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球面透鏡的光學特性范文第1篇

【關鍵詞】Zemax；準直；非球面

0 引言

半導體激光器因其體積小、重量輕、閾值電流低等特點已被廣泛應用于材料加工、激光通信、信號處理、醫療、軍事等相關領域。但由于半導體激光有源層在橫向和側向的尺寸不一樣，導致出射光束發散角較大且不均勻，嚴重影響了能量的傳播和后續的測量過程。一般常用的激光準直的方法有圓柱透鏡法、非球面柱鏡法、光纖耦合法、漸變折射率透鏡法和液體透鏡法等。本文主要介紹利用兩片非球面柱透鏡的方法進行激光準直，并在zamax軟件中進行仿真，同時提出一種對點光源整形為線光源的方法。

1 半導體激光光束特性

半導體激光的發光原理是基于受激光發射，滿足粒子數翻轉和閾值條件，模式可分為空間模和縱模。因為在橫向和側向的尺寸不一樣，導致的衍射效應疊加的結果也不一樣，最后形成輸出光束為橢圓高斯的光束。本文討論的是小功率半導體激光器，因為它的發光面尺寸較小，近似用基模高斯分布來分析，輸出光束的光強分布可用下面的公式給出：

2 非球面準直透鏡組設計

2.1 非球面方程介紹

Z（r）為非球面的凹陷度；r為非球面的孔徑半徑，r2=x2+y2（若只考慮YOZ平面的話，x可以為零）；c為曲率半徑的倒數；k為圓錐系數。

2.2 非球面方程參數確定

橫向在光學設計中也可以理解為子午方向上，即YOZ平面，如下圖所示。

在準直設計中會給出目標光斑大小y以及透鏡折射率n，這樣？琢■、y、n已知，計算得到，再代入式（6）～（8）中求出橫向非球面透鏡的參數。側向的柱透鏡的非球面方程系數可通過上面過程同樣可以得到。

3 軟件仿真與整形系統介紹

3.1 參數計算

3.2 zemax仿真及結果對比

在非序列模式下對光源建模可以用軟件里面自帶的Source Diode，然后設置它的子午方向和弧矢方向的發散角，兩個柱透鏡的建模可以使用軟件里面集成的Biconic Lens，然后根據本章計算得到的參數輸入到相應的位置中，再在透鏡后的位置放置Detector面，最后對半導體激光光線進行追跡，用接收面積為60mm*60mm的接收面在距離光源50mm、100mm和200mm處分別采集光斑圖樣，并與沒有加準直透鏡的系統進行比較。如下圖所示，其中（a）、（b）、（c）圖分別表示的是在50mm、100mm、200mm的光斑大小對比，最后準直后的發散角近似計算得到為0.29°，準直性良好，滿足設計要求。

3.3 整形系統介紹

點激光整形為線激光通常使用柱面鏡、回轉棱鏡等，但是柱面鏡產生的是高斯光束，中心區域較兩邊能量高，直線亮度不均勻，而本文采用的鮑威爾棱鏡則不同，它可以產生光強均勻的線光。鮑威爾棱鏡是一種光學劃線棱鏡，入射光斑入射到鮑威爾棱鏡前面的非球面表面，然后光線偏折，最后在后表面折射出去，可以仿照建立非球面準直的思路，對鮑威爾棱鏡在zemax軟件中建模并進行仿真。

4 結論

本文從理論出發，設計了在橫向和側向上的兩片式非球面透鏡準直系統。在給定設計參數的情況下求出非球面系數，并通過zemax軟件進行仿真，該方法建模簡單，可通過編寫軟件后自動計算參數，最后達到準直的效果良好，有待加工出實際透鏡后做進一步驗證。

【參考文獻】

球面透鏡的光學特性范文第2篇

投影機顯示技術公認的有LCD、DLP、LCOS。LCOS也可視為LCD的一種，但是技術卻為獨立一類。LCD投影機是利用光源穿過LCD作控制顯示，屬于穿透式，而LCOS投影機中是利用反射的結構，光源發射出來的光并不會穿透LCOS面板，屬于反射式。LCOS面板是以CMOS芯片為電路基板及反射層，然后再涂布液晶層后，以玻璃平板封裝。不要以為僅此區別而已，反射式顯示技術還可以避免LCD由于光源長時間的照射溫升而導致LCD面板局部灼傷的問題。這樣才能保持久的色彩保真。

LCOS微型器件把液晶層放在一個透明的薄膜晶體管（TFT）和一個硅半導體之間，而不是像LCD那樣把液晶放在兩片極化面板之間。這個半導體具有能夠反射光線的表面。由燈泡發出的光透過一個偏振濾光器，投射到微型器件上。而液晶起著像門或閥那樣的作用，控制到達反射面的光線的數量。當然一般LCOS光線投射效率高達80%，LCD通常為60%。而做得最好的CANON公司開口率已達96%。由于LCOS是長在硅晶上，集成的液晶控制電路及接口電極都可以巧妙地制作于硅基板內，位于反射面之下，甚至將散熱片直接集成在組件上，見圖1、圖2，LCD最麻煩的問題全部解決掉了。

LCOS投影機與LCD投影機的主要結構在導光及分光合光部分的設計大同小異，只是LCOS用的是反射面板。入射光和反射光同在一個光路上，自然會產生問題。采用離軸設計，雖然避免了光路碰撞，但需要使用昂貴的非球面鏡頭。另一種辦法，就用光的偏極化分光鏡PBS（Polarization Beam Spliter；PBS）來將入射LCOS面板的光束與反射后的光束分開。也有采用偏振膜來提高對比度的方式。另外，PBS也改善了自然光源照射液晶引起的折射光效率。PBS一般都是有機材料制作。但是，像CANON新的產品系列就采用無機材料。提高了熱環境下的系統穩定性，當然也增加了工藝難度和成本的投入。

基于上述LCOS投影機顯示原理和基板、電路的合理設置。芯片的像素分辨率可以做得很高。0.55英寸LCOS面板都可以高效地做到SXGA+。所以你才會看到為什么會出現LCOS面板的2K、4K和8K高清電影放映機。3LCD和DLP技術目前還無法實現最高的分辨率。這也是大家充分地認識到LCOS的高分辨率技術特征。高開口率使得圖像質量不會出現像LED那樣“紗窗效應”。稍遠距離似乎不太在意明顯的背景網格，但是，圖像高透亮的質感，你是永遠無法拒絕的。開口率告訴我們：圖像形覺質量不僅僅關注分辨率（同畫面尺寸的像素間距），同樣還要關注像素顆粒的占比。

市場格局

在LCOS技術研發陣營中，JVC Kenwood有著8K和消費類（民品）產品。SONY為了避免與左手專利技術的LCD市場沖撞，右手LCOS攜SXRD光圈技術發力于電影和家庭影院產品。3M也是最早的研發廠家之一，目前更關注于LCOS微投影。后來者LG也在努力試水消費類市場。CANON憑借著自己多年的光學技術經驗沉淀以及精密制造技術優勢，直接面對專業工程及固定安裝市場。總之，LCOS改變了投影行業的格局。

在3DLP和3LCD之間競爭的LCOS，如何體現自己優勢的同時減少商業上的火并。各個廠家會根據自身技術特點，結合LCOS品質創新出市場具有競爭力的差異化產品。由于照相技術與投影機技術在光電原理上，只是技術反向應用的相同性。作為照相機技術行業翹楚的CANON公司，充分利用光學及機電一體化的優勢，將LCOS推向了更加高端的應用領域。在基礎LCOS組件研發使開口率已達96%極限的基礎上，全新開發的AISYS 5.0光學系統帶來真實色彩的品質享受。CANON采用在專業的廣播級鏡頭技術，專為LCOS投影機開發的最佳高畫質可換鏡頭。采用高分辨率、低失真度、低色差及高性能的色差功能，明亮生動地表現LCOS的完美畫面。

在投影機行業采用專業廣播級鏡頭技術的廠家少之又少。商業市場永遠會為“拿來技術”的成本和獲得利潤做出適當的選擇。有多少投影廠家會用非球面鏡片（Aspherical Lens）、低色散瑩石技術鏡頭、恒定光圈鏡頭？圖像顯示分辨率和真實色彩中，沒有高分辨率及優質色彩還原鏡頭的貢獻，不可能有高品質圖像的呈現。鏡頭已經成為一個成像場景的獨特詮釋者，可對所展示圖像的個別屬性實現精細的光學控制。精心優選的鏡頭能夠與所期待成像效果相匹配。擁有光學專利技術有自主研發生產，將成本壓縮到對手無法競爭的地步，這些恰好是CANON公司的優勢。

理論上球面鏡片存在著無法將并行光線以完整的形狀聚集在一個點上的問題，因此，在影像表現力方面，必然具有一定的局限性。為了解決大光圈鏡頭的球面像差補償、超廣角鏡頭的影像扭曲補償、變焦鏡頭的小型化這三大問題，CANON在60年代中期開始進行非球面鏡片技術的研發，確定了設計理念以及精密加工、精密測試的技術。非球面透鏡的鏡片從透鏡中心到周邊曲率作連續變化，這可以使通過鏡片中心附近的光束和邊緣附近的光束在同一點成像。充分利用非球面鏡片的這個特性，既能夠大幅度提高高規格產品的光學性能，同時又可以減少透鏡片數，有利于鏡頭實現小型化。

CANON在生產非球面鏡片時，采用獨有的具有0.02微米研磨精度的批量生產加工技術。在1978年，還實現了高精度塑料成型的小光圈非球面鏡片的生產。隨后，推出了大光圈玻璃成型非球面鏡片，并且，還確立了在球面鏡片的表面形成一種紫外線硬化樹脂覆膜的復制非球面技術。

所謂色散，指的是由于不同顏色的光線的折射率不同所造成的現象。相對來說，由于廣角鏡頭的視角寬，廣角入射角度變化大，所以非球面鏡片在廣角鏡頭中被大量采用。如果說廣角鏡頭容易產生球面像差，那么長焦鏡頭則容易產生色散和色差。螢石這種氟化鈣（CaF2）晶體具有超低的折射和散射率，伴有異常的局部散射特性，與玻璃鏡片并用時能夠近乎理想地修正鏡頭色散，令長焦鏡頭成像質量有了長足的提高，并減小了鏡頭的長度。然而，不論是天然還是人造螢石鏡片，成本對于消費者來說都太高了。所以CANON又研發螢石鏡片的替代品。這些由光學玻璃混合專利氧化物制造的鏡片被稱為超低色散鏡片，有著和螢石鏡片相近的光學性能和相對較低的成本。采用這些鏡片的鏡頭具有很強的抗色散能力，成像清晰度高，色差小。

色彩亮度

我們都知道，標稱值的定義是“用以標志或識別元件、器件或設備的適當近似值 ”，而GB28037-2011和ISO/IEC 21118：2005（E）定義的投影機標稱參數并不能完全詮釋應用的實際價值。比如我們所熟悉的“亮度”，只是“白色亮度”指標，并沒有體現色彩表現的任何信息。雖然色彩表現對于投影機畫質至關重要，但是，只有很少的廠商提供關于投影機色彩亮度（CLO）的信息。由國際信息顯示協會（SID）管理下的國際顯示計量委員會ICDM負責編寫的《信息顯示測量標準》當中，就說明了測量投影機CLO或色彩亮度的程序、色彩亮度的測量的方法。

CANON認為與色彩亮度相等的彩色圖像亮度尤其重要。其產品投射的彩色圖像亮度與全白亮度相同（使用標準變焦鏡頭時）。而其他公司相同等級的單芯片DLP投影機與全白亮度的亮度差40%左右（演示模式）。此時還保證了低失真率（電視失真低于0.1%）。同樣，標稱亮度是在最大光圈下的亮度值，從標準變焦鏡頭更換為其他鏡頭時，亮度通常會降低，但是佳能采用了先進的鏡頭技術，將可交換鏡頭之間的亮度差別大大降低到7%以內。特別是長焦變焦鏡頭，實現了與標準變焦鏡頭相同的亮度。

CANON并未就此止步，今年佳能又推出了世界首批恒定F2.8光圈的投影機――WUX450和WX520。“恒定光圈”的鏡頭結構比較復雜，而且成本不輕。恒定光圈變焦鏡頭也可稱之為無級變焦鏡頭，其設計要求很高，鏡頭可調節的最大焦距決定了透鏡直徑。但采用大孔徑的透鏡又帶來了像差的質量下降，為控制像差的質量，既采取高焦強又保持高質量的成像效果，在相反焦距（下端廣角，上端長焦）時的像差控制要求精度很高，必須找到其最佳平衡點。這樣一來，設計上所需要的光學系統變得龐大而復雜，透鏡的制造成本必然大大增加。另外，調節光圈時的分辨率特性，基本的亞波長衍射現象造成的分辨率限制也仍然存在。最終結果將是鏡頭光圈連續縮小（光圈逐漸關閉）時圖6中的黑色直線所示。分辨率會逐漸下降。在同一光圈設置下，這一情形在實際中的高清和標清鏡頭上表現更為突出。（鏡頭的對比度再現性能轉換為交替黑白線條細節的精細程度的函數稱之為“調制傳遞函數”或“MTF”。）

普通投影機，如果標注的是4，500流明，其前提條件是投影機安裝在離屏幕最近的地方。因為這時候，鏡頭的光圈最大，光通量也最大，亮度才能達到標稱值。

如果將投影機安裝在最遠端，鏡頭的光圈最小，光通量也最小，那亮度也會隨之下降。通常亮度損失在30%-40%。在安裝條件無限制的情況下，這種光圈的變化可能不明顯。但如果條件所限，必須裝在比較遠的地方，那用戶所得到的實際亮度，就會大打折扣。

恒定光圈的優勢

CANON新款WUX450、WX520，采用的是恒定光圈，最近、最遠，其亮度都可達到標稱值。而其最大的優勢，就是可以在會議室隨意安裝了。不再考慮常規的投影機盡量往前安裝，以減小光損失的問題。

當然，利用恒定光圈，將投影機吊在最遠端，只是這兩款投影機最基礎的應用。而恒定F2.8光圈，最大的應用，應該是模擬仿真等弧幕的應用場合，因為它可以提供清晰的景深。

作為普通投影機，為了追求亮度，鏡頭的最大光圈一般都在F1.6-1.8左右。大光圈的優勢是亮度高，但劣勢是焦平面太小，景深太淺。作為平面屏幕，大光圈無任何不妥；但作為弧幕的應用，則會出現無法整屏清晰聚焦問題。恒定光圈鏡頭，不會像浮動鏡頭那樣，因焦距的變化而帶來光圈的變化再帶來景深的變化。我們可以根據環境，隨意不等距地安裝投影拼接系統。

如圖10所示：大光圈的鏡頭，景深為藍色部分，超出藍色部分，聚焦無法清晰。而F2.8光圈，能提供近半米的景深，可適應絕大多數弧度。這對弧幕的設計者而言，將是巨大福音，因為他們不必再需要去考慮，因為弧度問題，需要將亮度提高多少來滿足屏前亮度。這意味著成本的大幅度降低。

除了恒定光圈，佳能新款投影機具備“4點梯形校正”，配合F2.8光圈，在現場施工中，就可以做到“隨心所欲”了。

很多情況下，因為現場環境制約，投影機可能不能垂直屏幕擺放，如果要斜著擺放，是否能調成正方形？四角的聚焦是否都能清晰？這考驗的不但是投影機的性能，更會考驗現場工程師的技術能力。

球面透鏡的光學特性范文第3篇

微距鏡頭

由于微距鏡頭既可以使近距離的被攝體清晰成像，又能夠當作同焦距的普通攝影鏡頭使用，所以微距鏡頭也是特殊效果鏡頭中最為普及的鏡頭種類。

“微距鏡頭”是以近距離拍攝為目的，由于采用對稱結構設計，所以微距鏡頭的畸變、場曲像差等方面均優于普通攝影鏡頭。從成像品質上看，微距鏡頭往往具有高銳度和高反差的特點，有利于被攝體細節的描寫和層次表現。根據上述這些特點，微距鏡頭主要適合翻拍、花卉、昆蟲和靜物等攝影題材。

使用尼克爾Ai-S Macro 55mm1∶2.8鏡頭拍攝效果 陳仲元攝

結構特點

微距鏡頭在結構上主要有兩種形式：一種是在微距鏡頭中具有一個內置可以伸縮的鏡筒，當進行微距攝影時，將調焦環向最近調焦距離處轉動，而整個光學系統隨同內置伸縮鏡筒一起前移，使像距增大，以獲得近攝倍率。如：尼克爾Ai-S Macro 55mm1∶2.8、賓得Macro 50mm1∶4等鏡頭便采用這種設計結構。通常這類微距鏡頭的光學結構相對簡單，最高放大倍率在1∶2以內，如果使用得當,這類鏡頭仍有不俗的表現。

另一種是通過改變鏡頭內的部分光學透鏡組的前后位置來實現微距攝影，并獲得較高放大倍率。目前生產的微距鏡頭絕大部分采用這種結構，如：尼克爾Ai-S Macro 105mm1∶2.8、騰龍SP90mm1∶2.5，賓得 FA Macro 100mm1∶2.8等等。

佳能MP-E65mm1∶2.8鏡頭攝

微距鏡頭的選擇

俗話說“微距無弱旅”。單從銳利度和反差來看，各廠家生產的微距鏡頭差別不是很大，且表現的都相當出色，但從描寫性能、焦外成像和影像風格等細微變化來看，仍存在有輕微的差異。

焦距的選擇

除了已經停產的尼克爾AF Macro 70-180mm1∶4.5-5.6D ED微距變焦鏡頭外，多數微距鏡頭都采用固定焦距設計，以獲得更大的近攝比率。定焦鏡頭的優勢是可以保證優異的光學品質，不足是鏡頭的適用范圍受到一定的限制。所以在購買微距鏡頭前，焦距是重要的指標。

翻拍：應選擇50～60mm焦距的標準微距鏡頭，以適應翻拍臺或三腳架的云臺倒置的拍攝距離。由于很多數碼單反相機采用APS-C尺寸規格的影像傳感器，使焦距效果得以延伸，所以標準微距鏡頭在部分數碼單反上便成為了長焦微距鏡頭，因而標準微距鏡頭也適合花卉、靜物等題材的拍攝。

昆蟲：由于多數昆蟲較為敏感，近距離拍攝容易驚擾昆蟲，所以長焦微距鏡頭主要適合相對較遠的距離拍攝昆蟲及花卉。如90～200mm的鏡頭。對于數碼單反相機的用戶而言，也應該考慮到焦距轉換倍率，盡量發揮鏡頭的使用價值。

原廠還是副廠？

從工藝標準和適配性上看，原廠生產的鏡頭自然更加匹配，但多數原廠微距鏡頭價格昂貴，所以對于不常拍攝微距照片的影友而言，一些非原廠的鏡頭具有良好的性能價格比。如騰龍、適馬、圖麗的微距鏡頭值得選擇。這些非原廠鏡頭雖然價格不高，但成像品質并不遜色于原廠鏡頭。

微距還是近攝？

按照《美國紐約攝影教材》的標準：一，像物比為1∶1左右的鏡頭為微距攝影鏡頭（MACRO LENS）；二，像物比介于1∶1.2至1∶2之間的鏡頭為微距調焦鏡頭（MACRO-FOCUSING LENS）；三，像物比在1∶2到1∶4之間的為近調焦鏡頭（CLOSE-FOCUSING LENS）。近調焦鏡頭多采用非對稱結構設計，通常采用近攝補償系統來校正場曲等像差，所以在成像品質不及真正意義的微距鏡頭。

專業微距鏡頭

專業微距鏡頭并不是指大孔徑的原廠微距鏡頭，而是只針對微小物體拍攝的鏡頭。這種鏡頭種類不多，但微距拍攝能力超過普通的微距鏡頭。最具代表性的是佳能MP-E 65mm1∶2.8 1-5X Macro Photo鏡頭，該鏡頭具有變倍功能，其最高放大倍率在1～5X之間是可調的，但是對焦距離限制在0.24～0.313米，主要用于醫學等專業攝影。過去，美能達也曾有一款AF Macro ZOOM 3X-1X1∶1.7-28微距鏡頭，最高放大倍率在1～3X之間。由于這類鏡頭專業性較強，需求量低，價格又很高，所以這種鏡頭在市場上非常少見。

數碼微距鏡頭

目前很多新研發的微距鏡頭是針對數碼相機感光元件CCD表面平滑、容易反光特點而設計的。在鏡頭結構和鍍膜上加強了抗眩光和消色差功能，部分鏡頭采用小像場設計，只能適用于APS新款微距鏡頭與數碼相機配合使用，成像效果更佳。比如：佳能EF-S60mm1∶2.8 USM便是小像場微距鏡頭，只能用于APS―C尺寸影像傳感器的數碼單反相機上。

數碼相機的微距拍攝

除了數碼單反相機需要使用微距鏡頭外，多數不可更換鏡頭的高級數碼相機和袖珍數碼相機都有微距模式。設定微距模式后，相機可以在近距離的條件下得到清晰的影像。僅僅改變一下拍攝模式便能實現近距離的微距攝影，在傳統膠片相機中是無法想象的。這就是數碼時代帶給我們的便利。

數碼相機之所以具有強勁的微距能力是因為在微距模式下，數碼相機的鏡頭和CCD之間的距離隨著模式的設定產生了偏移，使像距增大，從而獲得更近的拍攝距離。由于小尺寸CCD更為靈活，所以很多普及型袖珍數碼相機具有突出的微距拍攝能力。

數碼相機的微距功能使微距攝影擺脫了專用鏡頭和近攝附件的拖累，使微觀景物的拍攝更加簡單方便，但是大部分數碼相機的微距模式只有在廣角端才可以實現最大的近攝比率，所以像差和畸變方面無法與獨立的微距鏡頭相比。對于喜歡拍攝花卉、昆蟲等立體景物的攝影愛好者而言，數碼相機的微距模式完全可以擔當重任。只是在拍攝時應注意相機的穩定，最好使用三腳架。

魚眼鏡頭

魚眼鏡頭是超廣角鏡頭的一種特例，它前端第一片透鏡向外凸起，好似鼓起的魚眼，另外魚眼鏡頭的成像效果與人們想象中的魚眼視角相似，故而得名“魚眼”。魚眼鏡頭的焦距短并且視場角大，接近甚至超過180°，在所拍的畫面中呈現極端夸張圓弧形狀的畸變，常規攝影很少使用這種鏡頭，因此它屬于特殊效果鏡頭。

使用尼克爾16mm1∶2.8魚眼鏡頭拍攝效果楊大洲攝

圓形魚眼鏡頭

“圓形魚眼鏡頭”又稱為“全天候魚眼鏡頭”，它的視角大于180度，最大像場比照相機的呈像框小，其水平視角與垂直視角相等，所拍攝的畫面為圓形。這種魚眼鏡頭最初產于1923年，是由英國科學家R?西魯設計完成并且獲得專利權。

“圓形魚眼鏡頭”當初主要應用在天文、氣象觀測等科學領域，因此用“全天候”一詞來形容。例如：尼克爾 6mm1∶2.8圓形魚眼鏡頭，它的視角為220度。

對角線魚眼鏡頭

“對角線魚眼鏡頭”它的最大像場比照相機的呈像框大，所以不會出現暗角現象。其對角線視角約為180度，呈現出水平視角與垂直視角不相等且均小于180度，“對角線魚眼鏡頭”更強調畫面徑向對角線的場面，四角畫面看似由兩條對角線構成，故此而得名。“對角線魚眼鏡頭”是不帶有線性校正系統的超廣角鏡頭，具有較大的工作距離，由于像場比較大，使拍攝的景物能充滿整個畫面，因此這類魚眼鏡頭現今應用比較廣泛。

魚眼鏡頭的成像特點

攝影鏡頭的光學結構非常復雜，越來越多的鏡片都是為了減少畸變和像差。但是再高明的光學設計都不會完全避免畸變和像差，只是人們在一些特殊技術手段（如：非球面鏡片和CRC系統）不斷地做著努力，所以我們可以看到許多新型的常規超廣角鏡頭在畸變和像差控制方面已經有了長足的進步。而魚眼鏡頭與普通超廣角鏡頭所追求的效果是不同的，魚眼鏡頭主要是利用畸變來獲取更寬的視角，具有極度夸張的特性。所以我們經常看到一些焦距更短的超廣角鏡頭并不屬于魚眼鏡頭。

魚眼鏡頭的市場化

二十世紀初，世界上雖然出現過很多魚眼鏡頭產品，但未達到普及。魚眼鏡頭要想從科研轉而實現商品化普及，必須有一個優良單反相機作為載體，二十世紀中期隨著賓得“ASAHI PENTAX”系列和尼康“F”系列等一批優秀單反相機的推出，為魚眼鏡頭實現商品化的普及提供了物質上的保障。目前15～17mm的對角線魚眼鏡頭被廣泛應用在35mm單反照相機上，并成為最受歡迎的魚眼鏡頭。

魚眼之最

尼康公司于1962年推出了一款尼康F相機上用的8mm圓形魚眼鏡頭，這也是世界首款用于單反相機上的魚眼鏡頭，它在35mm規格膠片上，能夠獲得直徑24mm的圓形畫面。1972年尼康推出了一款極致的魚眼鏡頭，即：Fisheye-Nikkor 6mm1∶2.8 AUTO鏡頭，該鏡頭從1972年首產到1998年停產，共計有三代產品，光學結構均為12片9組。極端的6mm焦距，220度超乎想象的視角，再加上5.2公斤的重量和超乎尋常的價格，使isheye-Nikkor 6mm1∶2.8 AUTO成為魚眼鏡頭中最具代表性的產品。1963年，日本賓得公司（當時稱為旭?光學工業株式會社）推出了世界上首款對角線魚眼鏡頭，即：“Takumar18mm1∶11”魚眼鏡頭，該鏡頭光學結構為兩組三片，用于賓得“ASAHI PENTAX”系列單反相機上。隨后又推出了第二代“super Takumar Fish-eye 17mm1∶4”鏡頭，雖然它比它第一代18mm1∶11魚眼鏡頭焦距短了1毫米，但它能拍攝出180°視角的全畫幅影像。

魚眼鏡頭與數碼單反

由于多數數碼單反相機采用小尺寸的影像傳感器，所以使用傳統的魚眼鏡頭時，視場角會明顯縮小，甚至無法達到魚眼鏡頭的效果。為此，一些鏡頭廠商專門設計有更大視野的魚眼鏡頭及小像場數碼魚眼鏡頭，以使APS尺寸影像傳感器或4/3系統的數碼相機能夠達到魚眼鏡頭的視場角效果。如賓得“SMC DA 10-17mm1∶3.5-4.5ED（IF）變焦魚眼鏡頭便是針對APS-C畫幅影像傳感器而設計的，該鏡頭在10mm端可達到180度視角，是一只標準的對角線魚眼鏡頭，而隨著焦距的增加，圓弧形畸變效果逐漸減弱，在17mm端則具有常規的超廣角鏡頭效果。此外，適馬2006年6月推出的一款8mm1∶3.5 EX DG Circular Fisheye鏡頭廣受消費者關注，這只鏡頭的最近對焦距離可以近到13.5cm，并擁有180度的視角。該鏡頭既能用于全幅數碼或135膠片相機上，又能夠用于APS-C尺寸規格的數碼單反相機上，只是用于全畫幅相機時近似“圓形魚眼鏡頭”效果，而用于APS-C規格數碼機上，則近似于對角線魚眼鏡頭的效果。

模擬魚眼效果

魚眼鏡頭的凸出球形鏡片使任何不通過畫面中心的直線都會變得彎曲，這種影像畸變卻給人們帶來了其他廣角鏡頭所無法達到的特殊效果，但是這種夸張效果的鏡頭適用范圍并不寬泛，所以多數攝影愛好者手中并不具備魚眼鏡頭。對于一些希望得到魚眼效果的影友來說，后期制作同樣能夠營造出類似魚眼鏡頭的夸張效果。有興趣的朋友不妨一試。

注意：這種數字后期的調整方式是一種純粹的畸變制作，不但不能像真正的魚眼鏡頭那樣獲得更大的視角，還要損失部分畫面邊緣的內容。但對于刻意營造魚眼效果的作品來說，后期處理也是一種簡便有效的方式。

移軸鏡頭

移軸鏡頭是用來調整影像透視關系的特殊效果鏡頭，較為科學的叫法應該是透視調整鏡頭（即：PC）。有些廠家用“TS”（傾斜、移位攝影鏡頭）、SHIFT（移位攝影鏡頭）來表示。移軸鏡頭可在機身和膠平面位置保持不變的前提下，能使整個鏡頭的光軸進行平移，有的甚至可以傾斜或旋轉，從而達到改變透視關系的目的。

使用佳能TS-E90mm1∶2.8鏡頭擺動拍攝效果鄭壬杰攝

移軸鏡頭結構特點

一、光軸可以平移、傾斜、旋轉；二、為了確保軸平移后，仍能在底片上獲得清晰影像，通常移軸鏡頭擁有更大的像場，如：佳能移軸頭的成像圈直徑均可達到58.6mm，而普通鏡頭的成像圈只有43mm；三、移軸鏡頭有更大的覆蓋角，比如：佳能24mm、45mm和90mm移軸鏡頭的最大覆蓋角分別為102°、66°與36°，尤其是TS-E24mm1∶3.5L的覆蓋角幾乎與17mm普通鏡頭的對角視場角一樣，因此我們可以通過135相機用的移軸鏡頭，來體驗一番大畫幅相機的調整感覺。當然這里指的是部分透視關系，在成像質量和調整幅度方面，移軸鏡頭與大畫幅相機有著本質的區別。

移軸鏡頭的分類

1.具有平移、傾斜功能的移軸鏡頭：這類移軸鏡頭除了上、下或左、右能平行移光軸之外，還可以上、下或左、右進行傾斜移軸。平行移軸能平移像場，可以使相機保持水平，將幾何透視變形降到最低限度。而傾斜移軸（Tilt）能改變光軸與膠片平面的夾角，可以控制景深的變化。通過移軸后能為拍攝者提供有用、且效果更佳的畫面。比如：佳能TS-E 45mm1∶2.8鏡頭，光軸可上、下或左、右兩個方向各平移11mm，又可向上、下或左、右兩個方向各傾角8度。常見的品種有：佳能TSE 90mm1∶2.8 、TSE 45mm1∶2.8、TSE 24mm1∶3.5；尼克爾PC微距85mm1∶2.8D等。這類鏡頭不僅適合建筑攝影，還適合廣告產品、人像、風光等富有創意的影像拍攝。

2.只有平移功能的移軸鏡頭：這類移軸鏡頭只有平移功能，且向一個方向平移。比如：尼克爾PC35mm1∶2.8鏡頭，僅能向一個方向平移11mm，但整個鏡頭可繞接環旋轉360度，并設有12個定位擋來選擇不同的平移方向。常見的品種有：德國產的徠茲PA-CURTAGON-R35mm1∶4， 尼克爾PC 28mm1∶3.5鏡頭、PC 35mm1∶2.8鏡頭，賓得SHIFT 28mm1∶3.5鏡頭等，主要適用于建筑攝影。

3，透視控制移軸鏡頭：美能達35mm1∶2.8 SHIFT CA鏡頭的結構和性能比較特殊，這是30年前美能達的產品。這種鏡頭只能平移，不能像佳能那樣傾斜移軸，但有一個獨特功能，即曲面調節。普通鏡頭清晰對焦的像平面一般在無限遠時是平面的，近距時會形成曲面；微距鏡頭則是在近距離對焦時像平面為平面，這樣有利于翻拍，這兩類鏡頭的像平面均不可調節。而美能達這款鏡頭則可以把像平面調成凸向鏡頭和凹向鏡頭的球面或平面。比如說想翻拍地球儀表面或一個大花碗內圖案，普通鏡頭不可能使中間和邊上都合焦，CA調節可以做到這一點。這個功能還能有效地改善廣角鏡頭的變形。

但是這種鏡頭早在20多年前就己經停產了，再找到它可不是一件容易的事情，它只能用于手動調焦的美能達MD卡口相機。

后期調整透視

拍攝建筑分為城市風光和建筑攝影。城市風光講究光影、色彩等視覺藝術效果，對建筑物的透視關系沒有特殊要求，而建筑攝影則需要一定的專業性，一些高大的建筑應該保持垂直的效果，即使會有些失真。

對于專業的建筑攝影師來說，可以移軸調整的相機或鏡頭非常必要，因為大畫幅相機所改變的不僅僅是橫平豎直的移軸效果，在復雜環境中拍攝時，還可以利用平移祛除掉阻礙畫面的物體，如廳堂內的立柱等等。對于沒有大畫幅相機及移軸鏡頭的攝影愛好者而言，可以采用遠距離、平視角的方式拍攝建筑。如到對面樓上平行拍攝。也可以采用標準鏡頭遠距離水平拍攝，然后通過后期裁切畫面的方式拍攝建筑。當然，這兩種方式的先決條件是建筑物前方比較寬闊。此外，我們還可以在計算機中，利用圖像處理軟件對變形的景物進行透視修正。

皮腔鏡頭

最近，“鏡頭寶貝”（Lensbaby）進入中國市場，這種美國生產的結構簡單的攝影鏡頭引起了許多攝影愛好者的興趣。

使用Lensbaby 3G拍攝效果

皮腔鏡頭的結構特點

“鏡頭寶貝”Lensbaby主要由2片透鏡、皮腔和鏡頭卡口組成，2片鏡片采用多層鍍膜處理，具有明顯的球差，以達到影像邊緣模糊的效果。中間的皮腔是該產品的主要構成部分，采用抗磨損的彈性橡膠材料制成，經得起長時間扭曲、伸縮。皮腔的特點是方便鏡頭調整，不僅可以靠搖擺產生特殊的效果，還可以通過拉長皮腔進行微距拍攝。鏡頭的卡口種類非常多，幾乎所有流行的相機卡口，鏡頭寶貝都能匹配。無論是傳統膠片相機還是數碼單反都可以用鏡頭寶貝進行拍攝。

鏡頭寶貝的調焦非常簡單，主要靠伸縮對焦，這一點有些近似大畫幅相機。它的光圈設計非常有趣，采用金屬分體光圈，在更換光圈時使用磁性筆將光圈吸出來，再安放到鏡頭的透鏡前面。雖然操作略顯繁復，但頗有趣味性。

雖然鏡頭寶貝結構簡單，但做工卻非常精細，尤其是皮腔的耐用性非常規材料所能替代。從成像品質上看，鏡頭寶貝的中心清晰度還是很高的，所產生的效果有些近似移軸鏡頭，但虛化效果更加獨特,是追求新意的影友們值得嘗試的攝影工具。

鏡頭寶貝的種類

目前在中國市場上能夠買到的有兩款產品，分別為Lensbaby 2.0和Lensbaby 3G。兩款產品分別定位于高速度和高精度。

Lensbaby 2.0

Lensbaby 2.0光圈設置為F2，另外還配有F2.8、F4、F5.6、F8共4枚光圈。使用Lensbaby 2.0，可以通過改變使用不同光圈控制清晰對焦區域的大小范圍。進光量越多，清晰區域范圍越小，也就是照片周圍的逐漸柔化朦朧的區域范圍越大。

Lensbaby 2.0使用兩片高折射低色散光學玻璃制造，可以在清晰的區域拍攝清晰的細節。Lensbaby 2.0將一些舊時照相機技術和特有的專利結合。對焦拍攝通過用手指移動皮腔的拉進或延伸，攝影者通過移動光學鏡片離開圖像拍攝的水平位置，移動光軸達到選擇清晰區域的目地。由于Lensbaby 2.0的焦點需要手指控制，所以更適合明亮光線下快速對焦與調整拍攝。

Lensbaby 3G

Lensbaby 3G的結構與Lensbaby 2.0基本相同，但是增加的一個鎖鈕和三根針結合成了調焦桿，可以在彎曲的位置對Lensbaby 3G鎖定，以進行精密準確的調焦、搖擺。這樣，攝影者可以無須手指按動鏡頭來拍攝焦點準確的照片，更適合影室內拍攝富有特效的靜物及廣告照片。Lensbaby 3G的光圈更為豐富，除了自身的F2光圈外，還可選擇F2.8、F4、F5.6、F8、F11、F16、F22共7枚光圈，可以進行更加豐富的景深控制。

柔焦鏡頭

柔焦鏡頭通常又稱之為柔光鏡頭――它是指在不含有任何附加鏡和夾層或涂層等輔助條件下能夠拍出具有虛幻、朦朧畫面效果的特殊種類鏡頭。柔焦鏡頭通常在設計時，用人為方法加大球差或是利用光擴散原理等特殊技術手段所制成的鏡頭，柔焦鏡頭同時在點像中心處存在有一個特別明亮的光核，并向四周發散形成了光暈，從而能夠直接拍攝出具有柔光虛化效果畫面。球差對于普通鏡頭來講是十分有害的，它能使影像清晰度明顯下降，一般采用非球面透鏡方法加以克服。而柔焦鏡頭則不同了，它是人為利用“球差” 的方法對整個畫面進行虛化，而演繹出特殊的效果。

使用賓得67 120mm1∶3.5柔焦鏡頭拍攝效果 劉慶波攝

柔焦鏡頭市場

除柔焦鏡頭之外，雖然用于影像柔化的方法很多，例如：柔焦濾鏡、蒙紗、凡士林涂抹和后期軟件柔化等等，但層次的變化、柔化效果及色彩還原都不及專用的柔焦鏡頭。它能讓圖像產生更具有空間層次感的效果。由于柔焦鏡頭的價格比較高，可用的光圈值和鏡頭的焦距有限，再加上柔化影像的方法很多，所以目前這類鏡頭在市場上已并不多見。

散焦鏡頭

除了柔焦鏡頭外，還有一種特殊效果鏡頭――散焦鏡頭。這是一種利用光的散射原理，對前、后襯景進行柔化，而焦點中心成像仍保持清晰（也有人將這類鏡頭稱為柔化襯景鏡頭）的特殊效果鏡頭。最具代表性的散焦鏡頭有兩種，一種是尼克爾的DC鏡頭，另一種則是美能達STF 135mm1∶2.8（T4.5）鏡頭，兩款鏡頭的散焦原理和效果略有不同。

尼克爾DC鏡頭是用透鏡組移動，使球差發生變化，從而起到調節景深的目的。這種鏡頭通常在鏡頭的前端設有一個散焦定位轉環，該環上光圈值從F2到F5.6分為4擋，分別標在環的左右，用R（后景散焦）和F（前景散焦）來表示。尼康曾生產過2只DC鏡頭，分別為：AF DC 105mm1∶2D和AF DC 135mm1∶2D。

過去，美能達也曾推出一款成像效果類的似散焦鏡頭，型號為：STF 135mm1∶2.8（T4.5）。在該鏡頭第四鏡片組中，設有一個特殊透鏡組，稱之為：“APO DI ZATION”，中文意思為中空漸變灰色的濾光鏡組，該鏡頭組由兩片鏡片組成，設計成中心部分透明，四周漸變灰色，主要是為了能讓影像中心成像清晰，邊緣散焦部分虛化，因而起到對襯景進行柔化目的。另外由于APO DI ZATION鏡片組的存在，使本應有2.8的光圈孔徑，實際只有相當于F4.5的通光量。STF 135mm1∶2.8（T4.5）鏡頭與尼康DC鏡頭一樣，只對焦點外的前、后景有虛化作用，并不能與柔焦鏡頭混為一談。

軟件柔光方法

如今是數碼時代，在拍攝時我們很少會想到使用附件來營造特殊效果，所以后期利用軟件來制造特殊效果是一種既有效又簡便的方式。下面我們簡單介紹一種用photoShop制造柔光效果的方法，如果你手中有人像或花卉的數碼照片，不妨按照這種步驟嘗試著進行制作一幅柔光照片。當然，制造柔光效果的方式還有很多，需要我們親自去嘗試。

基本方法：使用Alpha通道、黑白漸變、高斯模糊功能。

方法解析：在Alpha通道中創建黑白漸變效果，再將其轉換為選區，并對選區進行“高斯模糊”處理，即可得到中間清晰，邊緣模糊的中空柔焦效果。

折反射鏡頭

折反射鏡頭屬于長焦距鏡頭的一種，但折反射鏡頭的長度卻比同焦距的長焦鏡頭短很多。折反攝鏡頭的光路中加用一片中心帶孔的凹面鏡和一片裝在透鏡中心的小凹面鏡，將通過鏡頭前端透鏡折射進去的光線經過兩次反射，使光路折成三段，從而使得鏡頭的長度比相同焦距的遠攝鏡頭縮短一半左右，所以具有重量輕、體積小和低色差的特點。由于折反射鏡頭體積小，光學結構相對簡單，所以制作成本較低，價格也大大低于同焦距的長焦鏡頭。多數折反射鏡頭只有一擋光圈，曝光需要依靠照相機的快門來控制。折反射鏡頭的鏡體雖然不長，但鏡筒較粗。折反射鏡頭的光學結構雖然非常簡單，但成像品質優秀，尤其是景深外的高光點往往會呈現圓圈形的光斑，效果非常獨特。

姆托1000mm1∶10折反射鏡頭拍攝效果陳耀攝

折反射鏡頭市場

折反射鏡頭最早應用在天文觀測領域。普通照相機使用的折反射鏡頭也是采用天文望遠鏡的原理設計，只是體積小巧得多。由于折反射鏡頭光學結構簡單，所以價格比同等焦距的超長焦距鏡頭便宜，因此許多廠家生產并銷售這種鏡頭，如：尼克爾Reflex 500mm1∶8、Reflex 1000mm1∶11、Reflex 2000mm1∶11；佳能Reflex 500mm1∶8（己停產）；適馬Reflex 600mm1∶8；賓得Reflex 1000mm1∶11、Reflex 2000mm1∶13.5；騰龍SP Reflex 500mm1∶8；美能達AF Reflex 500mm1∶8等等。從設計角度來看，這些產品都比較成熟，各品牌之間差異也不是很大。

數碼變焦

能夠達到折反射鏡頭焦距的常規鏡頭并不多，且價格昂貴。所以最接近折反射鏡頭長焦距的方式就是數碼變焦。

任何一款非單反形式的消費類數碼相機都有數碼變焦功能，可是人們都認為數碼變焦是經過裁切放大的局部圖像，與利用Photoshop等圖像處理軟件進行局部裁切的效果一樣，所以數碼變焦并沒意義。其實這種理解是有偏頗的。