相机镜头.docx

1、相机镜头在评价一款镜头时，我们经常能够听到“像散”、“桶状变形”、“色差”、“眩光”等专有名词，它们到底是什么意思？在决定一支镜头的优劣上又起到了那些决定性的作用？今天，就让我们来逐一分解。像散(Astigmatism)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。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

2、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。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。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。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，但为保持画质而犠牲了边缘画面。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。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

3、，现在已不多见。桶状变形(Barrel Distortion)亦可称为负变形（Negative distortion），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。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。而且，如果用鱼眼镜头拍摄，影像更会变成圆形。虽然桶状变形

4、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！色差现象(Chromatic Aberration)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。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

5、央及边缘形成色散现像。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。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。影像中央的色散紫边较少。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-F3

6、00mm f/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。萤石镜片及超低色散镜片可减少镜头色差问题。像场弯曲(Curve of field)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。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。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

7、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。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。衍射现象(Diffraction)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”。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。而且，衍射也会导致数码相机出现紫边现象。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

8、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

9、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。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

10、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 MARK IV及

11、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 x 24mm)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。

12、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。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。