硬件设计24之什么是镜头？

时间：2018.4.8 作者：Tom 工作：HWE 说明：已注明转载。

镜头是仅次于CMOS芯片影响画质的第二影响因素。

1.什么是镜头？

我们来看一个图片，是镜头内部解析，此图片不包括镜头内部的驱动马达：

从图中，我们可以看出镜头内部的构造还是比较复杂的，但总的来说主要包括镜片和光圈。镜头的复杂度也是最能反映一只镜头的好坏，直接关系到成像素质。一般我们看不到镜头内部，一般由结构复杂的多组多枚透镜组成，不同的透镜加工方法、材质均不同。镜头的好坏与透镜数量的多少并非简单的正比关系，这点需要注意。

镜头内部会有很多特殊镜片，比如非球面镜、超低色散镜片等，直接影响镜头成像，反映在MTF曲线上。

除了透镜之外，镜头内部还有用来调整进光量的光圈叶片，它进行类似瞳孔的放大和收缩动作，控制受光量，对快门速度、景深等造成影响。一些具备防抖功能的镜头，在内部构造上还会有电机驱动的防抖组件，此外如果镜头采用镜身马达，也会有移动的镜片来控制自动对焦。

2.预备知识

区别不同镜头的两个最明显指标就是焦段和光圈。

2.1 FOCUS——焦段

相机的镜头是一组透镜，当平行于主光轴的光线穿过透镜时，会会聚到一点上，这个点叫做焦点，焦点到透镜中心(即光心)的距离，就称为焦距。焦距固定的镜头，即定焦镜头；焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。可变焦镜头怎么实现呢？那就是用多组镜头进行级联，级联之后的镜头组可以进行移动镜片达到变焦的功能。

镜头的焦距现在基本都用mm作为单位，数值越大，焦距越长视角越窄，也就是看的越远；数值越小，焦距越短视角越广，也就是画面里容纳的景物范围更大。可以改变焦段的镜头叫做变焦镜头，不可改变的则是定焦镜头。需要注意：单独看镜头的焦段、是否可变焦与镜头的价格没有直接的关联。

2.2 IRIS——光圈

除了焦段之外，光圈是区分镜头差别的另外一项主要参数，决定镜头的通光量。光圈的大小直接影响快门速度和景深，因此在拍摄夜景、以及人像时，在焦距相等的情况下，我们偏爱使用大光圈的镜头。光圈可比喻为瞳孔。

一只镜头有最大光圈和最小光圈，我们一般关注的都是最大光圈，最小光圈则显得不是那么重要。数值越小，光圈越大，f/2.8指光圈小于f/1.8光圈。通常来说，同品牌的镜头，在焦距相等的情况下，光圈越大，镜头档次越高，价格也越贵。比如佳能50mm f/1.8镜头几百元，而50mm f/1.2镜头则要上万元。

　对于变焦镜头，还有一个概念叫是否固定光圈，实际意思就从广角端到长焦端，其最大光圈的数值是否是固定不变的。注意：固定光圈镜头绝不是指镜头的光圈不能改变。固定光圈镜头的价格一般来说比较高，非固定光圈镜头在制造难度上较小，成本也更低。

在拍摄时，长焦端比广角端需要更高的快门速度，因此通常来说，拍摄者使用非固定光圈镜头在长焦端拍摄时受限更大。而固定光圈镜头，在长焦端也可以保持与广角端相同的最大光圈，因此适用范围更广，在同等长焦端下可拥有更高的快门速度和更浅的景深。通常来说，如果两只变焦镜头焦段相同，固定光圈镜头价格高于非固定光圈镜头。

光圈的f值越小，光圈越大，进光量越多，画面亮，焦平面越窄，主体背景虚化越大；

光圈的f值越大，光圈越小，进光量越少，画面暗，焦平面越宽，主体前后清晰。

2.3 为什么使用非球面镜片

2.4 超声波马达

而镜头内置马达，现在普遍会使用超声波马达，这是一种利用超声波区域振动源的频率来进行转动的马达，可以实现更安静、快速的自动对焦。在驱动时，它不需要任何机械性的零件接触(比如齿轮)，启动的速度也比一般的对焦马达更快。一般来说，在价格可以接受的情况下，尽量选择超声波马达镜头。

2.5 光学防抖

光学防抖实现有两种方式，分别为镜头防抖和机身防抖，这里我们说的是镜头防抖。防抖是通过镜头内置光学影像稳定系统来实现的，通过影像稳定器修正光学部件的运动来抵消震动对成像的影响，它能感应到手的震动并把其转化为电信号，这个信号在经过镜头内置的电脑处理后，会控制一组光学部件做出与之平行的反移动，来修正震动引起的光线偏移。

3. 成像的清晰度、分辨率和锐度

、

、

4. PI校准与曲线校准

什么是PI校准呢？就是ZOOM和FOCUS的关系曲线。镜头手册上一般都有这个曲线。

言归正传，我们谈谈调焦和变焦的区别。调焦其实并不是改变镜头的焦距，而是改变像距ν，使物体可以清晰的成像到胶片（感光元件）上，通常是通过整体移动镜头实现的。而变焦，是改变镜头的焦距，通常是通过镜头组合的变化实现的，从而造成视角或图像大小的变化。

因此，变焦是改变镜头的焦距，从而改变视角的大小，获取拉近或拉远的效果。而调焦是调节物距，使胶片到光心的距离等于像距，从而获取清晰的图片。