Mr.OH!主述 / ANAN 編譯

• 從玻璃看世界

       如果將 CCD /CMOS 比喻為眼睛內(nèi)的視網(wǎng)膜，那麼鏡頭就代表了瞳仁內(nèi)的水晶體；也就是靈魂之窗了。接下來的鏡頭單元裡，Mr.OH! 將帶領(lǐng)同學(xué)們瞭解現(xiàn)代鏡頭光學(xué)工業(yè)的技術(shù)、規(guī)格、性能以及專有名詞。百年來鏡頭工業(yè)蓬勃發(fā)展，從早期的手工製作到現(xiàn)今 CAD/CAM 電腦設(shè)計(jì)，產(chǎn)能和品質(zhì)相對地提升與進(jìn)步。認(rèn)識並瞭解你所使用的鏡頭和其性能是拍好照片的不二法門；鏡頭也與 CCD /CMOS 感光元件不同，有著更廣泛的規(guī)格與產(chǎn)品，等著同學(xué)們深入挖掘這其中的知識！

現(xiàn)代鏡頭工業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)不可避免的將各類鏡頭功能化，已適應(yīng)不同的拍攝條件
上圖為 Canon 全系列鏡頭展示，Canon 單鏡頭一項(xiàng)即有超過 100支以上的不同品種

• 單一鏡頭與可交換鏡頭

     原始的針孔相機(jī)，可能只是一個(gè) Fex EX 的紙箱，然後戳上一個(gè)針孔就完成了。不過，現(xiàn)代的相機(jī)中『鏡頭』可說是每一臺被稱作『相機(jī)』的必備要件。拍攝完美的照片在很大程度上必須依賴一個(gè)具有良好品質(zhì)的鏡頭，不管是單一或是可交換鏡頭的傳統(tǒng)相機(jī)或數(shù)位相機(jī)，鏡頭本身的素質(zhì)都是同樣重要。單一元件之高品質(zhì)鏡頭（見上圖 - 國產(chǎn)普利爾公司設(shè)計(jì)之 3X光學(xué)變焦鏡頭元件），通常只能適用於部分的拍攝環(huán)境；遺憾的是在某些環(huán)境中成像良好的光學(xué)系統(tǒng)，在其他環(huán)境中很可能會產(chǎn)生完全不同的結(jié)果，這就是為什麼 DSLR 高階系列數(shù)位機(jī)身必須採用交換鏡頭以適應(yīng)各種不同拍攝環(huán)境之故。

• 鏡頭設(shè)計(jì)的基本構(gòu)思

        許多第一次購買相機(jī)或數(shù)位相機(jī)的網(wǎng)友，在查閱本站『規(guī)格表』時(shí)不免疑惑？為什麼鏡頭裏面的鏡片還要分『群』和『組』呢？鏡頭不過就是用一些玻璃透鏡的組合不是嗎？但是，實(shí)際上來說並沒有那麼簡單。任何鏡頭在設(shè)計(jì)的一開始就必須面對一個(gè)大自然不變的定律：『光線是直線前進(jìn)！』。這意味著鏡頭設(shè)計(jì)者必須巧妙的運(yùn)用玻璃的特性，彎折光線，又不能造成光線的損失。設(shè)計(jì)者還要考慮使用者的便利性，例如：變焦功能的加入，可以讓攝影師不用載扛著相機(jī)跑來跑去，站在原點(diǎn)就可以拉近景物來拍攝。如何兼顧便利性，成像品質(zhì)、涵蓋區(qū)域及最終取到體積小、重量輕、成本低的產(chǎn)品。都是在從設(shè)計(jì)圖紙上躍入最終生產(chǎn)線的種種考慮。

        現(xiàn)今的鏡頭約80％以上，還是依賴『玻璃』材質(zhì)完成組合與設(shè)計(jì)（部分廉價(jià)的相機(jī)鏡頭採用透明壓克力和塑膠鏡頭(以高分子合成材料，如聚苯乙烯製成）。和一般窗戶用的玻璃不相同，鏡頭所用的原材料是光學(xué)專用玻璃，這主要是以包含鋇、鑭、鉭氧化物的混合物，以提高其折射率。而通常用於製造相機(jī)鏡頭的光學(xué)玻璃其折射率一般不低於 1.5，並具備低色散能力?，F(xiàn)代鏡頭玻璃材料已大量使用稀土原素，如氧化鑭、氧化鉭等。稀土技術(shù)的應(yīng)用對改善鏡頭的強(qiáng)度及提高鏡頭的光學(xué)性能十分有效。

• 光線是可以彎曲

       如果只是單純的把景物和底片擺在一起，中間沒有任何的鏡頭或針孔。那麼來自物體表現(xiàn)各處所散射的光線，都會均勻分佈在底片上，造成全面曝光而無法成像（見上圖）。不過，當(dāng)你使用針孔暗箱時(shí)，除少數(shù)來自物體的光束外，大部分的光線都會受到暗箱的阻隔，只有透過針孔的光線，才會在暗箱底板形成一個(gè)上下顛倒，左右相反的影像（見上圖）。不過，針孔的缺點(diǎn)在於它實(shí)在太小，入光亮不足，無法讓底片上的化學(xué)物質(zhì)感應(yīng)，可是如果把針孔挖大一點(diǎn)，那麼本來被擋住的光線又會湧進(jìn)暗箱，造成影像模糊。所以，一個(gè)能強(qiáng)力集中光線的『鏡頭』，應(yīng)運(yùn)而生。

        利用不同類型的玻璃所產(chǎn)生的特定的折射率和色散率（Dispersive Power），讓光線偏向並集中強(qiáng)度和大小，成為鏡頭設(shè)計(jì)的最基本理論。折射率（RI）是指玻璃折射光線的能力，通常按光譜中段附近的光線波長（一般為590nm的黃綠光）進(jìn)行測定。折射率越高，斜射進(jìn)入玻璃的光線沿人射方向偏折得越嚴(yán)重（見下表）。

        而玻璃的『色散率』是指紅、藍(lán)色光折射率之間的差異。這差異越大，自然陽白光被分離成為的彩色光譜帶就會越寬，類似三棱鏡或小雨滴將日光色散為彩虹一樣。由於被攝物體往往不是單一顏色，加上人造的各種混合波長照明光具的生產(chǎn)與使用。人眼所見到的物體色彩，不一定能100％的在底片或是 CCD上表現(xiàn)出來，特別是光線本身再被鏡頭玻璃分色的話，色偏會更加嚴(yán)重。因此，色散性能也是考驗(yàn)攝影鏡頭玻璃的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

        基本上，折射率和色散率有其關(guān)連性，衡量色散率的值稱為Abbe Number（阿貝數(shù)），一般鏡頭用的光學(xué)玻璃是以在波長587.56nm時(shí)之Abbe Number為規(guī)格標(biāo)示為νd，而νd公式來自於：νd =(nd-1)/(nF-nC)。其中，nd為波長587.56nm時(shí)之折射率，nF是波長486.13nm時(shí)之折射率，而nC是波長656.27nm時(shí)之折射率。可見光約是在波長400nm~700nm的範(fàn)圍，而不同波長之折射率會有差異，νd即為衡量不同波長之折射率差異，簡單說，不同波長代表不同顏色，顏色的分散情況即為色散。就像三稜鏡的分光效果，分散角越小，表示各波長折射率差異小，色散也較小；反之則較大。（感謝本站會員 Quench 提供相關(guān)資料）。

      因此，鏡頭設(shè)計(jì)者可以搭配不同性質(zhì)的玻璃來取得最佳折射效果。此外，由於玻璃本身具有易碎的特性，在加工生產(chǎn)鏡頭的同時(shí)又必須考慮讓它具備防震耐摔的性能。特別是很多鏡頭玻璃必須修飾成各種不同的形狀和拋面，在製造的過程中不能使其發(fā)生破裂；而提高生產(chǎn)良率，要求玻璃中不能有缺陷（如：氣泡和雜質(zhì)），則是一項(xiàng)減少浪費(fèi)，降低成本的基本要求。總結(jié)以上，鏡頭玻璃的生產(chǎn)，牽扯到機(jī)具的穩(wěn)定，添加物的含量，標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，種種關(guān)卡。每一關(guān)卡的失誤，都會造成鏡頭玻璃無法修復(fù)的損失。所以，儘管數(shù)字相機(jī)的品牌林立，但是不少廠商還是寧願(yuàn)購買大廠的鏡頭，用來搭配本身的機(jī)身，也不願(yuàn)投資生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)頗高的光學(xué)鏡頭，原因在此。

...待續(xù)

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