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工業鏡頭設計溯源--原始鏡頭(下)

  • 作者↟✘·:

  • 來源↟✘·:光虎光電科技(天津)有限公司

  • 訪問量↟✘·:316

  • 釋出時間↟✘·:2022-07-27 09:37:25

前期推文中╃☁☁▩,我們介紹了6支原始鏡頭中的前三支₪••◕。接下來我們將繼續介紹剩下的三支鏡頭

4. Cooke Triplet 鏡頭

1893年╃☁☁▩,就職於庫克公司的丹尼斯·泰洛設計了一款三片式的鏡頭╃☁☁▩,命名為庫克三片式鏡頭₪••◕。最初泰洛的想法是消除場曲的影響╃☁☁▩,把同等焦距的單凸透鏡和單凹透鏡緊靠一起╃☁☁▩,光焦度為零╃☁☁▩,場曲也是零₪••◕。但是零光焦度的元件對系統沒意義╃☁☁▩,場曲與透鏡間距無關╃☁☁▩,因此把這兩片原來緊靠在一起的透鏡拉開╃☁☁▩,場曲仍舊是零╃☁☁▩,但光焦度表現為正數₪••◕。這樣雖然減小了場曲╃☁☁▩,但是也引入了其他的像差╃☁☁▩,為了進一步改善成像質量╃☁☁▩,泰洛將凸透鏡一分為二╃☁☁▩,放置在凹透鏡的兩邊╃☁☁▩,形成一種對稱的結構╃☁☁▩,從而形成了最初的庫克三片式鏡頭₪••◕。早期由三片分離透鏡構成的庫克鏡頭╃☁☁▩,其光闌位於透鏡之間╃☁☁▩,現在通常將光闌放在透鏡後╃☁☁▩,以減少色差╃☁☁▩,但是這樣的做法也給系統帶來了較大的軸外球差╃☁☁▩,為了減少球差╃☁☁▩,通常採用在像面前增加一個遮光闌的方法╃☁☁▩,這樣做雖然中心部分成像質量有所提高╃☁☁▩,但是像面面積減小╃☁☁▩,邊緣部分亮度低╃☁☁▩,也就是所說的暗角現象₪••◕。雖然庫克鏡頭存在一定的缺陷╃☁☁▩,簡單的裝配☁₪、簡潔的結構₪••◕。銳利的中心和暗化的邊緣╃☁☁▩,成為了一種獨特的藝術氛圍₪••◕。

5.遠攝鏡頭

遠攝鏡頭大約在19世紀80年代由英國人和德國人同時發明₪••◕。其中“遠攝”的定義並非“長焦距”╃☁☁▩,而是“鏡頭的物理長度短於其焦距”₪••◕。遠攝同時還是一種鏡頭設計型別₪••◕。所有的遠攝鏡頭都有相同的關鍵結構↟✘·:前組正鏡組(凸鏡)╃☁☁▩,和後組負鏡組(凹鏡)₪••◕。優點正如其名╃☁☁▩,缺點也很明顯╃☁☁▩,遠攝鏡頭天生就有枕形畸變╃☁☁▩,而且長焦鏡頭也很難做到大光圈₪••◕。這些問題不是不能解決╃☁☁▩,但是需要大尺寸的前鏡組╃☁☁▩,所以會導致鏡頭變得非常巨大₪••◕。不過╃☁☁▩,對遠攝結構設計來說╃☁☁▩,最重要的問題是縱向色差₪••◕。後組負鏡組會放大任何一種像差╃☁☁▩,尤其是縱向色差(不同色光會聚焦在不同位置上╃☁☁▩,導致影象模糊)₪••◕。這就是為什麼高質量的長焦鏡頭一般都至少有一片低色散鏡片的原因₪••◕。

6.倒置遠射鏡頭

倒置遠攝鏡頭最早出現在上世紀20年代╃☁☁▩,用於電影行業↟✘·:因為鏡頭後方的稜鏡佔用了大量空間╃☁☁▩,彩色攝影機需要後焦點距離很長的鏡頭₪••◕。所以倒置遠攝鏡頭應運而出₪••◕。顯而易見的╃☁☁▩,倒置遠攝鏡頭的設計╃☁☁▩,正是將遠攝設計顛倒過來↟✘·:前鏡組採用負鏡組╃☁☁▩,後鏡組為正鏡組₪••◕。優點是允許焦距比後焦點距離更短₪••◕。換句話說╃☁☁▩,後焦點距離大於20mm的鏡頭也可以做到20mm焦距(單反相機必備╃☁☁▩,無反光鏡相機的後焦點可以小於20mm)₪••◕。這種設計還提供了相對的大光圈和廣視角╃☁☁▩,擁有最小的暗角╃☁☁▩,且很少有球面像差₪••◕。缺點是↟✘·:像場彎曲非常常見₪••◕。焦點的遠近會導致像差的變化╃☁☁▩,所以通常一支在無限遠成像不錯的鏡頭在近距離拍攝的質量就會變差╃☁☁▩,反之亦然₪••◕。廣角鏡頭有多種像差╃☁☁▩,而且非常嚴重(彗差和橫向色差╃☁☁▩,還有畸變)╃☁☁▩,需要大量鏡片進行校正₪••◕。畸變通常很難校正(有人認為魚眼鏡頭就是不校正畸變的大視角倒置遠攝鏡頭)₪••◕。

在本期中╃☁☁▩,我們分別討論了↟✘·:庫克三片式☁₪、遠攝☁₪、反遠攝等三支原始鏡頭₪••◕。瞭解鏡頭的原始結構╃☁☁▩,不僅有助於我們在設計時選擇合適的初始結構╃☁☁▩,還有助於我們利用這些“缺點”設計出更好的鏡頭₪••◕。



【來源↟✘·:光虎光學內部培訓資料】

光虎光學專業生產由德國設計的工業鏡頭₪••◕。
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