关于镜头的像差

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关于镜头的像差


玩望远镜和相机有一年多了，期间也从网上和论坛里学到了许多有用的知识，前几天买了本《摄影光学和镜头》书，作者是钱元凯先生，仔细阅读了一下，觉得相当的不错，其中的关于镜头的像差篇与望远镜同理，现节选出来与广大器材发烧友共享。
    一支理想的镜头应能在全部有效视场内将物平面上的每一个物点，都在像平面上相应的位置处形成一个清晰的像点，但是实际的物镜并不能在像面上各处都形成理想的像，物镜所形成的实际影像与理想影像之间的差异称为像差。常见的像差可以分成“单色像差”和“色差”两大类。
   
    单色像差：单色像差是指单一颜色的光通过镜头后形成的像差，它又分为以下几种：

1、球差
    一束平行于透镜光轴或与光轴夹角较小的光线称为近轴光线。当近轴光线通过球面透镜时，经过透镜中心的光线与经过透镜边缘的光线不能相交于一点，这种像差是由于透镜的表面是球面而形成产生的，因此称为球差。焦距越长、相对孔径越大，球差越严重。球差使一个明锐的光点变成模糊的光斑，而且光斑的大小与亮度的分布还随胶片的位置而改变。使用非球面的镜片可以有效地减少球差，除此之外，非球面镜片还能减小畸变和简化镜头的结构。
    球差的特点：球差是近轴光线特有的像差，主要呈现在画面中心，焦距越长，球差越明显。球差较大时，镜头的成像位置也会随着光圈的变化而改变。无论球差的特征如何，收缩光圈后都能迅速改善。

2、彗差
    一束与光轴夹角较大的斜射成像光线称为远轴光线。当远轴光线经过镜头时无法汇聚于一点，经常是形成一个彗星状的光斑，因此将这种像差称为彗差。可以用多种方法减少彗差，但是彗差是一种非常顽固的像差，即使设法消除了初级彗差后，常会产生出较小但形状更复杂的二级彗差。
彗差的特点：彗差是远轴光线特有的像差，因此多产生于短焦镜头的画面边缘，彗差难以彻底消除，缩小光圈可以较好地减少彗差。
   
3、像散
    当一束很细的远轴光线经过镜头后会在不同的空间位置上聚焦为两条微小的焦线，一条沿着从画面中心指向边缘的半径方向，称为径向焦线或弧矢焦线，另一条则沿着以画面中心为圆心的圆周方向，称为切向焦线或子午焦线。真正聚焦的像点在两条焦线的中间，呈现为一个比较模糊的光斑。由于两条焦线彼此分离，因此这种像差称为像散。像散使画面边缘在子午与弧矢两个方向的线条具有不同的清晰度。
    像散的特点：像散也是远轴光线特有的像差，而且是最顽固的像差，不仅难以消除，而且与光圈基本无关，我们很难用缩小光圈减弱像散，因此在评价一支镜头的像质时，像散经常成为重点关注的单色像差。

4、像面弯曲
    对垂直于光轴的物平面成像时，像面成为一个弯曲的曲面，称为像面弯曲，又称为像场弯曲或简称为场曲。存在像面弯曲的镜头对平面物体成像时，画面的中部与周边部分不可能同时调准焦点。
    通常我们将子午焦线与弧矢焦线之间的较细小的中间光斑组成的面称为像面，因此像面弯曲经常是与像散共存的，像面弯曲不仅伴随着中心与边缘不同的清晰度，还经常见到像场同一个位置上子午与弧矢方向上分辨率明显的差异。

5、畸变
    直线的影像变为曲线称为畸变。按照直线弯曲的方向，畸变又可以分为枕形畸变（又称为正畸变）和桶形畸变（又称为负畸变）。畸变还伴随着影像尺寸的变化，枕形畸变的实际影像比理论值更大，桶形畸变的实际影像小于理想的影像。畸变经常是由于镜头光学结构与光圈位置不对称引起的，此外光圈在镜头中的位置也会影响畸变的的特征与大小。非球面的透镜不仅能消除球差，也能改善畸变。
    畸变的特点：在视场的中央，畸变为零；一般距画面中心越远，畸变越大；通过像场中心的直线都没有畸变。畸变不影响镜头的清晰度，畸变与光圈的大小无关。

夜猫子

研究得很细致啊，佩服！