研究市面上能买到的摄像机里，它们镜头的优缺点分别是什么？

文 | 史论春秋

编辑 | 史论春秋

«●—【球面VS非球面的】—●○»

为了降低成本，大多数光学系统都使用球形透镜。由于它们是球面的，生产成本比较低，但本质上容易产生明显的色差。

球形透镜的表面形状就像球体表面的一部分。非球面透镜的形状更复杂，更难制造。

非球面透镜具有更好的再现特性。由于它们具有不对称的曲面，它们过去的生产成本非常昂贵，而且只有在20世纪70年代，该技术被引入时才被内置在极端高端的镜头中。

新的生产技术已经降低了非球面元件的成本，一些制造商甚至将其制造成中档和廉价镜头，比如目前售价100美元的尼克尔18-55毫米基本变焦。在这个特殊的透镜中的其他10个元素都是球形的。

大多数透镜是使用球面和非球面元素的组合。镜头中包含的非球面元素越多，整体设计就会更轻、更紧凑。非球面元件还可以帮助减少失真，提高大孔径透镜的光学性能。

非球层元素根据其形状被分为不同的等级。用于更便宜的镜片（如上面提到的尼克尔）通常是混合模型，由球形玻璃镜片粘在额外的塑料元素上，使它们具有非球面形状。

由于塑料比玻璃更能分散光，预期的非球面效应有所降低。价格进一步上涨的是压制玻璃非球面透镜，其中最昂贵的是磨玻璃非球面元素，它们也具有最好的复制特性。

无论是高端的还是廉价的，大多数透镜元件都是球形的，并添加了单个的非球面元件，以提高光学性能。

«●—【衍射元件】—●○»

佳能，在2000年的Photokina大会上，推出了当时革命性的，EF 400mm f/4 DO IS USM镜头。新的衍射光学（DO）元件使其非常紧凑，并显著减少了色差。

该技术还没有进一步发展，此后增加的镜头范围是EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO是USM。这款神奇的镜头的重量只有720克（1.58磅），只有10厘米（3.9英寸）长。

这款佳能EF 24mm f/1.4镜头有一个非球面和一个UD元素。非球面元素被用来提高高端镜片的质量，并使价值镜片更便宜。

与价格相同的EF70-300mmf/4-5.6LISUSM（1050克，14.3厘米）的直接比较表明，DO元件的真正优势在于，它们比传统玻璃更小更轻。

DO元件使用一种独特的两件式结构，由两个安装在两个玻璃元件之间的衍射光栅组成。为用于摄影目的而设计的DO元件，必须包括至少两个衍射光栅，以覆盖可见光的整个光谱。

DO元件使用位于两个透镜元件之间的自定义衍射光栅来改变进入透镜的光线的路径。如果你正面看一个DO元素，肉眼可以看到这个结构。

衍射光栅很难制造，因为光栅中的开口之间的距离不同，而且它们极薄只有几微米。如果你把DO镜头的前元件拿着光，你可以看到光栅的图案。

DO元素本身具有与普通玻璃元素相似的色散特性，并产生自己的色差。最重要的区别是，DO元素以与普通透镜元素，相反的顺序分散了光谱的成分颜色。

结合传统元素和DO元素，这样可以消除颜色偏差，消除色差。

DO元件的缺点，包括倾向于产生反映光栅结构的散波，而不是传统透镜产生的圆。这些混乱的圆圈往往看起来像一个切片的洋葱，类似于由镜像长焦镜头产生的环形洋葱。

散景的精确形状不仅取决于镜头，还取决于主题的性质，而当它真的发生时，你是否会觉得它有吸引力，这是个人品味的问题。在11年内只推出了两个镜头。

DO镜头技术仍然是一个利基产品，尚未进入大众市场。

«●—【消色、全色和超消色镜头】—●○»

摄影镜头是根据它们所拥有的颜色校正的类型，和质量进行分类。消色度颜色校正技术只聚焦于同一平面上的两种颜色（通常是红色和蓝色），自19世纪以来一直在使用。第一批摄影镜头进行了消色度校正。

消色差透镜产生的颜色误差，被称为“二次光谱”，很难完全消除。然而，如果你使用一个高质量的消色差镜头，二次光谱对图像质量的影响通常是微不足道的。

光学工程师们不断地寻找新的方法来减少或消除二次光谱，从而提高摄影图像的质量。

全色透镜可以纠正三种颜色。消色差镜头需要两种由不同材料制成的元素，并且需要三种不同类型的元素。全色校正的设计目的是通过将所有红、绿、蓝光线聚焦到焦平面上的同一点，从而减少或消除二次光谱。

使用目前可用材料的唯一方法是，准备接受其他类型的畸变，作为交易的一部分。因此，大多数透镜，代表了忠实的颜色复制，以及一些其他光学特性和异常之间的折衷。

镜头制造商将他们自己乐意称的标准为消色。然而，可以肯定地说，西格玛对300美元镜头的“消色”的定义，将与莱茨对这个术语的定义不同，因为镜头的价格是前者的20倍。

术语“消色差”一词既不是标准化的，也不是专利的，所以你只能通过进行彻底的镜头测试，来真正了解各种制造商对它的意思。

色差的发生率在整个变焦范围内变化很大，特别是在预算的长焦变焦中，但仍然携带着“APO”标签。今天的市场提供的APO型号，从预算到高端的所有范围，而一些镜头实际上制造商根本不使用它。

在质量（和价格）规模的最高端的是“超消色差”镜头，能够纠正四种不同的颜色。卡尔蔡司远程超显色板T*5.6/350（哈苏布莱德相机）是一个无与伦比的极端高端镜头的例子。

即使它不像“消色差”那样常用，“超消色差”这个术语并没有精确的定义，仍然根据营销人员，而不是摄影师的需要来使用。第一个超消色差镜头是由蔡司在20世纪60年代制造的，此后“超消色差”的标签一直是蔡司的商标。

蔡司的直接竞争对手Leitz称其等效镜头具有APO特性，尽管产品本身具有直接可比性。同样，即使描述是基于可定义的技术属性，它们的存在或缺失并不能准确地描述一个镜头的质量或性能。

«●—【特写镜头和远程转换器】—●○»

常规元件（顶部）和DO元件（中心）在相反方向折射入射光。一起使用，这两个元素抵消彼此的像差。

如果你干扰了镜头制造商，精心设计的元件和齿轮系统，你不仅会产生光学异常，还会产生额外的色差。

使用远动转换器是一种简单的方法来增加一个镜头的焦距，但几乎也可以保证增加色差。远程转换器通常有相当多的内部空间，一些制造商使用它来添加额外的纠正元素。

相比之下，大多数用于附着在镜头上的滤镜线上的特写镜头都是单元素设计的，不能使用额外的元素进行矫正。

当今大多数摄影镜头的标准特征——校正两种颜色，但没有纠正第三种颜色。

一些高端特写镜头（或“消色差”，有时被称为）是使用双元素消色差设计，并得到适当的修正。一些色差垫是设计用于一个特定的镜头，并提供适当的高图像质量和相对较少的色差。

然而，双元素异色垫比单元素异色垫更大、更重、更昂贵。据我们所知，目前还没有三元素的消色特写镜头。

许多可用于紧凑型相机的长焦镜头，和广角配件镜头代表了相机光学系统设计的严重变化，因此经常产生明显的色差。像尼康TC-E3ED这样的高端配件遥控器使用低色散玻璃，因此比竞争对手要贵得多。

尼康TC-E3PF长焦照片转换器于2004年推出，它基于一个相位菲涅耳镜头，其工作原理与上面描述的佳能DO镜头非常相似。尽管它的体积小，重量轻，但这项创新技术并没有在市场上获得立足之地，以及其他计划中的PF镜头，现在已经停产。

«●—【反射长焦镜头】—●○»

色差是由光学透镜中的光的折射引起的，所以光学系统所包含的透镜越少，它产生刺激性的边缘效应的可能性就越小。

镜像长焦（或“反折射”）镜头包含很少的元素，而且它们所包含的元素，不会在很大程度上折射进入镜头的光。因此，这些镜头以产生很少或没有色差而闻名。在负面的一面，镜面镜片产生甜甜圈形状的散影，这通常被认为是没有吸引力的。

目前仍有许多第三方制造商，主要是在亚洲和东欧—生产这种镜头。这些人包括维维塔、罗基农、鲍尔、菲尼克斯、奥普特卡、瓦利梅克斯、多瑙比亚、马克苏托夫和三阳。

我们看到的大多数镜头看起来都与马克苏托夫和三阳提供的型号非常相似，我们相当肯定，很多都是由两者中的一种或另一种重新命名的镜头。

镜像长焦相机价格便宜、轻便、结构紧凑。这种设计的缺点是它们相对较小，不可调节的孔径，并且它们容易捕获杂散光。

一般来说，传统的带玻璃元素的镜头可以产生更好的图像，在大多数日常摄影情况下，镜面镜头下降到爱好者工具的水平。

与传统的竞争对手相比，镜像长焦镜头是轻而紧凑的。这里展示的鲁比纳尔500毫米f/5.6镜头仅重1.6公斤（3.5磅），长23.5厘米（9¼英寸）。

全色校正理论上能够完全消除二次光谱，需要使用至少三种不同的光学材料制成的元素。

消色差透镜的结构比消色差透镜更复杂，因此也更昂贵。

«●—【小结】—●○»

我们检查了一系列的图像查看器和RAW转换器，从ACDSee到光室和罗热ape，看看它们的内置滤波器在对抗色差方面有多有用。

在我们的横向像差测试中，我们使用了一个黑色、红色和白色的棋盘目标，这使得相对容易观察到朝向框架边缘的边缘的增加。在轴向像差测试中，我们使用了一张网格图案的照片，在聚焦平面的前后产生了强烈的颜色投射。

同质模式图像中的色差看起来与日常实验对象中出现的色差非常不同，所以我们也在四张选定的测试照片上测试了每个程序（以RAW和JPEG格式）。

在比较我们的结果时，我们注意到我们的RAW样本中的颜色变化很大，所以我们最终比较的是滤光片本身的效果，而不是整体的图像质量。

换句话说，我们观察了程序在打开和关闭过滤器时的行为。对于JPEG测试，我们使用RawTherapee转换了我们所有的原始源图像。

文献参考：

光学玻璃非球面元件模压过程仿真与实验[J]. 高金辉;薛常喜;龚峰.机械设计与制造,2019(02)

谈长焦镜头在影视作品中的应用[J]. 黄媛媛.电影评介,2006(09)

衍射光学元件检测及数据处理[J]. 张云龙;汪志斌;张峰;郭小岗;李军琪.应用光学,2018(03)

电视新闻摄像中镜头语言运用存在的问题及优化路径[J]. 高鹏.传播力研究,2019(29)

用特写镜头“放大”细节表现力[J]. 陈泉堂;姜霖.江西教育,2017(08)

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