這是一個(gè)被“看見”的時(shí)代，一段自說(shuō)自話，一場(chǎng)廚藝展現(xiàn)、一次旅行游玩都可以被全世界的人看見，他們拿起相機(jī)，記錄真實(shí)生活的點(diǎn)滴，而這一切，都來(lái)源于手中的鏡頭

鏡頭——留住眼睛看到的

相機(jī)鏡頭是一種試圖復(fù)制人眼的發(fā)明，拍照的整個(gè)過(guò)程就像眼睛一樣，鏡頭看到圖像，對(duì)焦，并通過(guò)相機(jī)將其顏色、銳度和亮度傳輸?shù)綌z影膠片上，就像我們的記憶一樣，記錄下圖像以便處理和將來(lái)使用

鏡頭由光學(xué)玻璃或塑料制成，它們通過(guò)折射或彎曲光線，使它們?cè)谝粋€(gè)共同點(diǎn)相遇或匯聚，從而使光線聚焦

一個(gè)簡(jiǎn)單的透鏡通過(guò)它的中心 "看 "得很清楚，但它在邊緣的視覺往往是模糊的，物體周圍的模糊、顏色變化、線條扭曲和顏色光暈都是由透鏡中稱為像差的缺陷引起的

示意圖

有些像差可以在簡(jiǎn)單的鏡片中通過(guò)塑造一個(gè)或兩個(gè)表面使其成為非球面來(lái)糾正；非球面的曲線像拋物線的曲線一樣變化，而不是像球體的曲率一樣保持不變

相機(jī)鏡頭通過(guò)將簡(jiǎn)單的鏡片替換為一組稱為鏡頭元件的鏡片來(lái)減少像差的影響，這組鏡片是不同形狀和間隔距離的鏡片

示意圖

隨著圖像畸變得到更大的矯正，透鏡變得更加復(fù)雜的同時(shí)鏡頭也會(huì)變得更復(fù)雜，這取決于光圈的大小--允許光線通過(guò)的開口--以及它“看到”的角度范圍

鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)去依賴于制造商的工藝和相當(dāng)多的實(shí)驗(yàn)，今天，計(jì)算機(jī)程序可以調(diào)整鏡頭元件的形狀和間距，確定它們之間的相互影響，并評(píng)估鏡頭生產(chǎn)的成本

鏡頭元件通常用其形狀來(lái)描述，凸透鏡是向外彎曲的；雙凸透鏡是兩邊都向外彎曲的，平面凸透鏡是一邊平坦，另一邊向外彎曲的，此外，還有凹透鏡、雙凸透鏡、平凸透鏡，此外元件不一定是對(duì)稱的，可以一邊比另一邊彎曲得多

鏡片的中間相對(duì)于邊緣變厚，會(huì)使光線匯聚或聚焦，邊緣厚而中間薄的鏡頭會(huì)使光線發(fā)散，一個(gè)復(fù)雜的相機(jī)鏡頭往往包含許多專門分組的元件，元件的組成、形狀和分組的組合最大化了各個(gè)元件的光彎曲屬性，以產(chǎn)生所需的圖像

通過(guò)使鏡頭離膠片或焦平面更近或更遠(yuǎn)來(lái)聚焦，鏡頭可以被扭轉(zhuǎn)，使鏡頭元件沿著加工在鏡頭外殼上的螺旋螺紋移動(dòng)，扭轉(zhuǎn)鏡頭也會(huì)使鏡頭外殼上的刻度移動(dòng)，顯示最佳對(duì)焦的距離

對(duì)焦

光圈是鏡頭的特殊部分，在簡(jiǎn)單的相機(jī)中，光圈是固定的或永久設(shè)置在鏡頭前面的黑色金屬環(huán)

箱式照相機(jī)、攝影棚相機(jī)和一些歐洲制造的相機(jī)使用滑動(dòng)光圈，滑動(dòng)光圈是一條金屬條，在鏡頭前面的凹槽之間滑動(dòng)，它有兩個(gè)或多個(gè)不同大小的孔作為孔

帶有可變光圈的鏡頭在鏡架外側(cè)有一個(gè)加工過(guò)的環(huán)，上面印有f光圈編號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)環(huán)，可以打開或關(guān)閉隔膜，這種工作原理很像眼睛的虹膜，可以根據(jù)不同的光線條件進(jìn)行調(diào)整

圖源*Wikipedia

小型相機(jī)中的鏡頭通常是具有標(biāo)準(zhǔn)焦距的通用鏡頭，可以按照我們眼睛看到的方式拍攝圖像，為特殊目的而設(shè)計(jì)的鏡頭則用于更先進(jìn)的相機(jī)

遠(yuǎn)攝鏡頭的工作原理很像雙筒望遠(yuǎn)鏡或望遠(yuǎn)鏡，使遠(yuǎn)處的圖像看起來(lái)更近；廣角鏡頭使圖像看起來(lái)更遠(yuǎn)；全景鏡頭是一種特殊的廣角鏡頭，用于拍攝廣闊的景色，一些一次性相機(jī)就配備了全景鏡頭

魚眼鏡頭也是一種特殊的廣角鏡頭，它故意扭曲圖像，使中央部分被放大，而外部圖像細(xì)節(jié)被壓縮，魚眼鏡頭可以覆蓋非常寬的角度，比如地平線到地平線的視角

魚眼鏡頭

另一種特殊用途的鏡頭是變焦鏡頭，它使用可移動(dòng)的透鏡元件來(lái)調(diào)整焦距，以放大到更近或更遠(yuǎn)的主體，這些鏡頭很復(fù)雜，可能包含12到20個(gè)透鏡元件，但是，一個(gè)變焦鏡頭可以替代其他幾個(gè)鏡頭

一些小型相機(jī)還具有有限的變焦、長(zhǎng)焦或廣角功能，單鏡頭反光（SLR）相機(jī)，也就是我們生活中常說(shuō)的單反相機(jī)，其是為了讓攝影師通過(guò)取景器看到與鏡頭相同的景象。這使攝影師能夠計(jì)劃將出現(xiàn)在膠片上的圖像，具有各種可更換鏡頭的靈活性

鏡頭簡(jiǎn)史

相機(jī)鏡頭是從其他用途的光學(xué)鏡頭發(fā)展而來(lái)的，并隨著相機(jī)和照相膠片的出現(xiàn)而成熟

1568年，威尼斯貴族丹尼爾·巴巴羅(Daniel Barbaro)在相機(jī)盒子的洞上放置了一個(gè)鏡頭，研究了圖像和焦點(diǎn)的清晰度，他的第一個(gè)鏡頭是一位老人的凸鏡

天文學(xué)家約翰·開普勒詳細(xì)闡述了芭芭羅在1611年的實(shí)驗(yàn)，他描述了單鏡頭和復(fù)合鏡頭、解釋了圖像反轉(zhuǎn)，并通過(guò)將凸透鏡和凹透鏡組合來(lái)放大圖像

示意圖

19世紀(jì)，第一臺(tái)箱式照相機(jī)在箱體的開口處安裝了一個(gè)鏡頭，鏡頭將圖像反轉(zhuǎn)到盒子后面的感光板上，當(dāng)時(shí)沒(méi)有快門來(lái)打開鏡頭，而是將鏡頭蓋取下幾秒鐘或更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)曝光感光板，隨著感光板靈敏度的提高，就需要控制曝光的方法

具有不同大小開口的面罩被制作出來(lái)，以便插入鏡頭附近，光圈膜片也被開發(fā)出來(lái)以控制光圈，它的金屬葉片一起打開和關(guān)閉，形成一個(gè)可以改變直徑的圓形開口

1841年，維也納的約瑟夫·佩茨瓦爾(Joseph Petzval)設(shè)計(jì)了一種具有快速光圈的人像鏡頭，而在以前，銀版相機(jī)的鏡頭最適合風(fēng)景攝影，佩茲瓦爾的鏡頭鏡頭讓人像攝影的速度快了十倍，而且照片不易模糊

1902年，保羅·魯?shù)婪?Paul Rudolph)開發(fā)了蔡司泰薩(Zeiss Tessar)鏡頭，被認(rèn)為是有史以來(lái)最受歡迎的鏡頭

蔡司泰薩(Zeiss Tessar)鏡頭

1918年，他生產(chǎn)了Plasmat鏡頭，這可能是有史以來(lái)最好的相機(jī)鏡頭，緊隨魯?shù)婪蛑蟛痪玫氖邱R克斯·貝里克(Max Berek)，他設(shè)計(jì)了銳利、快速的鏡頭，非常適合微型相機(jī)

鏡頭歷史上的其他重要發(fā)展包括鏡頭鍍膜技術(shù)、稀土玻璃的使用以及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算方法，1939 年，凱瑟琳·B·布洛杰特（Katharine B. Blodgett ）開發(fā)了用肥皂膜薄涂鏡頭的技術(shù)，以消除反射并改善透光率

霍利·卡特賴特(C.Hawley Cartwright)繼續(xù)Blodgett的工作，使用金屬氟化物涂層，包括蒸發(fā)的鎂和鈣，厚度僅為百萬(wàn)分之四英寸

不同用途的鏡頭如何設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)相機(jī)鏡頭首先要確定使用鏡頭的主要人群和特點(diǎn)，當(dāng)市場(chǎng)確定后，鏡頭設(shè)計(jì)者需要選擇光學(xué)和機(jī)械材料、光學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)械部件的適當(dāng)制造方法，以及自動(dòng)對(duì)焦鏡頭的鏡頭和相機(jī)之間的接口類型等

不同類別的鏡頭，包括微距鏡頭、廣角鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭都有約定俗成的模式，所以一些設(shè)計(jì)方面是標(biāo)準(zhǔn)化的

廣角鏡頭

然而，材料的進(jìn)步給設(shè)計(jì)師提供了許多具有挑戰(zhàn)性的選擇，在選擇材料時(shí)，工程師必須考慮用于部件的一系列金屬和用于鏡頭的各種類型的玻璃和塑料，同時(shí)還要考慮到攝影師的最終成本

當(dāng)設(shè)計(jì)師完成設(shè)計(jì)后，要通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試其性能，鏡頭制造商特有的計(jì)算機(jī)程序會(huì)告訴設(shè)計(jì)者，在鏡頭工作的范圍內(nèi)，鏡頭在圖像中心和邊緣會(huì)產(chǎn)生什么樣的圖像或畫面

假設(shè)鏡片通過(guò)了計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試，將再次檢查最初選擇的性能標(biāo)準(zhǔn)，以確認(rèn)鏡片滿足確定的需求，為了測(cè)試其實(shí)際性能，還會(huì)制作了樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試

測(cè)試時(shí)，鏡頭會(huì)在不同的溫度和環(huán)境條件下，全方位的在每個(gè)光圈位置和變焦鏡頭的每個(gè)焦距下進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室中的目標(biāo)圖被拍攝下來(lái)，不同光影的現(xiàn)場(chǎng)條件也是如此，此外，一些鏡頭會(huì)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中迅速老化，以檢查其耐久性

如果鏡頭自動(dòng)對(duì)焦，則需要額外的設(shè)計(jì)工作，因?yàn)樽詣?dòng)對(duì)焦（AF）模塊必須與一系列相機(jī)機(jī)身配合使用，所以自動(dòng)對(duì)焦模塊需要軟件和機(jī)械設(shè)計(jì)，由于這些鏡頭的功能復(fù)雜，而且軟件要根據(jù)每個(gè)鏡頭進(jìn)行微調(diào)，因此要對(duì)這些鏡頭進(jìn)行大量的原型測(cè)試

簡(jiǎn)單介紹下一個(gè)鏡頭的誕生

光學(xué)玻璃是由專門的供應(yīng)商提供給鏡頭制造商的，通常，它是以 壓板或切片玻璃板的形式提供的，元件就是從這些玻璃板上切割出來(lái)的

通過(guò)作為第一步磨床的曲線生成器將玻璃元件成形為凹形或凸形，為了達(dá)到形狀的規(guī)格，鏡片要經(jīng)過(guò)一系列的工序，在這些工序中，鏡片在水中被拋光顆粒研磨

隨著鏡片的細(xì)化，每一步的拋光顆粒都會(huì)變小，曲線的生成和隨后的研磨速度根據(jù)光學(xué)材料的易碎性、柔軟性和氧化性而變化

研磨和拋光后，將元件居中，使鏡片外緣相對(duì)于鏡片中心線或光軸的圓周完美對(duì)齊，用塑料或玻璃和樹脂粘合而成的鏡片也是用同樣的工藝制作的，粘結(jié)材料用于制造非球面的鏡片，這些鏡片被稱為 "混合非球面"，鏡片的非球面是在定心過(guò)程中完成的

成型后的鏡片要進(jìn)行鍍膜，以保護(hù)材料不被氧化，防止反射，并滿足 "設(shè)計(jì)光譜透射 "或色彩平衡和渲染的要求，鏡片表面在鍍膜前要仔細(xì)清洗，而涂層技術(shù)和涂層本身是制造商鏡片的主要賣點(diǎn)，也是被小心保護(hù)的秘密

一些類型的鍍膜包括金屬氧化物，輕合金氟化物，以及通過(guò)真空工藝應(yīng)用到鏡片和鏡面的石英層，為了獲得最佳的顏色和透光率，可以涂上幾層涂層，為了獲得最佳的顏色和透光效果，可以使用幾層涂層，但是過(guò)度的涂層會(huì)減少通過(guò)鏡片的光線并限制其用途

鏡筒包括支撐各種鏡頭元件和美觀外觀的底盤，鏡片的金屬底座、凹槽和活動(dòng)部分對(duì)鏡片的性能至關(guān)重要，并且經(jīng)過(guò)機(jī)械加工以達(dá)到非常特定的公差

鏡頭的其他部件，如光圈和自動(dòng)對(duì)焦模塊，是作為子組件生產(chǎn)的。光圈膜片是由金屬薄片切割出的弧形葉片構(gòu)成。金屬葉片由兩塊板固定。一塊板是固定的，另一塊板是可移動(dòng)的，并有滑動(dòng)銷的插槽

最后組裝完成后，要對(duì)鏡頭進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，它的光學(xué)分辨率、機(jī)械功能和自動(dòng)對(duì)焦反應(yīng)必須符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)鏡頭也可以通過(guò)使它們受到?jīng)_擊、跌落和振動(dòng)來(lái)進(jìn)行測(cè)試

最后