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什么是镜头？镜片全是玻璃材质的吗？镜头结构是什么意思？现在的镜头有哪些新技术？什么样的镜头才算是光学性能良好？本文将带你认识这个封闭的透明世界。
摄影是一个发现并记录的过程。它让手拿相机的你拥有了艺术家和技师的双重身份。要想不断拍出成功的照片，了解相机的各种特性是十分重要的。你对手中的相机越熟悉，就越能把注意力集中于每一幅照片的创作过程中。
从伽利略的望远镜到虎克的显微镜，镜头的出现和发展极大的拓展了我们的视野，它带我们走进了真实空间的极大面和极小面；而把镜头和感光元件结合在一起的照相机，又能让我们把“时间凝固起来”。
现今，数码相机已经成为我们生活的一部分，但是人们在选择数码相机时很容易忽略一个重要因素——数码相机的镜头。拥有一个光学性能良好的镜头是一部数码相机拍出好照片的基础条件。那么什么是镜头?镜头里的镜片全是玻璃的吗?镜头结构是什么意思?现在的镜头有哪些新技术?什么样的镜头才算是光学性能良好呢？
一、什么是镜头?
相机的光学成像部分叫做镜头(图1)。它由多片光学镜片构成，这些镜片被装在密闭的镜筒中，而被摄影像则必须通过镜头才能在相机的感光元件上成像。一般DC(数码相机)的镜头(图2)和机身在制造时就结合一起，不能更换，而DSLR(数码单反相机)的镜头(图3)则是可以更换的。
要回答这个问题，不妨先回想一下平时拍摄照片会遇到的一个问题。在我们拍摄的照片中，被摄物体边缘有时会出现异常颜色线条，这种现象被称为紫边现象，而紫边现象是由于镜片的色散引起的。那么，究竟什么是色散?众所周知，我们看到的白光都是由七色光合成的。当白光通过三棱镜时，我们会看到七色光谱，这种复色光被分解为单色光的现象，即被称为“色散”(图5)。而这种现象导致的结果则被称为色差，是由于镜头没有把不同波长的光线聚焦到焦平面而造成的。它会导致画面清晰度降低，如果色差非常严重，就会使照片中对比强烈部分的边缘上出现异常颜色线条(图6)。因此，为尽力解决色散问题，厂商开始着手开发以低色散材料为基础的镜片。
1减少“紫边”困扰——萤石镜片和超低色散镜片
为了降低色散，提高成像质量，众多厂家都极力寻找具有低色散性质的材料。在天然材料中，一种叫萤石的矿物质就具有局部色散的超低色散特性(图7)。质地均匀且透明的萤石是一种极为珍贵的材料，俗名翡冷翠。
天然萤石镜片具有非常优秀的消色差性能，但是其性质并不是很稳定，而且生产成本过于高昂，所以通常只应用在极少数售价高达数万元的高端镜头上。由于天然萤石结晶体积一般很小，而且质地并不都很均匀，所以佳能公司开发TX工萤石结晶技术，制造出人工萤石镜片，一般直接称为萤石镜片。
然而，不论是天然还是人造萤石镜片，成本对于大众来说都太高了。所以各大厂商又纷纷研发萤石镜片的替代品。这些由光学玻璃混合专利氧化物制造的镜片被称为超低色散镜片，有着和萤石镜片相近的光学性能和相对较低的成本。采用这些镜片的镜头具有很强的抗色散能力，成像清晰度高，色差小(图8)。不同厂商生产的超低色散镜片名称不同，如佳能的UD，尼康的ED，腾龙的的LD和适马的SLD等等，我们可以在部分产品上看到这些标注。当然，为获得更好的效果，现在一些消费级DC的镜头中也采用了超低色散镜片。
需要特别说明的是，紫边现象的产生还与相机的感光元件和低通滤镜有一定关系，一般说来尺寸越小的感光元件越容易出现紫边现象。在不更换器材的前提下，要减少紫边现象就需要削弱紫边产生的条件，尽量不拍反差很大的场景。如果非要拍照不可，就应该使用一些技巧尽力缩小光比，比如在光比很大的情况下用反光板或闪光给暗部补光，同时缩小光圈(大光圈更容易产生色散)，这些方法对紫边现象会有所改善。
2满足便携Dc需求——诖镜头变得更小的陶瓷镜片
陶瓷镜片(图9)是近年才发展起来的新技术，它具有和光学玻璃相近的透光率，但其折射系数(nd=2.08)大幅超过光学玻璃(nd=1.5-1.85)。在镜头中使用陶瓷镜片能大幅度缩小镜头的体积。卡西欧S100(图10)是世界上第一款使用了陶瓷镜片并具有3倍光学变焦镜头的Dc，这也使它成为最薄的3倍光学变焦DC(厚度为16.7mm)。陶瓷镜片现在正广泛地应用于制造拍照手机的光学变焦镜头中。
镜头的结构中还有极为重要的一个部件——光圈。它由数片光圈叶片构成，作用是限制通光量和范围。光圈就像是一个阀门，调得越大，单位时间通过的光就越多，调得越小，单位时间内通过的光就越少。如果你觉得难以理解，不妨想想我们生活中的水阀和气阀，其实是同样的道理。
光圈的大小是由它的光圈值(f/数值)来定义，而所有 的镜头都有光圈级数。不论是传统胶片相机，还是现在的数码相机，厂商在相机规格表中通常会提供两个光圈数值，通常它们会被标注在镜头上。这两个数值，一前一后表示的是相机镜头的最大光圈值，前者是指广角端，另一组则是指望远(长焦)端(图13)。
即使是当前新型的数码相机，对于光圈的表示法还是沿袭着传统。标准的光圈级数为：f/l，f/1.4，f／2，f／2.8，f／4，f／5.6，f／8，f/ll，f／16，f／22，f／32，f／45，f／64。其中f／1是最大的光圈值，也就是光圈全开的状态。那么后面的这些级数，又分别表示着怎样的光圈状态呢?在上面的数列中，相邻的两个光圈级数，之后的级数是前面级数光量的一半。例如：镜头光圈设定于f／4，那么光线进入量是光圈设定于f/2.8光量的一半；或只是光圈设定于f／2光量的四分之一(图14)。
结语
一支光学性能良好的镜头一定拥有优秀的抗色差和抗眩光能力，并且锐度高、反差好，色彩还原真实影调自然。但是用数码相机拍出一张成像效果优异的照片仅仅只需要一支好镜头吗?当然不是!拍出一张好照片还需要有好的感光元件配合，就像胶片时代我们需要选择不同品质的胶卷一样。在下期文章中我们将带你认识数码相机的感光元件，敬请关注!
摄影是一个发现并记录的过程。它让手拿相机的你拥有了艺术家和技师的双重身份。要想不断拍出成功的照片，了解相机的各种特性是十分重要的。你对手中的相机越熟悉，就越能把注意力集中于每一幅照片的创作过程中。
从伽利略的望远镜到虎克的显微镜，镜头的出现和发展极大的拓展了我们的视野，它带我们走进了真实空间的极大面和极小面；而把镜头和感光元件结合在一起的照相机，又能让我们把“时间凝固起来”。
现今，数码相机已经成为我们生活的一部分，但是人们在选择数码相机时很容易忽略一个重要因素——数码相机的镜头。拥有一个光学性能良好的镜头是一部数码相机拍出好照片的基础条件。那么什么是镜头?镜头里的镜片全是玻璃的吗?镜头结构是什么意思?现在的镜头有哪些新技术?什么样的镜头才算是光学性能良好呢？
一、什么是镜头?
相机的光学成像部分叫做镜头(图1)。它由多片光学镜片构成，这些镜片被装在密闭的镜筒中，而被摄影像则必须通过镜头才能在相机的感光元件上成像。一般DC(数码相机)的镜头(图2)和机身在制造时就结合一起，不能更换，而DSLR(数码单反相机)的镜头(图3)则是可以更换的。
要回答这个问题，不妨先回想一下平时拍摄照片会遇到的一个问题。在我们拍摄的照片中，被摄物体边缘有时会出现异常颜色线条，这种现象被称为紫边现象，而紫边现象是由于镜片的色散引起的。那么，究竟什么是色散?众所周知，我们看到的白光都是由七色光合成的。当白光通过三棱镜时，我们会看到七色光谱，这种复色光被分解为单色光的现象，即被称为“色散”(图5)。而这种现象导致的结果则被称为色差，是由于镜头没有把不同波长的光线聚焦到焦平面而造成的。它会导致画面清晰度降低，如果色差非常严重，就会使照片中对比强烈部分的边缘上出现异常颜色线条(图6)。因此，为尽力解决色散问题，厂商开始着手开发以低色散材料为基础的镜片。
1减少“紫边”困扰——萤石镜片和超低色散镜片
为了降低色散，提高成像质量，众多厂家都极力寻找具有低色散性质的材料。在天然材料中，一种叫萤石的矿物质就具有局部色散的超低色散特性(图7)。质地均匀且透明的萤石是一种极为珍贵的材料，俗名翡冷翠。
天然萤石镜片具有非常优秀的消色差性能，但是其性质并不是很稳定，而且生产成本过于高昂，所以通常只应用在极少数售价高达数万元的高端镜头上。由于天然萤石结晶体积一般很小，而且质地并不都很均匀，所以佳能公司开发TX工萤石结晶技术，制造出人工萤石镜片，一般直接称为萤石镜片。
然而，不论是天然还是人造萤石镜片，成本对于大众来说都太高了。所以各大厂商又纷纷研发萤石镜片的替代品。这些由光学玻璃混合专利氧化物制造的镜片被称为超低色散镜片，有着和萤石镜片相近的光学性能和相对较低的成本。采用这些镜片的镜头具有很强的抗色散能力，成像清晰度高，色差小(图8)。不同厂商生产的超低色散镜片名称不同，如佳能的UD，尼康的ED，腾龙的的LD和适马的SLD等等，我们可以在部分产品上看到这些标注。当然，为获得更好的效果，现在一些消费级DC的镜头中也采用了超低色散镜片。
需要特别说明的是，紫边现象的产生还与相机的感光元件和低通滤镜有一定关系，一般说来尺寸越小的感光元件越容易出现紫边现象。在不更换器材的前提下，要减少紫边现象就需要削弱紫边产生的条件，尽量不拍反差很大的场景。如果非要拍照不可，就应该使用一些技巧尽力缩小光比，比如在光比很大的情况下用反光板或闪光给暗部补光，同时缩小光圈(大光圈更容易产生色散)，这些方法对紫边现象会有所改善。
2满足便携Dc需求——诖镜头变得更小的陶瓷镜片
陶瓷镜片(图9)是近年才发展起来的新技术，它具有和光学玻璃相近的透光率，但其折射系数(nd=2.08)大幅超过光学玻璃(nd=1.5-1.85)。在镜头中使用陶瓷镜片能大幅度缩小镜头的体积。卡西欧S100(图10)是世界上第一款使用了陶瓷镜片并具有3倍光学变焦镜头的Dc，这也使它成为最薄的3倍光学变焦DC(厚度为16.7mm)。陶瓷镜片现在正广泛地应用于制造拍照手机的光学变焦镜头中。
镜头的结构中还有极为重要的一个部件——光圈。它由数片光圈叶片构成，作用是限制通光量和范围。光圈就像是一个阀门，调得越大，单位时间通过的光就越多，调得越小，单位时间内通过的光就越少。如果你觉得难以理解，不妨想想我们生活中的水阀和气阀，其实是同样的道理。
光圈的大小是由它的光圈值(f/数值)来定义，而所有 的镜头都有光圈级数。不论是传统胶片相机，还是现在的数码相机，厂商在相机规格表中通常会提供两个光圈数值，通常它们会被标注在镜头上。这两个数值，一前一后表示的是相机镜头的最大光圈值，前者是指广角端，另一组则是指望远(长焦)端(图13)。
即使是当前新型的数码相机，对于光圈的表示法还是沿袭着传统。标准的光圈级数为：f/l，f/1.4，f／2，f／2.8，f／4，f／5.6，f／8，f/ll，f／16，f／22，f／32，f／45，f／64。其中f／1是最大的光圈值，也就是光圈全开的状态。那么后面的这些级数，又分别表示着怎样的光圈状态呢?在上面的数列中，相邻的两个光圈级数，之后的级数是前面级数光量的一半。例如：镜头光圈设定于f／4，那么光线进入量是光圈设定于f/2.8光量的一半；或只是光圈设定于f／2光量的四分之一(图14)。
结语
一支光学性能良好的镜头一定拥有优秀的抗色差和抗眩光能力，并且锐度高、反差好，色彩还原真实影调自然。但是用数码相机拍出一张成像效果优异的照片仅仅只需要一支好镜头吗?当然不是!拍出一张好照片还需要有好的感光元件配合，就像胶片时代我们需要选择不同品质的胶卷一样。在下期文章中我们将带你认识数码相机的感光元件，敬请关注!