工业镜头设计溯源--原始镜头(下)

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  • 发布时间:2022-07-27 09:37:25

前期推文中,我们介绍了6支原始镜头中的前三支。接下来我们将继续介绍剩下的三支镜头

4. Cooke Triplet 镜头

1893年,就职于库克公司的丹尼斯·泰洛设计了一款三片式的镜头,命名为库克三片式镜头。最初泰洛的想法是消除场曲的影响,把同等焦距的单凸透镜和单凹透镜紧靠一起,光焦度为零,场曲也是零。但是零光焦度的元件对系统没意义,场曲与透镜间距无关,因此把这两片原来紧靠在一起的透镜拉开,场曲仍旧是零,但光焦度表现为正数。这样虽然减小了场曲,但是也引入了其他的像差,为了进一步改善成像质量,泰洛将凸透镜一分为二,放置在凹透镜的两边,形成一种对称的结构,从而形成了最初的库克三片式镜头。早期由三片分离透镜构成的库克镜头,其光阑位于透镜之间,现在通常将光阑放在透镜后,以减少色差,但是这样的做法也给系统带来了较大的轴外球差,为了减少球差,通常采用在像面前增加一个遮光阑的方法,这样做虽然中心部分成像质量有所提高,但是像面面积减小,边缘部分亮度低,也就是所说的暗角现象。虽然库克镜头存在一定的缺陷,简单的装配、简洁的结构。锐利的中心和暗化的边缘,成为了一种独特的艺术氛围。

5.远摄镜头

远摄镜头大约在19世纪80年代由英国人和德国人同时发明。其中“远摄”的定义并非“长焦距”,而是“镜头的物理长度短于其焦距”。远摄同时还是一种镜头设计类型。所有的远摄镜头都有相同的关键结构:前组正镜组(凸镜),和后组负镜组(凹镜)。优点正如其名,缺点也很明显,远摄镜头天生就有枕形畸变,而且长焦镜头也很难做到大光圈。这些问题不是不能解决,但是需要大尺寸的前镜组,所以会导致镜头变得非常巨大。不过,对远摄结构设计来说,最重要的问题是纵向色差。后组负镜组会放大任何一种像差,尤其是纵向色差(不同色光会聚焦在不同位置上,导致图像模糊)。这就是为什么高质量的长焦镜头一般都至少有一片低色散镜片的原因。

6.倒置远射镜头

倒置远摄镜头最早出现在上世纪20年代,用于电影行业:因为镜头后方的棱镜占用了大量空间,彩色摄影机需要后焦点距离很长的镜头。所以倒置远摄镜头应运而出。显而易见的,倒置远摄镜头的设计,正是将远摄设计颠倒过来:前镜组采用负镜组,后镜组为正镜组。优点是允许焦距比后焦点距离更短。换句话说,后焦点距离大于20mm的镜头也可以做到20mm焦距(单反相机必备,无反光镜相机的后焦点可以小于20mm)。这种设计还提供了相对的大光圈和广视角,拥有最小的暗角,且很少有球面像差。缺点是:像场弯曲非常常见。焦点的远近会导致像差的变化,所以通常一支在无限远成像不错的镜头在近距离拍摄的质量就会变差,反之亦然。广角镜头有多种像差,而且非常严重(彗差和横向色差,还有畸变),需要大量镜片进行校正。畸变通常很难校正(有人认为鱼眼镜头就是不校正畸变的大视角倒置远摄镜头)。

在本期中,我们分别讨论了:库克三片式、远摄、反远摄等三支原始镜头。了解镜头的原始结构,不仅有助于我们在设计时选择合适的初始结构,还有助于我们利用这些“缺点”设计出更好的镜头。



【来源:光虎光学内部培训资料】

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