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鏡片是凹是凸?Laowa 短片教廣角鏡基礎通識

文:Alex

相信大家都有留意到,遠攝鏡的鏡身都偏長;相反廣角鏡則偏短和粗,而且往往擁有一片相對大尺寸和凸出的鏡片。為何廣角鏡都要如此設計?由 Laowa(老蛙)製作的教學短片,為大家簡單介紹箇中的奧秘。

在介紹之前,大家首先要清弄清楚凹透鏡和凸透鏡的分別。鏡片中央比邊緣部分薄,就是凹透鏡;相反中央比邊緣部分厚的話,就是凸透鏡。鏡頭無論焦距是甚麼,由多少片鏡片組成,基本都可看成是一片凸透鏡(俗稱放大鏡),而鏡頭所示的焦距,意義上亦等同凸透鏡的焦距,即鏡片中心點至焦平面的距離。

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▲廣角鏡為何總是有一片大大的、而且明顯凸出的前組鏡片?

第一個問題來了:無論在單反機年代抑或無反機年代,機身始終有一定厚度,導致短焦距的廣角鏡必須把焦平面移後,才可把影像聚焦到感光元件上。教學影片指出,現代鏡頭最常用的方法是,在「凸透鏡」前加入一片凹透鏡,讓入射光線先略為擴散,然後才經過「凸透鏡」聚焦在較後的位置。


▲由於廣角鏡的焦距短,機身卻有一定厚度,正常情況下無限遠影像不能聚焦在感光元件上。


▲在鏡組前加入一片凹透鏡,讓入射光線先略為擴散,然後才經過「凸透鏡」聚焦在較後的位置。

教學影片提到,鏡頭焦距越短,凸透鏡(首片鏡片)的擴散光線能力(屈光度)也要越高,而鏡片的弧度有助提高屈光能力。不過,這種大弧度鏡片要求精準的製造工藝,是製造廣角鏡的一大挑戰。

不過,若單純加入一片凹透鏡,還會產生第二個問題,就是色差。現時較普遍的解決方法是使用低色散鏡片或雙合鏡片(doublet lenses),即把兩片單透鏡結合在一起的光學設計。至於第三個問題是桶狀變形,較有效的解決方法是引入非球面鏡片。


▲中間青色及淺紫色的鏡組都採用雙合鏡片設計。

Laowa 的影片指出,原來手動對焦也有助減少影像變形。自動對焦鏡頭通常使用一小組鏡片,透過前後移動調節對焦點。由於此鏡片組缺少對應的補償組件,因此容易產生變形。相反手動對焦鏡缺少此鏡片組,對焦時前後兩組鏡片可以往相反方向移動,保持整體的對稱結構,有效減少影像出現變形。


▲自動對焦廣角鏡通常使用一小組鏡片,透過前後移動調節對焦點。


▲手動對焦鏡對焦時前(黑框)、後(藍框)兩組鏡片可以往相反方向移動,保持整體的對稱結構,有效減少影像出現變形。

基於影片提供的資料可以推斷,相對於單反鏡頭而言,為甚麼旁軸相機和無反相機的超廣角鏡頭可以做得這麼小?最主要原因是鏡頭較貼近感光元件,焦平面後移幅度相對較少,鏡頭可以省去很多用於補償和校正的工夫,連帶鏡片數量也可以少一點,尺寸也不需那麼巨大。

來源:Laowa

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