Barrel Distortion)

非球面镜片可实现球面镜片无法实现的并行光线1点聚集

  亦可称为负变形(Negativedistortion),这是一种成像缺陷。桶状变形的影像像点会随着与中心点距离之增大而移位。令影像中的“直线”中段向外弯曲,两端则向中心弯曲变成“曲线”。所以,方形物体的影像会变成四角向内收缩,边线中段则向外凸出,好像一个木桶,因此被称为桶状变形。

小知识:什么是ED镜片

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具有优秀品质的镜头,除了具备非球面镜片,还有可能装备ED镜片(Extra-low Dispersion超低色散的简称),它能够使镜头既拥有锐利度,又可以降低色差,确保各类波长的光线实际对焦于同一点。

  通常,随着镜头视角的扩大(亦即焦距的缩短),桶状变形会变得愈来愈严重。具体点说,广角镜头所拍得的影像,便最常出现桶状变形现像。下图是一幅以24mm广角镜头拍摄的照片,明显地照片的边缘位置向内弯曲了。

2,色散究竟是怎么回事?

  而且,如果用鱼眼镜头拍摄,影像更会变成圆形。

“色散”一词在各种相机镜头的评测报告中频繁出现,很多消费者都不明白,色散究竟指得是什么?

  虽然桶状变形是种成像缺陷,但若果使用洽当,却可以拍出很特别的照片。视乎的,是摄影者的创意及运用镜头的经验!

我们平时看到的白光其实是由不同波长的光合成的,波长不同,意味着频率也不相同,所以当光经过玻璃折射的时候,由于折射率不一样,导致各种光线经过透镜聚焦的焦点不重合,这就是光的色散。

  色差现象(Chromatic Aberration)

镜头没有把不同波长的光线聚焦到焦平面,所以在比较严重的情况下,会使照片中对比比较强烈部分的边缘上出现异色线条,这就是色差现象。长焦距镜头,边缘的光程较长,而波长较短的红色、蓝色对色差又特别敏感,因此色散尤为明显(紫边的形成就是这个道理),会直接导致画面清晰度下降,色彩饱和度降低。

  相机镜头是用白光来形成影像的,而白光则是由各种不同波长的可见光组合而成。虽然同是电磁波,不过不同波长(颜色)的可见光在穿过玻璃时会有不同的速度,因此亦有所谓不同的折射率。利用这个原理,我们只要利用菱镜便可将白光分解成不同颜色(波长)的光线。

为解决色差问题,镜头厂商从镜片的构造入手,采用不同折射、散射特性之镜片组合,之前介绍的ED镜片在尼康和奥林巴斯镜头中普遍使用,而佳能以萤石镜片的低色散特性减少镜头色差。

  相机镜头由玻璃构成,利用折射原理将可见光聚焦而成为影像。光线穿过镜头后,有机会出现类似菱镜的效果,不同波长的光线不能在同一焦点上聚焦,在影像上形成色散,即是所谓的紫边现像。大家可以透过下图了解镜头的色差如何在影像中央及边缘形成色散现像。

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  理论上色散在影像中央及边缘都可以发生,不过由于边缘的光程较长,因此色散也就特别明显。由于短波长的折射率较高,因此紫色对色差也特别敏感。由色差而形成的紫边,通常可以在画面边缘看到,而由于紫色折射得较多,所以紫边一般都是由内向外扩散。此外,远摄镜头的光程长,色散的现像也就特别容易看到。

白光通过三棱镜时,由于波长的折射率不同,我们会看到彩虹光谱。

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3,镜头为什么会有颜色?

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很多消费者都觉得,镜头应该是透明的,为什么在阳光下看,镜头表面会有不同的颜色呢?

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这得从光学原理说起,当光线通过镜片时,总会有一部分光线被反射和吸收,如果光线经过每一层镜片都被反射和吸收,那么,穿过透镜片组到达焦平面的光线损失严重。除此之外,镜片间的反射还会对成像质量产生严重影响,灰度上升,锐度大大下降。为了提高镜头的透光率和影像的质量,在现代镜头制造工艺上都要对镜头进行镀膜。镜头的镀膜是根据光学的干涉原理,在镜头表面镀上一层厚度为四分之一波长的氟化物,使镜头对这一波长的色光的反射降至最低。

  色散现像在镜头边缘较为明显,而紫边一般都是由内向外扩散的。

一般来说,一层膜只对一种颜色光起作用,而多层镀膜则可对多种色光起作用。多层镀膜通常采用不同的材料重复地在镜片表面镀上不同厚度的膜层,可大大减少镜头各透镜间的漫反射,从而提高影像的反差和锐度。所以,消费者看到镜头表面的颜色,实际上是镀膜的颜色。

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  影像中央的色散紫边较少。

薄薄一层镀膜,效果竟如此神奇。

  为解决色差问题,镜头厂商就想尽办法从镜片的构造入手,包括采用不同折射、散射特性之镜片组合。佳能早就成功以人工萤石晶体(CaF2)的低色散特性大大减少镜头色差,其于1969年推出首支采用萤石镜片的超远摄镜头FL-F300mmf/5.6。时至今日,萤石镜片及UD超低色散镜片已广泛采用在佳能高质素EF镜头内。两片UD镜片相等于一片萤石镜片的减色差效果,而一片超级UD镜片则可提供相等于一片萤石镜片的效能。

4,用树脂镜片是低档镜头?

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也许大家不知道,如今不少镜头正在采用树脂镜片来替代玻璃镜片,以尼康和宾得为代表,而佳能在公布的一些新专利中,也透露会采用树脂镜片,例如佳能EF-S 30mm f/2.8。如果你还不相信,可以看看尼康这两年推出的一些中低端新镜头,例如尼康AF-S 85mm f/1.8G,镜头组变复杂了,增加了驱动马达,重量却变轻了,只有350g,这是为什么呢?这在圈里其实已不是什么秘密了,为了降低成本,实现镜头轻量化。

  萤石镜片及超低色散镜片可减少镜头色差问题。

在消费级数码相机中,柯尼卡早期就是以制造优质的树脂镜头而著称,卡尔·蔡司作为全球树脂镜头生产的四巨头之一。正是从多方面研究测试和大量数据分析的基础上才确定了向树脂镜头方向发展的战略。

  像场弯曲(Curve of field)

制造镜头的光学材料必须具备无色透明、等方性好、稳定性高、容易加工等特性,而这些条件树脂材料都能满足。目前用于制造树脂镜头的材料是聚丙烯树脂,它是一种特殊的有机玻璃,透明度与光学玻璃非常接近,特别是它的易加工性,是光学玻璃无法相比的。

  CCD/CMOS是一个平面,但镜头投射的像场却是略曲的,这个现象可用以下图片解释。

此外,由于树脂材料的密度低于玻璃,所以反射率远低于玻璃,使得镀减反射膜(减少由反射引起的杂散光并显著增加像的亮度)工艺的要求降低。虽然它有硬度差,容易划伤的缺点,但通过镀抗磨损膜,可以得到改善,作为镜片使用完全没有问题。更为关键的是,它的重量很轻,而轻量化是未来数年摄影器材发展的一个趋势。

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  这是略为夸张化的像场弯曲,由于光轴的距离一致,实际上两边对象的对焦点会比中心略前,所以收缩光圈加长景深,可以改善情况。

树脂镜头今非昔比

  假设镜头前有三个对象,位置保持在一个平面上,镜头以中间的对象对焦。此时,两旁的对象与镜头的距离其实比中间距离略远,到达相机内的平面时,便会在平面略前部份焦聚,使得中心两旁的对象显得模糊。

镜头素质的高低,其实和镜片的加工精度有直接关系。由于材料不同,玻璃镜片要经过粗磨、精磨、抛光等繁杂的工艺才能完成,这些工艺的确早已成熟。树脂镜片是采用浇铸或压铸成型来制作,对模具精密要求高,虽然早期产品的精度达不到光学玻璃镜片的水平,但随着像卡尔·蔡司这样专业镜头厂商的加入,使精度控制越来越接近玻璃镜片,在民用级产品上的应用效果上,已经可以媲美。

  解决这个问题,可以将光圈收缩,增加景深,令镜片周边的影像也进入对焦范围。光学设计上,也可用特殊镜片修正令曲率降低。

要说缺点,树脂的问题在于光学属性,而不是稳定性,避开潮湿高温和阳光直射就没什么了(无非就是大家在不拍的时候尽量将镜头盖合上而已)。

  衍射现象(Diffraction)

当然了,老狼通过查阅资料也发现,在一些低端镜头、卡片DC镜头,甚至手机镜头上,会采用复合非球面镜头,它可以是全玻璃,可以是玻璃 树脂,也可以是全树脂,工艺要求要比模造低,成本低廉,它就像老年人会有“白内障”一样,新买回后拍摄影像很清晰,镜头看上去通透。用了3-5年后,图像逐渐蒙上一层薄雾,图像经后期处理后还可以。大概5年以后到10年之间,镜头看上去“发雾”,拍出影像很柔软,后期处理后仍不能令人满意。原因是复合在玻璃球面上的光学树脂和光敏胶发生质变(一般这种非球面镜片都两片镜片用胶水粘合得到的)。

  当光线通过一些窄蓬或小孔时,物体边缘会出现光波分散的现象,这种光学现象便称为“衍射”。

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  从摄影的角度来说,当光圈太小时衍射现象便会出现,令影像边绿位置变得松散。这是一种光波的基本特性,与镜片的光学质素无关。

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  而且,衍射也会导致数码相机出现紫边现象。

《关于镜头的四个知识》由数码摄影教程网(www.sheying5.com)编辑整理,希望您能喜欢!

  眩光(Flare)

  亦称为“鬼影”,是在相机和其他光学仪器内,由于镜片表面、镜筒内壁或机械零件表面反射而产生的非成像光线。

  射入CCD(或传统相机的菲林)的眩光会令影像全部或局部亮度增加、反差度降低而产生灰雾,使画面变得平淡而欠缺质感。有时更会发生二次或多次反射,使影像变得更加模糊。

  值得注意的是,当在背光的环境下拍摄时,由于有很大部分的光线会直接射进镜头内,眩光的影响将更为显著。

  焦距(Focal Length)

  简单点来看,数码相机镜头的成像原理等同一片凸透镜,将自景物反射出来的光线聚焦在感光组件(焦平面)上成为一个清晰的画面。不同曲率的凸透镜,能够将光线聚焦在不同距离后的焦平面上,而且曲率愈高的凸透镜,聚焦时所需要的距离也愈短。为统一起建,在物理学原理上,凸透镜的曲率便以透镜将自无限远投射过来的光线聚焦到焦平面时,透镜与焦平面之间的距离来计算,这个距离便称为焦距。焦距愈长,曲率便愈低;焦距愈短,曲率便愈高。

  数码相机的镜头等同凸透镜,而且镜头在变焦时更相当于改变凸透镜的曲率,因此变焦镜头的实际焦距多数以一个范围来表示,例如24-105mm。利用不同焦距的镜头,摄影师可以营造出不同透视感、不同景深的照片。焦距愈长的镜头,拍摄出来的照片带有较大压迫感,景深也愈浅。相反,焦距愈短的镜头,拍摄出来的照片透视感愈强烈,景深也愈深。

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  几乎所有数码相机的镜头上,都注明了镜头的实际焦距。

  焦距变换比率(Focal Length Ratio)

  目前大多数单反相机采用APS-C画幅的传感器,由于其影像面积小于菲林的影像面积(即小于35mm),所以当同一镜头安装于APS-C数码单反后就会因为视角变小而变成更长的焦距镜头,令原来的镜头焦距和视角数值也失去了本身的意义。因此,相机生产商便通过“焦距变换比率”来让用家可以了解镜头的实际视角与等效焦距。

  焦距变换比率可以由CCD面积与菲林面积的比例来进行计算。举例说,与35mm菲林的成像面积比较起来,当CCD的成像面积是8.4x5.6mm时,其边长仅相当于35mm菲林的1/4。因此,50mm焦距的镜头,当安装上去就会变为200mm的长焦镜头。

  以下是焦距变换比率的计算公式:

  菲林边长/CCD边长=焦距变换比率

  镜头原焦距x焦距变换比率=镜头于数码机身上的等效焦距

  以变换比率为1.3的佳能EOS 1D MARKIV及一支17-35mm的镜头为例,镜头于机身上的等效焦距将会变为22.1-45.5mm。

  当然,最理想的CCD面积应该与35mm传统相机所产生的影像面积(36mm x24mm)一致,而这也正是为什么现在全画幅DSLR受到热捧的原因。

  最佳光圈值(Optimum Aperture)

  指镜头在正确对焦的CCD(或菲林)平面上能产生最清晰影像的光圈值。以大多数优质镜头而言,最佳光圈值是将其最大光圈值缩小一至二级。举例说,当用一支最大光圈值为f/2.8的镜头进行拍摄时,得出的影像质素应以f/4.0或f/5.6光圈为最佳。

  理论上光圈孔径愈大影像质素会愈好,但由于像差会随着孔径的增大而急剧增加,使影像质素变差。另外,光圈太小则会产生衍射现象(在数码摄影中,小光圈更会增加曝光时间,使影像出现噪声现象)令影像像质降低。因此,最佳光圈值便是避免以上两种现像出现的平衡点,亦即最大光圈值低一至两级。

  球面像差(Spherical aberration)

  用来聚焦的镜片构造最简单的就是球面镜,球面镜的意思即镜片的弯曲率呈圆形,可以理解为一个正圆球体的其中一个部分,因此就称为球面镜。实际上,球面镜不能将所有光线聚焦在同一点,透过镜片边缘进入的光线会偏离焦点形成像差。尤其在大光圈的时候,有较多光线可以通过镜片。最明显就是一些光点会虚化成一团光,这是由于边缘位置进入的光线与中心聚焦的偏差较大所致。

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  要改善这种问题,可以将光圈收缩。而镜头设计上亦可以利用特别的凹、凸透镜组合修正折射角度。现代镜头则爱用非球面镜来修正这种问题,尤其是对于恒定大光圈的镜头,镜片直径大、球面像差也越明显,所以有些高级镜头可能有多达三片非球面镜。

  非球面镜利用镜片边缘曲率与中央部份曲率的差异,将聚焦于前方的光线移后到正确的对焦点,令成像更加锐利。

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