摄影镜头的像差

老阿土

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接下来我们再聊聊非球面镜片。
摄影镜头的像差主要由2部分组成一是单色像差二是色差。单色像差主要由球差形成，上文中用放大镜看字的实验说明一般球面镜镜片的中心和边缘汇聚成像不在同一平面上，这种现象就叫球差。摄影镜头的光学系统是由多个镜片组成的总的光学现象是把被摄物通过镜头汇聚在成像平面上，在非球面镜片出现以前各个镜片都是球面镜，摄影镜头中的球面镜有凸透镜和凹透镜，凸透镜又有双凸透镜、单凸透镜和新月镜之分，但是它们每一个曲面的曲率都是同一的，也就是说每一曲面的半径只有一个（形象地说就好像从一个玻璃球上割下来的一片）。而非球面就不一样了它的一个面（或两个面）的半径不是一个而是多个，好像不是从玻璃球上割下来的，它的曲面是多曲率的比如说跟草帽类似。一个镜片的一个曲面是非球面就叫单面非球面镜片而两个曲面都是非球面就叫双面非球面镜片。
那么为什么会出现非球面镜片？应用非球面镜片有什么好处呢？
且听下文分解

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我们知道摄影镜头为了减少像差它的的光学系统一定是具有多个镜片，有什么办法既能减少镜片又能保证甚至提高成像质量呢？这个问题德国人首先提出了非球面镜片的设想并在上个世纪60年代生产出非球面镜头。由于是手工研磨工艺复杂成本很高当时是天价而没有得到普及和应用，后来由于数字机床的普及镜头材质多样性以及检测设备的完备，这项技术后来日本把它应用在了今天各种镜头中。
我们在摄影镜头的光学系统中往往有几片几组的说法，也就是说除了有独立镜片外还有2片粘合一起的镜片组，是不是能用一片镜片代替有的镜片组呢？答案是肯定的就是非球面镜片。非球面镜片的使用到底有什么好处呢？
首先它可以减少镜片的数量，节约成本减小镜头的体积和重量。
第二由于非球面镜片能够有针对性的减小球差所以常在广角镜头或标准镜头中应用，有的广角变焦镜头的光学系统中有多片非球面镜片。这样就大大地改善了镜头（特别是变焦镜头）的分辨率和锐度。
第三由于镜头的光学性能得到了大大的改善所以也为镜头的大光圈和大变焦比的实现提供了条件。
最后说说非球面镜片的分类和制造工艺。

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第一种是玻璃磨削法，由光学玻璃直接由研磨机磨削和抛光而成。它可以很好的和整个光学系统配合把像差减小到最小，一般是单面非球面镜片。因为加工成本较高所以在高级大口径镜头或顶级广角镜头中应用的较多。
第二种玻璃模压法，将高温软化状态下的光学玻璃注入非球面镜片的金属模具中压制并稍经研磨抛光而成无需逐个校正。这种镜片便于批量生产稳定性很好但与整个光学系统同轴性稍差，大多用在中档镜头中。
第三种是树脂模压法，就是用光学塑料射出模压而成。因为其材料成本加工成本都很低又便于大规模生产所以被广泛的用于低档的变焦镜头和小DC的镜头。
第四种是复合成型法，在球面镜片上粘合树脂非球面镜片。这种方法即便于大规模生产降低成稳定性又得到了提高，因此被广范用于入门级单反相机的套头级别的变焦镜头中。

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最后来谈谈低色散镜片。
首先谈谈色散现象是怎么产生的。光线从一个介质到另一个介质都会产生折射现象，我们发现不同频率的色光通过透镜时会出现不同的折射现象，这种现象称为色散现象。由色散现象引起的像差是色差。
不同的介质折射率不同因此而产生的色散现象也不同，能有效减小色散现象的介质称为低色散介质，用在摄影镜头光学系统中的镜片就叫低色散镜片。各个镜头生产厂商都有各自的招数，比如佳能镜头中就有UD超低色散镜片在顶级的长焦镜头中还有最为有效的减小色散现象的莹石镜片。尼康镜头就有ED超低色散镜片。宾得镜头也把超低色散镜片标注为ED。适马镜头有ELD特殊低色散镜片、SLD低色散镜片、最近还开发出了FLD人工莹石镜片用在第四代小黑上。腾龙镜头也有LD低色散镜片和XLD特殊低色散镜片。这些低色散镜片都可以把色差大大地减少，使镜头（特别是长焦镜头）的分辨率和锐度大大的提高。
长焦镜头的色散比较突出所以低色散镜片大多用在长焦镜头上或大变焦镜头上。现在为了提高摄影镜头的质量在一些中焦变焦和广角变焦镜头上也用上了低色散镜片。
全文完。