都说摄影穷三代，可你了解镜头吗？
这是一个被“看见”的时代，一段自说自话，一场厨艺展现、一次旅行游玩都可以被全世界的人看见，他们拿起相机，记录真实生活的点滴，而这一切，都来源于手中的镜头
镜头——留住眼睛看到的
相机镜头是一种试图复制人眼的发明，拍照的整个过程就像眼睛一样，镜头看到图像，对焦，并通过相机将其颜色、锐度和亮度传输到摄影胶片上，就像我们的记忆一样，记录下图像以便处理和将来使用
镜头由光学玻璃或塑料制成，它们通过折射或弯曲光线，使它们在一个共同点相遇或汇聚，从而使光线聚焦
一个简单的透镜通过它的中心 "看 "得很清楚，但它在边缘的视觉往往是模糊的，物体周围的模糊、颜色变化、线条扭曲和颜色光晕都是由透镜中称为像差的缺陷引起的
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有些像差可以在简单的镜片中通过塑造一个或两个表面使其成为非球面来纠正；非球面的曲线像抛物线的曲线一样变化，而不是像球体的曲率一样保持不变
相机镜头通过将简单的镜片替换为一组称为镜头元件的镜片来减少像差的影响，这组镜片是不同形状和间隔距离的镜片
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随着图像畸变得到更大的矫正，透镜变得更加复杂的同时镜头也会变得更复杂，这取决于光圈的大小--允许光线通过的开口--以及它“看到”的角度范围
镜头设计过去依赖于制造商的工艺和相当多的实验，今天，计算机程序可以调整镜头元件的形状和间距，确定它们之间的相互影响，并评估镜头生产的成本
镜头元件通常用其形状来描述，凸透镜是向外弯曲的；双凸透镜是两边都向外弯曲的，平面凸透镜是一边平坦，另一边向外弯曲的，此外，还有凹透镜、双凸透镜、平凸透镜，此外元件不一定是对称的，可以一边比另一边弯曲得多
镜片的中间相对于边缘变厚，会使光线汇聚或聚焦，边缘厚而中间薄的镜头会使光线发散，一个复杂的相机镜头往往包含许多专门分组的元件，元件的组成、形状和分组的组合最大化了各个元件的光弯曲属性，以产生所需的图像
通过使镜头离胶片或焦平面更近或更远来聚焦，镜头可以被扭转，使镜头元件沿着加工在镜头外壳上的螺旋螺纹移动，扭转镜头也会使镜头外壳上的刻度移动，显示最佳对焦的距离
对焦
光圈是镜头的特殊部分，在简单的相机中，光圈是固定的或永久设置在镜头前面的黑色金属环
箱式照相机、摄影棚相机和一些欧洲制造的相机使用滑动光圈，滑动光圈是一条金属条，在镜头前面的凹槽之间滑动，它有两个或多个不同大小的孔作为孔
带有可变光圈的镜头在镜架外侧有一个加工过的环，上面印有f光圈编号，通过转动这个环，可以打开或关闭隔膜，这种工作原理很像眼睛的虹膜，可以根据不同的光线条件进行调整
图源*Wikipedia
小型相机中的镜头通常是具有标准焦距的通用镜头，可以按照我们眼睛看到的方式拍摄图像，为特殊目的而设计的镜头则用于更先进的相机
远摄镜头的工作原理很像双筒望远镜或望远镜，使远处的图像看起来更近；广角镜头使图像看起来更远；全景镜头是一种特殊的广角镜头，用于拍摄广阔的景色，一些一次性相机就配备了全景镜头
鱼眼镜头也是一种特殊的广角镜头，它故意扭曲图像，使中央部分被放大，而外部图像细节被压缩，鱼眼镜头可以覆盖非常宽的角度，比如地平线到地平线的视角
鱼眼镜头
另一种特殊用途的镜头是变焦镜头，它使用可移动的透镜元件来调整焦距，以放大到更近或更远的主体，这些镜头很复杂，可能包含12到20个透镜元件，但是，一个变焦镜头可以替代其他几个镜头
一些小型相机还具有有限的变焦、长焦或广角功能，单镜头反光（SLR）相机，也就是我们生活中常说的单反相机，其是为了让摄影师通过取景器看到与镜头相同的景象。这使摄影师能够计划将出现在胶片上的图像，具有各种可更换镜头的灵活性
镜头简史
相机镜头是从其他用途的光学镜头发展而来的，并随着相机和照相胶片的出现而成熟
1568年，威尼斯贵族丹尼尔·巴巴罗(Daniel Barbaro)在相机盒子的洞上放置了一个镜头，研究了图像和焦点的清晰度，他的第一个镜头是一位老人的凸镜
天文学家约翰·开普勒详细阐述了芭芭罗在1611年的实验，他描述了单镜头和复合镜头、解释了图像反转，并通过将凸透镜和凹透镜组合来放大图像
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19世纪，第一台箱式照相机在箱体的开口处安装了一个镜头，镜头将图像反转到盒子后面的感光板上，当时没有快门来打开镜头，而是将镜头盖取下几秒钟或更长时间来曝光感光板，随着感光板灵敏度的提高，就需要控制曝光的方法
具有不同大小开口的面罩被制作出来，以便插入镜头附近，光圈膜片也被开发出来以控制光圈，它的金属叶片一起打开和关闭，形成一个可以改变直径的圆形开口
1841年，维也纳的约瑟夫·佩茨瓦尔(Joseph Petzval)设计了一种具有快速光圈的人像镜头，而在以前，银版相机的镜头最适合风景摄影，佩兹瓦尔的镜头镜头让人像摄影的速度快了十倍，而且照片不易模糊
1902年，保罗·鲁道夫(Paul Rudolph)开发了蔡司泰萨(Zeiss Tessar)镜头，被认为是有史以来最受欢迎的镜头
蔡司泰萨(Zeiss Tessar)镜头
1918年，他生产了Plasmat镜头，这可能是有史以来最好的相机镜头，紧随鲁道夫之后不久的是马克斯·贝里克(Max Berek)，他设计了锐利、快速的镜头，非常适合微型相机
镜头历史上的其他重要发展包括镜头镀膜技术、稀土玻璃的使用以及计算机实现的计算方法，1939 年，凯瑟琳·B·布洛杰特（Katharine B. Blodgett ）开发了用肥皂膜薄涂镜头的技术，以消除反射并改善透光率
霍利·卡特赖特(C.Hawley Cartwright)继续Blodgett的工作，使用金属氟化物涂层，包括蒸发的镁和钙，厚度仅为百万分之四英寸
不同用途的镜头如何设计
设计相机镜头首先要确定使用镜头的主要人群和特点，当市场确定后，镜头设计者需要选择光学和机械材料、光学设计、机械部件的适当制造方法，以及自动对焦镜头的镜头和相机之间的接口类型等
不同类别的镜头，包括微距镜头、广角镜头、长焦镜头都有约定俗成的模式，所以一些设计方面是标准化的
广角镜头
然而，材料的进步给设计师提供了许多具有挑战性的选择，在选择材料时，工程师必须考虑用于部件的一系列金属和用于镜头的各种类型的玻璃和塑料，同时还要考虑到摄影师的最终成本
当设计师完成设计后，要通过计算机模拟测试其性能，镜头制造商特有的计算机程序会告诉设计者，在镜头工作的范围内，镜头在图像中心和边缘会产生什么样的图像或画面
假设镜片通过了计算机模拟测试，将再次检查最初选择的性能标准，以确认镜片满足确定的需求，为了测试其实际性能，还会制作了样机进行测试
测试时，镜头会在不同的温度和环境条件下，全方位的在每个光圈位置和变焦镜头的每个焦距下进行测试，实验室中的目标图被拍摄下来，不同光影的现场条件也是如此，此外，一些镜头会在实验室测试中迅速老化，以检查其耐久性
如果镜头自动对焦，则需要额外的设计工作，因为自动对焦（AF）模块必须与一系列相机机身配合使用，所以自动对焦模块需要软件和机械设计，由于这些镜头的功能复杂，而且软件要根据每个镜头进行微调，因此要对这些镜头进行大量的原型测试
简单介绍下一个镜头的诞生
光学玻璃是由专门的供应商提供给镜头制造商的，通常，它是以 压板或切片玻璃板的形式提供的，元件就是从这些玻璃板上切割出来的
通过作为第一步磨床的曲线生成器将玻璃元件成形为凹形或凸形，为了达到形状的规格，镜片要经过一系列的工序，在这些工序中，镜片在水中被抛光颗粒研磨
随着镜片的细化，每一步的抛光颗粒都会变小，曲线的生成和随后的研磨速度根据光学材料的易碎性、柔软性和氧化性而变化
研磨和抛光后，将元件居中，使镜片外缘相对于镜片中心线或光轴的圆周完美对齐，用塑料或玻璃和树脂粘合而成的镜片也是用同样的工艺制作的，粘结材料用于制造非球面的镜片，这些镜片被称为 "混合非球面"，镜片的非球面是在定心过程中完成的
成型后的镜片要进行镀膜，以保护材料不被氧化，防止反射，并满足 "设计光谱透射 "或色彩平衡和渲染的要求，镜片表面在镀膜前要仔细清洗，而涂层技术和涂层本身是制造商镜片的主要卖点，也是被小心保护的秘密
一些类型的镀膜包括金属氧化物，轻合金氟化物，以及通过真空工艺应用到镜片和镜面的石英层，为了获得最佳的颜色和透光率，可以涂上几层涂层，为了获得最佳的颜色和透光效果，可以使用几层涂层，但是过度的涂层会减少通过镜片的光线并限制其用途
镜筒包括支撑各种镜头元件和美观外观的底盘，镜片的金属底座、凹槽和活动部分对镜片的性能至关重要，并且经过机械加工以达到非常特定的公差
镜头的其他部件，如光圈和自动对焦模块，是作为子组件生产的。光圈膜片是由金属薄片切割出的弧形叶片构成。金属叶片由两块板固定。一块板是固定的，另一块板是可移动的，并有滑动销的插槽
最后组装完成后，要对镜头进行调整，并进行严格的检查，它的光学分辨率、机械功能和自动对焦反应必须符合设计标准，同时镜头也可以通过使它们受到冲击、跌落和振动来进行测试