发布时间 : 星期五 文章照相机镜头发展及设计李威 - 图文更新完毕开始阅读
哈尔滨理工大学学士学位论文 第1章 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息量，以能量方式经照相镜头传递给感光材料,最终成为可视的影像。照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的，并通过镜头，把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。
对照相机来说，镜头是其最基本的元件之一，也是最重要的物理元件。纵观相机的发展史，镜头一直是相机的精髓所在，即使相机产业发展这么长时间，也依旧没有什么能用来取代相机的物理光学镜头。
照相机镜头是典型的规模生产的光学产品，随着照相机产业的不断进步和发展，照相机镜头在光学设计技术和光学新材料技术的运用以及规模生产的管理技术等各方面都取得了一系列的发展。国内的一些光学加工企业也在照相机镜头方面开展了大量的工作，有部分企业已经形成了一定的生产规模,在激烈的市场竞争中占了一席之地，并正在由普及型照相镜头向先进摄影系统(APS)镜头和高档单镜反光(SLR)照相机镜头方向拓展。
许多国际知名的企业，如佳能等都将生产的基地投向了中国。在当前光机电综合产品国际化大合作的环境中，研究如何利用光学镜头半机械，半人工技术和劳动密集的规模生产特点，如何利用我国多年光学设计加工的基础，参与国际合作与竞争是摆在光学同行们面前的重要课题。
更加深入的研究照相机镜头的设计及其发展现状有助于我们在高速发展的照相机镜头的制备上追赶世界先进水平从而占领制高点[1]。
1.2 国内外研究进展
目前，日本照相机镜头在国际市场上已占绝对优势。而镜头的设计主要是运用现代光学设计ZEMAX分析软件，结合现代的光学设计理论和先进的现代加工制造技术，通过对光学加工工艺和光学测量方法的不断创新和实验，来设计和完善镜头的加工、装配、检测等。
照相机镜头产品的进步无不与新技术新材料和新工艺的研究与突破相联系。80年代末，正是由于日本光学塑料非球面技术的突破，使普及型ZOOM变焦镜头的大规模廉价生产成为可能，并大量出现在35mmLS照相机中,取得了巨大的成功。90年代末，正是由于光学玻璃和塑料材料的进步，使LS照相机机械补偿式变焦镜头的变焦比突破3倍，达到4倍。我国照相机变焦镜头的设计与生产能力的不足，其中主要的原因是受到技
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哈尔滨理工大学学士学位论文 术材料与工艺的限制，特别是在大变焦比LS照相机镜头和高品质SLR照相机镜头的开发和生产方面，塑料非球面模具技术生产工艺及检验技术多年来一直是难以逾越的障碍。国内的许多同行们在这方面作了很多的工作，但尚没有形成真正的规模生产。有远见的光学企业应该在镜头的新技术新材料和新工艺的研究上投入更多的人力和物力。也只有这样，我们的照相机镜头才能够不仅仅停留在普及型产品上，才能够向产品的纵深发展，拓展更广阔的市场空间[3- 6]。
1.3 本论文研究的主要内容
照相机的镜头可以分三大类：广角、标准和长焦。根据照相机镜头的特点，本课题的技术研究工作包含以下一些主要内容：
(1) 准备和收集照相机镜头各种技术资料的工作，查找相关国、内外文献，对相关相机镜头的专利结构进行分析，确定论文研究的关键点，进行照相机镜头理论知识的技术研究工作；
(2) 具体的分析和研究长焦连续变倍单镜头反光照相镜头具有代表性的镜头。主要是研究这种镜头的光学原理；如何分析分析系统各相关机构的运动和联系，逐步完成论文的主体框架；
(3) 把前期收集、撰写的资料和一些分析、结果进行整理，随后在导师的指导下进行论文的最后归纳、总结，完成论文的技术研究工作。
1.4 本章小结
照相镜头是一个十分广阔和复杂的技术领域，现代照相镜头技术已经向自动化和智能化方向发展，同时这些技术又在很大程度上取决于光学、电子、机械技术的发展，因此，通过上面的分析和论证，我们认为研究照相镜头技术这个课题是非常必要的，它必将对我国光学和电子、机械工业等方面产生积极而有意义的影响，同时高像质的照相镜头还能对我国的国防事业的发展产生深远的影响。
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哈尔滨理工大学学士学位论文 第2章 照相机镜头综述
2.1 照相机概述
相机是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备。照相机的主要部件就是凸透镜。光线要穿过凸透镜，一定要先从空气射进玻璃，这要发生一次折射，再射出又会在玻璃和空气的界而上再发生一次折射，凸透镜就是由于对穿过的光线要发生两次折射，而起到控制作用的。
照相机是利用凸透镜对光线的会聚作用，当物距大于二倍焦距，成缩小倒立实像的原理制成的。照相机镜头是一个凸透镜，底片相当于光屏，暗盒的长度是像距，被照物体到镜头的距离是物距。
如图2-1所示，AB代表照相机镜头前一物体，A'B'是AB的像。以主光轴的参照标准进行比较，像A'B'是倒立的。像A'B'与物体AB进行比较是缩小的。实像是指由实际光线会聚而成的，既能用眼睛看，又能用屏幕接收。
AFB2fFA'图2-1 照相机成像原理图
B'2f 选定被拍摄的对象(景物)后，适当调整镜头到底片的距离，就能在底片上形成景物清晰的、倒立的、缩小的像，按动快门，就能使底片感光，并冲洗出相片了。凸透镜成像原理如式2-1：
1/u+1/v=1/f (2-1) 其中，u、v、f分别为物距、像距、焦距。
如果想拍远景，照相机离景物应远些，底片离镜头应近些，在实际中通过转动镜头上的调焦环来使镜头往里收既增大物距同时又减少像距。
如果想拍人脸的特写，要求底片上人像大些，照相机镜头应离被拍摄对象近些，底片离镜头应远一些，实际拍摄时调竹镜头上的调焦环使镜头往外伸出既减少物距的同时又增大像距。
我们可以用以下十四个字来总结照相机成像规律：远小近大，像大像
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哈尔滨理工大学学士学位论文 距大，像小像距小。即u>2f时；u越大，像越小(远小)，像距越小(像小像距小)；u越小，像越大(近大)，像距越大(像大像距大)[7- 10]。
再换个角度观察，以我们自己为参照物，凸透镜不动时，物像移动的方向是相同的。物体向右移动，像也向右移动；物体向左移动，像也向左移动。不过物体移动得快，像移动得慢。因为物体从一倍的焦距移动到无穷远处(距离很长)，所成像才由二倍焦距移动到一倍焦距(距离很短)，所以物体比像移动得快。或者也可以总结为：物体靠近镜头时，像远离镜头；物体远离镜头时，像靠近镜头。
当然，在实际拍照时，要得到一张有水准的相片，还有很多技术上的问题。所以，我们首先要学好理论知识，而后再多多实践，才能更好地掌握照相技术。
2.2 照相机镜头的分类
相机上的关键部件，镜头直接决定了拍摄画面成像效果，因此镜头倍受摄影人的关注。
镜头焦距是照相机镜头性能的主要指标，因此根据镜头焦距的长短可以将镜头分成不同的类型，通常有鱼眼镜头、超广角镜头、广角镜头、标准变焦镜头、中长焦变焦镜头和超长焦变焦镜头，还包括很多不同焦距的定焦镜头，以及一些特殊用途的镜头，比如微距镜头等。
不同焦距的镜头所拍摄的画面视角有所不同，镜头的焦距越长视角越窄，也就是在同样的距离上随着焦距的增大，所拍摄的画面就越小；从画面的视觉效果来看，就是远处的画面被放大了，拍摄的对象被拉近了。
不同焦距的镜头因为其拍摄视角有所不同，因此拍摄到的画而具有不同的视觉效果，相应的画而因此也具有不同的视觉特点。因此，当摄影师对一个拍摄场景的时候，需要充分考虑场景的特点、镜头的成像特点以及自己最终希望的画面效果，然后再结合自己的拍摄经验，来选择具体拍摄所需要使用的镜头和焦距。
(1) 鱼眼镜头
鱼眼镜头从字面上讲就是看上去像鱼眼的镜头。鱼眼镜头的前镜镜片组实际上是向前凸出的，就像鱼的眼睛，从侧面看凸出的效果比较明显。通常鱼眼镜头的焦距为8mm，15mm或16mm，鱼眼镜头的视角可以达到180°，由于受鱼眼镜头像场的限制，使用鱼眼镜头所拍摄的画面通常呈现为圆形，周边是一个圆形的黑框。鱼眼镜头的这种特点使得它能够将很广视野中的物体包括在同一个画面中，并且可以产生独特的视觉效果。但是鱼眼镜头的变形非常厉害，因此在使用中要特别注意。
(2) 超广角镜头
从镜头焦距的角度来看，我们将8mm~28mm之间的镜头称为超广角镜头。在传统摄影时代，处于这一焦段的镜头只有16mm镜头。但是到了
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