跳蚤效应 素材:单反镜头简单说

单镜片镜头在早期的相机使用，成像可以比针孔锐利，光圈也更大，基本可以手持拍摄。工作光圈大概在f/12左右。由于当时使用大底片，效果可以接受。

从双镜片再到三镜片，镜头的光圈更大，成像也相当锐利，Cooke Triplet是目前已知的最好设计。如果是四片镜片，成像已经相当好，比如Zeiss Tessar（天塞），四片三组结构，其中两片粘在一起形成一组。四片结构的天塞镜头唯一的问题是光圈不能做得太大，不然像质会下降。对于35毫米相机，天塞结构的顶限是f/2.8，即使使用当前最好的光学玻璃。要光圈更大，就要更多镜片。

速度（即最大光圈）不是唯一的问题。视角越大，需要的镜片越多。一支低速小视角镜头，例如Leitz 560mm f/6.8 Telyt，只用了两片镜片。50mm f/1.4一般需要6或7片，21mm f/4.5 Zeiss Biogon使用了8片。更多的镜片使镜头更大更重也更贵。

到此为止，我们只是考虑了制造一个锐利、快速或广角的镜头需要的镜片数目，但还有另一个问题要担心，就是镜头的实际尺寸。上面560mm Telyt镜头中的两片镜片当聚焦在无限远时，必须距离胶片560mm，因此镜头有60厘米长！相反的，21mm Biogon全长为45毫米，当聚焦无限远时，镜头的光心必须距离胶片21毫米，这21毫米基本被镜片占据，使最后一片镜片离胶片只有5毫米。这就是为什么Biogon不能用于单反相机，因为没有给反光镜的空间！

远摄和倒置远摄结构

（Telephoto and Reverse-Telephoto)

解决上述两个问题的办法惊人的相似。为了缩短长焦镜头的长度，一组新的镜片－－称为“远摄组”－－被放在主镜组的后面。这就是一个远摄镜头（telephoto）和一个长焦镜头（long-focus）的区别。

另一方面，为了使广角镜头后面有足够空间，一组新镜片加在了主镜组的前面，被称为“倒置远摄”组，因为产生的效果和远摄镜头刚好相反。

新加入的镜片组只是改变后组与胶片的距离，并不能提高镜头的锐度，甚至会产生负作用。一支普通长焦镜头可以比远摄镜头更锐利，一支普通广角镜头也可能比 “倒置远摄”结构的镜头更锐利。因此有些长焦和广角镜头仍在生产，而广角镜头用在单反机身上时必须锁起反光镜，对焦要靠另外的取景器。有些成像质量相当好，比如Zeiss和Nikon的21mm，以及Canon的19mm。不过远摄镜头和“倒置远摄”镜头的方便性是毋庸置疑的。

变焦镜头

上面讨论的都是定焦镜头。如果镜头使用的透镜数目够多，透镜的相对位置又可以移动，就可以产生不同的焦距，也就是变焦镜头。到了这一步，透镜总数通常都是 10多片，但并不是所有透镜都为了提高镜头的锐度。细心的设计，使用高级光学玻璃，可以使变焦镜头的成像相当好，但他们仍比不上最好的定焦镜头。

为达到一定水平的锐度，变焦范围越大，需要的透镜越多。对变焦范围的衡量，通常使用变焦比。一般焦距越长，变焦比可以越大；而广角端焦距越短，就越难提供大变焦比。

大光圈需要更多，广角需要更多透镜，变焦需要更多透镜，应此变焦镜头通常光圈较小并不奇怪。大部分变焦镜头在f/4左右，可能有些较大到f/3.5左右，有些较小只有f/4.5左右，不过f/4是一个较好的平均值。大光圈变焦头不成比例的巨大、沉重，且更昂贵：从f/4到f/2.8只有一档，但你可能要多花三倍的钱。问题不在广角端，而在于长焦端。一支200mm f/2.8已经很大很贵，而一支70-210mm f/2.8将更大更贵。

另一条路是选择变光圈变焦镜头。这种镜头的结构比恒定光圈变焦镜头简单，但长焦端的光圈会比较小，而且中间焦段的实际光圈不容易确定，不过使用通镜测光的话问题不大。

计算机辅助设计

（CAD）

计算机辅助设计使现代的镜头更优秀，即使便宜的变焦头效果也可以接受。使用计算机，设计、测试和修改可以在几小时或几天内完成，而以前需要几星期甚至几个月。

然而，CAD并不总是为了制造可能的最锐利的镜头。比如较便宜的镜头，通常在锐度和成本之间进行折衷。聪明的程序仅使用廉价的光学玻璃、小曲率的曲面和球面透镜就可以设计出不错的镜头。但为了得到最佳成像，必须使用特殊玻璃、大曲率和非球面等更昂贵的技术。

3.1、特殊玻璃

由最昂贵的光学玻璃制成的透镜，象纯金一样，是按照重量计价的。设计师寻找的通常是高折射率低色散玻璃。色散使不同颜色（频率）的光线聚于不同的焦平面，这显然影响了锐度。将所有颜色的光线聚在同一焦平面，就是镜头光学设计设计中的“色差校正”。能做到这样的镜头被称为“achromats”或 “achromatics”，意为“无色”。

实际上，“无色”镜头只是把红光和蓝光聚于同一平面，还有很大的校正空间。而 “apochromat”（“away from colour”）可以把红、绿、蓝光聚于同一焦点，是成像锐度显著提高，这也是为什么很多镜头广告在宣传“Apo”。由于对于摄影镜头的消色差还没有严格的定义，因此很难不怀疑有些镜头的消色差比其他更好。类似的，尼康的“ED”（极低色散）显然是指ED镜头中使用的特殊玻璃。但玻璃怎样才变得特殊呢？

很少镜头使用玻璃以外的材料。实际上，萤石由于独特的光学性质被使用。然而，萤石镜片非常贵，也非常脆弱，一此极短的冲击就能令它破碎，并且如果不与空气隔绝的话，它会逐渐分解。如今，萤石已被特殊玻璃取代（除了在不计费用的军用镜头中）。

树脂不适于制造高级镜头，通常用于廉价镜头。但是Tamron曾推出的将树脂覆盖在玻璃上的“混和非球面”镜头却很特别。

3.2、大曲率

镜片的曲率约大，制造成本越高。大曲率的优势在于，与高折射率低色散玻璃配合时，可以代替两或三片普通透镜。对于一些超广角镜头和变焦头，曲率非常大的曲面是最好的设计。

3.3、非球面

绝大多数镜头使用的只是“普通”球面的透镜。虽然研磨非球面也是可能的，如抛物面或双曲面，但更昂贵。非球面的使用也可以减少透镜的总数：一个非球面透镜可以达到两个球面透镜的效果，或多个非球面镜可以达到球面镜不能达到的效果。

任何时候，非球面镜头都是屈指可数的，他们通常是同样的球面镜头价格的两到三倍。通常只有大光圈镜头使用非球面镜，并且通常只有一个镜片使用非球面。

随着镜头设计和玻璃制造的提高，非球面变的越来越不必要。然而，Tamron的“混和非球面”镜头提供了很好的校正，又避免了树脂的缺点，也许是非球面在为了存在的唯一方式。

3.4、反差和透镜数量

你现在可能认为，使用足够的透镜，正确的种类和正确的形状，就可以制造几乎任何镜头。大体上来说，就是这样。但一个不能逃避的事实是，更多的透镜，意味着更低的反差。虽然多层镀膜可以大幅度减小镜片表面的反光，但还无法完全消除，这些反射的杂光降低了反差。

早期无镀膜镜头在每个镜片表面可以反射百分之五到十的光线，这就是为什么要尽量减少镜片空气接触面的数量。比如，Zeiss 50mm f/1.5 Sonnar只有六个镜片空气接触面，而Leitz 50mm f/1.5 Summarit有十个。Summarit分辨率更高；但Sonnar的反差更大，以至看起来更锐利。

如今镜片表面的反光率只有大概百分之1.5到0.01。廉价镜头的镀膜效果也较差，而昂贵镜头虽然有较多镜片，但镀膜质量也更高，使得反差更高。

镀膜使用了光的“干涉”原理，镀膜的厚度必须是光波长的四分之一。显然，一层镀膜只能减弱一种波长（颜色）光线的反射。多层镀膜可以减弱多种波长光线的反射。不管其他厂商怎么说，Leitz看起来应该是最早使用多层镀膜的厂家，在五十年代晚期。

镀膜和多层镀膜似乎使遮光罩失去了以往的重要性，但有些情况下好的遮光罩仍然可以产生惊人的效果。理想的遮光罩应该适于底片的长宽比，并且可调长度。这在大中幅设备中很普遍，但在35毫米系统中几乎没有。有些人把中幅机的遮光罩用在35毫米镜头上。