球面透镜的光学特性

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球面透镜的光学特性范文第1篇

【关键词】Zemax；准直；非球面

0 引言

半导体激光器因其体积小、重量轻、阈值电流低等特点已被广泛应用于材料加工、激光通信、信号处理、医疗、军事等相关领域。但由于半导体激光有源层在横向和侧向的尺寸不一样，导致出射光束发散角较大且不均匀，严重影响了能量的传播和后续的测量过程。一般常用的激光准直的方法有圆柱透镜法、非球面柱镜法、光纤耦合法、渐变折射率透镜法和液体透镜法等。本文主要介绍利用两片非球面柱透镜的方法进行激光准直，并在zamax软件中进行仿真，同时提出一种对点光源整形为线光源的方法。

1 半导体激光光束特性

半导体激光的发光原理是基于受激光发射，满足粒子数翻转和阈值条件，模式可分为空间模和纵模。因为在横向和侧向的尺寸不一样，导致的衍射效应叠加的结果也不一样，最后形成输出光束为椭圆高斯的光束。本文讨论的是小功率半导体激光器，因为它的发光面尺寸较小，近似用基模高斯分布来分析，输出光束的光强分布可用下面的公式给出：

2 非球面准直透镜组设计

2.1 非球面方程介绍

Z（r）为非球面的凹陷度；r为非球面的孔径半径，r2=x2+y2（若只考虑YOZ平面的话，x可以为零）；c为曲率半径的倒数；k为圆锥系数。

2.2 非球面方程参数确定

横向在光学设计中也可以理解为子午方向上，即YOZ平面，如下图所示。

在准直设计中会给出目标光斑大小y以及透镜折射率n，这样？琢■、y、n已知，计算得到，再代入式（6）～（8）中求出横向非球面透镜的参数。侧向的柱透镜的非球面方程系数可通过上面过程同样可以得到。

3 软件仿真与整形系统介绍

3.1 参数计算

3.2 zemax仿真及结果对比

在非序列模式下对光源建模可以用软件里面自带的Source Diode，然后设置它的子午方向和弧矢方向的发散角，两个柱透镜的建模可以使用软件里面集成的Biconic Lens，然后根据本章计算得到的参数输入到相应的位置中，再在透镜后的位置放置Detector面，最后对半导体激光光线进行追迹，用接收面积为60mm*60mm的接收面在距离光源50mm、100mm和200mm处分别采集光斑图样，并与没有加准直透镜的系统进行比较。如下图所示，其中（a）、（b）、（c）图分别表示的是在50mm、100mm、200mm的光斑大小对比，最后准直后的发散角近似计算得到为0.29°，准直性良好，满足设计要求。

3.3 整形系统介绍

点激光整形为线激光通常使用柱面镜、回转棱镜等，但是柱面镜产生的是高斯光束，中心区域较两边能量高，直线亮度不均匀，而本文采用的鲍威尔棱镜则不同，它可以产生光强均匀的线光。鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜，入射光斑入射到鲍威尔棱镜前面的非球面表面，然后光线偏折，最后在后表面折射出去，可以仿照建立非球面准直的思路，对鲍威尔棱镜在zemax软件中建模并进行仿真。

4 结论

本文从理论出发，设计了在横向和侧向上的两片式非球面透镜准直系统。在给定设计参数的情况下求出非球面系数，并通过zemax软件进行仿真，该方法建模简单，可通过编写软件后自动计算参数，最后达到准直的效果良好，有待加工出实际透镜后做进一步验证。

【参考文献】

球面透镜的光学特性范文第2篇

投影机显示技术公认的有LCD、DLP、LCOS。LCOS也可视为LCD的一种，但是技术却为独立一类。LCD投影机是利用光源穿过LCD作控制显示，属于穿透式，而LCOS投影机中是利用反射的结构，光源发射出来的光并不会穿透LCOS面板，属于反射式。LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板及反射层，然后再涂布液晶层后，以玻璃平板封装。不要以为仅此区别而已，反射式显示技术还可以避免LCD由于光源长时间的照射温升而导致LCD面板局部灼伤的问题。这样才能保持久的色彩保真。

LCOS微型器件把液晶层放在一个透明的薄膜晶体管（TFT）和一个硅半导体之间，而不是像LCD那样把液晶放在两片极化面板之间。这个半导体具有能够反射光线的表面。由灯泡发出的光透过一个偏振滤光器，投射到微型器件上。而液晶起着像门或阀那样的作用，控制到达反射面的光线的数量。当然一般LCOS光线投射效率高达80%，LCD通常为60%。而做得最好的CANON公司开口率已达96%。由于LCOS是长在硅晶上，集成的液晶控制电路及接口电极都可以巧妙地制作于硅基板内，位于反射面之下，甚至将散热片直接集成在组件上，见图1、图2，LCD最麻烦的问题全部解决掉了。

LCOS投影机与LCD投影机的主要结构在导光及分光合光部分的设计大同小异，只是LCOS用的是反射面板。入射光和反射光同在一个光路上，自然会产生问题。采用离轴设计，虽然避免了光路碰撞，但需要使用昂贵的非球面镜头。另一种办法，就用光的偏极化分光镜PBS（Polarization Beam Spliter；PBS）来将入射LCOS面板的光束与反射后的光束分开。也有采用偏振膜来提高对比度的方式。另外，PBS也改善了自然光源照射液晶引起的折射光效率。PBS一般都是有机材料制作。但是，像CANON新的产品系列就采用无机材料。提高了热环境下的系统稳定性，当然也增加了工艺难度和成本的投入。

基于上述LCOS投影机显示原理和基板、电路的合理设置。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+。所以你才会看到为什么会出现LCOS面板的2K、4K和8K高清电影放映机。3LCD和DLP技术目前还无法实现最高的分辨率。这也是大家充分地认识到LCOS的高分辨率技术特征。高开口率使得图像质量不会出现像LED那样“纱窗效应”。稍远距离似乎不太在意明显的背景网格，但是，图像高透亮的质感，你是永远无法拒绝的。开口率告诉我们：图像形觉质量不仅仅关注分辨率（同画面尺寸的像素间距），同样还要关注像素颗粒的占比。

市场格局

在LCOS技术研发阵营中，JVC Kenwood有着8K和消费类（民品）产品。SONY为了避免与左手专利技术的LCD市场冲撞，右手LCOS携SXRD光圈技术发力于电影和家庭影院产品。3M也是最早的研发厂家之一，目前更关注于LCOS微投影。后来者LG也在努力试水消费类市场。CANON凭借着自己多年的光学技术经验沉淀以及精密制造技术优势，直接面对专业工程及固定安装市场。总之，LCOS改变了投影行业的格局。

在3DLP和3LCD之间竞争的LCOS，如何体现自己优势的同时减少商业上的火并。各个厂家会根据自身技术特点，结合LCOS品质创新出市场具有竞争力的差异化产品。由于照相技术与投影机技术在光电原理上，只是技术反向应用的相同性。作为照相机技术行业翘楚的CANON公司，充分利用光学及机电一体化的优势，将LCOS推向了更加高端的应用领域。在基础LCOS组件研发使开口率已达96%极限的基础上，全新开发的AISYS 5.0光学系统带来真实色彩的品质享受。CANON采用在专业的广播级镜头技术，专为LCOS投影机开发的最佳高画质可换镜头。采用高分辨率、低失真度、低色差及高性能的色差功能，明亮生动地表现LCOS的完美画面。

在投影机行业采用专业广播级镜头技术的厂家少之又少。商业市场永远会为“拿来技术”的成本和获得利润做出适当的选择。有多少投影厂家会用非球面镜片（Aspherical Lens）、低色散莹石技术镜头、恒定光圈镜头？图像显示分辨率和真实色彩中，没有高分辨率及优质色彩还原镜头的贡献，不可能有高品质图像的呈现。镜头已经成为一个成像场景的独特诠释者，可对所展示图像的个别属性实现精细的光学控制。精心优选的镜头能够与所期待成像效果相匹配。拥有光学专利技术有自主研发生产，将成本压缩到对手无法竞争的地步，这些恰好是CANON公司的优势。

理论上球面镜片存在着无法将并行光线以完整的形状聚集在一个点上的问题，因此，在影像表现力方面，必然具有一定的局限性。为了解决大光圈镜头的球面像差补偿、超广角镜头的影像扭曲补偿、变焦镜头的小型化这三大问题，CANON在60年代中期开始进行非球面镜片技术的研发，确定了设计理念以及精密加工、精密测试的技术。非球面透镜的镜片从透镜中心到周边曲率作连续变化，这可以使通过镜片中心附近的光束和边缘附近的光束在同一点成像。充分利用非球面镜片的这个特性，既能够大幅度提高高规格产品的光学性能，同时又可以减少透镜片数，有利于镜头实现小型化。

CANON在生产非球面镜片时，采用独有的具有0.02微米研磨精度的批量生产加工技术。在1978年，还实现了高精度塑料成型的小光圈非球面镜片的生产。随后，推出了大光圈玻璃成型非球面镜片，并且，还确立了在球面镜片的表面形成一种紫外线硬化树脂覆膜的复制非球面技术。

所谓色散，指的是由于不同颜色的光线的折射率不同所造成的现象。相对来说，由于广角镜头的视角宽，广角入射角度变化大，所以非球面镜片在广角镜头中被大量采用。如果说广角镜头容易产生球面像差，那么长焦镜头则容易产生色散和色差。萤石这种氟化钙（CaF2）晶体具有超低的折射和散射率，伴有异常的局部散射特性，与玻璃镜片并用时能够近乎理想地修正镜头色散，令长焦镜头成像质量有了长足的提高，并减小了镜头的长度。然而，不论是天然还是人造萤石镜片，成本对于消费者来说都太高了。所以CANON又研发萤石镜片的替代品。这些由光学玻璃混合专利氧化物制造的镜片被称为超低色散镜片，有着和萤石镜片相近的光学性能和相对较低的成本。采用这些镜片的镜头具有很强的抗色散能力，成像清晰度高，色差小。

色彩亮度

我们都知道，标称值的定义是“用以标志或识别元件、器件或设备的适当近似值 ”，而GB28037-2011和ISO/IEC 21118：2005（E）定义的投影机标称参数并不能完全诠释应用的实际价值。比如我们所熟悉的“亮度”，只是“白色亮度”指标，并没有体现色彩表现的任何信息。虽然色彩表现对于投影机画质至关重要，但是，只有很少的厂商提供关于投影机色彩亮度（CLO）的信息。由国际信息显示协会（SID）管理下的国际显示计量委员会ICDM负责编写的《信息显示测量标准》当中，就说明了测量投影机CLO或色彩亮度的程序、色彩亮度的测量的方法。

CANON认为与色彩亮度相等的彩色图像亮度尤其重要。其产品投射的彩色图像亮度与全白亮度相同（使用标准变焦镜头时）。而其他公司相同等级的单芯片DLP投影机与全白亮度的亮度差40%左右（演示模式）。此时还保证了低失真率（电视失真低于0.1%）。同样，标称亮度是在最大光圈下的亮度值，从标准变焦镜头更换为其他镜头时，亮度通常会降低，但是佳能采用了先进的镜头技术，将可交换镜头之间的亮度差别大大降低到7%以内。特别是长焦变焦镜头，实现了与标准变焦镜头相同的亮度。

CANON并未就此止步，今年佳能又推出了世界首批恒定F2.8光圈的投影机――WUX450和WX520。“恒定光圈”的镜头结构比较复杂，而且成本不轻。恒定光圈变焦镜头也可称之为无级变焦镜头，其设计要求很高，镜头可调节的最大焦距决定了透镜直径。但采用大孔径的透镜又带来了像差的质量下降，为控制像差的质量，既采取高焦强又保持高质量的成像效果，在相反焦距（下端广角，上端长焦）时的像差控制要求精度很高，必须找到其最佳平衡点。这样一来，设计上所需要的光学系统变得庞大而复杂，透镜的制造成本必然大大增加。另外，调节光圈时的分辨率特性，基本的亚波长衍射现象造成的分辨率限制也仍然存在。最终结果将是镜头光圈连续缩小（光圈逐渐关闭）时图6中的黑色直线所示。分辨率会逐渐下降。在同一光圈设置下，这一情形在实际中的高清和标清镜头上表现更为突出。（镜头的对比度再现性能转换为交替黑白线条细节的精细程度的函数称之为“调制传递函数”或“MTF”。）

普通投影机，如果标注的是4，500流明，其前提条件是投影机安装在离屏幕最近的地方。因为这时候，镜头的光圈最大，光通量也最大，亮度才能达到标称值。

如果将投影机安装在最远端，镜头的光圈最小，光通量也最小，那亮度也会随之下降。通常亮度损失在30%-40%。在安装条件无限制的情况下，这种光圈的变化可能不明显。但如果条件所限，必须装在比较远的地方，那用户所得到的实际亮度，就会大打折扣。

恒定光圈的优势

CANON新款WUX450、WX520，采用的是恒定光圈，最近、最远，其亮度都可达到标称值。而其最大的优势，就是可以在会议室随意安装了。不再考虑常规的投影机尽量往前安装，以减小光损失的问题。

当然，利用恒定光圈，将投影机吊在最远端，只是这两款投影机最基础的应用。而恒定F2.8光圈，最大的应用，应该是模拟仿真等弧幕的应用场合，因为它可以提供清晰的景深。

作为普通投影机，为了追求亮度，镜头的最大光圈一般都在F1.6-1.8左右。大光圈的优势是亮度高，但劣势是焦平面太小，景深太浅。作为平面屏幕，大光圈无任何不妥；但作为弧幕的应用，则会出现无法整屏清晰聚焦问题。恒定光圈镜头，不会像浮动镜头那样，因焦距的变化而带来光圈的变化再带来景深的变化。我们可以根据环境，随意不等距地安装投影拼接系统。

如图10所示：大光圈的镜头，景深为蓝色部分，超出蓝色部分，聚焦无法清晰。而F2.8光圈，能提供近半米的景深，可适应绝大多数弧度。这对弧幕的设计者而言，将是巨大福音，因为他们不必再需要去考虑，因为弧度问题，需要将亮度提高多少来满足屏前亮度。这意味着成本的大幅度降低。

除了恒定光圈，佳能新款投影机具备“4点梯形校正”，配合F2.8光圈，在现场施工中，就可以做到“随心所欲”了。

很多情况下，因为现场环境制约，投影机可能不能垂直屏幕摆放，如果要斜着摆放，是否能调成正方形？四角的聚焦是否都能清晰？这考验的不但是投影机的性能，更会考验现场工程师的技术能力。

球面透镜的光学特性范文第3篇

微距镜头

由于微距镜头既可以使近距离的被摄体清晰成像，又能够当作同焦距的普通摄影镜头使用，所以微距镜头也是特殊效果镜头中最为普及的镜头种类。

“微距镜头”是以近距离拍摄为目的，由于采用对称结构设计，所以微距镜头的畸变、场曲像差等方面均优于普通摄影镜头。从成像品质上看，微距镜头往往具有高锐度和高反差的特点，有利于被摄体细节的描写和层次表现。根据上述这些特点，微距镜头主要适合翻拍、花卉、昆虫和静物等摄影题材。

使用尼克尔Ai-S Macro 55mm1∶2.8镜头拍摄效果 陈仲元摄

结构特点

微距镜头在结构上主要有两种形式：一种是在微距镜头中具有一个内置可以伸缩的镜筒，当进行微距摄影时，将调焦环向最近调焦距离处转动，而整个光学系统随同内置伸缩镜筒一起前移，使像距增大，以获得近摄倍率。如：尼克尔Ai-S Macro 55mm1∶2.8、宾得Macro 50mm1∶4等镜头便采用这种设计结构。通常这类微距镜头的光学结构相对简单，最高放大倍率在1∶2以内，如果使用得当,这类镜头仍有不俗的表现。

另一种是通过改变镜头内的部分光学透镜组的前后位置来实现微距摄影，并获得较高放大倍率。目前生产的微距镜头绝大部分采用这种结构，如：尼克尔Ai-S Macro 105mm1∶2.8、腾龙SP90mm1∶2.5，宾得 FA Macro 100mm1∶2.8等等。

佳能MP-E65mm1∶2.8镜头摄

微距镜头的选择

俗话说“微距无弱旅”。单从锐利度和反差来看，各厂家生产的微距镜头差别不是很大，且表现的都相当出色，但从描写性能、焦外成像和影像风格等细微变化来看，仍存在有轻微的差异。

焦距的选择

除了已经停产的尼克尔AF Macro 70-180mm1∶4.5-5.6D ED微距变焦镜头外，多数微距镜头都采用固定焦距设计，以获得更大的近摄比率。定焦镜头的优势是可以保证优异的光学品质，不足是镜头的适用范围受到一定的限制。所以在购买微距镜头前，焦距是重要的指标。

翻拍：应选择50～60mm焦距的标准微距镜头，以适应翻拍台或三脚架的云台倒置的拍摄距离。由于很多数码单反相机采用APS-C尺寸规格的影像传感器，使焦距效果得以延伸，所以标准微距镜头在部分数码单反上便成为了长焦微距镜头，因而标准微距镜头也适合花卉、静物等题材的拍摄。

昆虫：由于多数昆虫较为敏感，近距离拍摄容易惊扰昆虫，所以长焦微距镜头主要适合相对较远的距离拍摄昆虫及花卉。如90～200mm的镜头。对于数码单反相机的用户而言，也应该考虑到焦距转换倍率，尽量发挥镜头的使用价值。

原厂还是副厂？

从工艺标准和适配性上看，原厂生产的镜头自然更加匹配，但多数原厂微距镜头价格昂贵，所以对于不常拍摄微距照片的影友而言，一些非原厂的镜头具有良好的性能价格比。如腾龙、适马、图丽的微距镜头值得选择。这些非原厂镜头虽然价格不高，但成像品质并不逊色于原厂镜头。

微距还是近摄？

按照《美国纽约摄影教材》的标准：一，像物比为1∶1左右的镜头为微距摄影镜头（MACRO LENS）；二，像物比介于1∶1.2至1∶2之间的镜头为微距调焦镜头（MACRO-FOCUSING LENS）；三，像物比在1∶2到1∶4之间的为近调焦镜头（CLOSE-FOCUSING LENS）。近调焦镜头多采用非对称结构设计，通常采用近摄补偿系统来校正场曲等像差，所以在成像品质不及真正意义的微距镜头。

专业微距镜头

专业微距镜头并不是指大孔径的原厂微距镜头，而是只针对微小物体拍摄的镜头。这种镜头种类不多，但微距拍摄能力超过普通的微距镜头。最具代表性的是佳能MP-E 65mm1∶2.8 1-5X Macro Photo镜头，该镜头具有变倍功能，其最高放大倍率在1～5X之间是可调的，但是对焦距离限制在0.24～0.313米，主要用于医学等专业摄影。过去，美能达也曾有一款AF Macro ZOOM 3X-1X1∶1.7-28微距镜头，最高放大倍率在1～3X之间。由于这类镜头专业性较强，需求量低，价格又很高，所以这种镜头在市场上非常少见。

数码微距镜头

目前很多新研发的微距镜头是针对数码相机感光元件CCD表面平滑、容易反光特点而设计的。在镜头结构和镀膜上加强了抗眩光和消色差功能，部分镜头采用小像场设计，只能适用于APS新款微距镜头与数码相机配合使用，成像效果更佳。比如：佳能EF-S60mm1∶2.8 USM便是小像场微距镜头，只能用于APS―C尺寸影像传感器的数码单反相机上。

数码相机的微距拍摄

除了数码单反相机需要使用微距镜头外，多数不可更换镜头的高级数码相机和袖珍数码相机都有微距模式。设定微距模式后，相机可以在近距离的条件下得到清晰的影像。仅仅改变一下拍摄模式便能实现近距离的微距摄影，在传统胶片相机中是无法想象的。这就是数码时代带给我们的便利。

数码相机之所以具有强劲的微距能力是因为在微距模式下，数码相机的镜头和CCD之间的距离随着模式的设定产生了偏移，使像距增大，从而获得更近的拍摄距离。由于小尺寸CCD更为灵活，所以很多普及型袖珍数码相机具有突出的微距拍摄能力。

数码相机的微距功能使微距摄影摆脱了专用镜头和近摄附件的拖累，使微观景物的拍摄更加简单方便，但是大部分数码相机的微距模式只有在广角端才可以实现最大的近摄比率，所以像差和畸变方面无法与独立的微距镜头相比。对于喜欢拍摄花卉、昆虫等立体景物的摄影爱好者而言，数码相机的微距模式完全可以担当重任。只是在拍摄时应注意相机的稳定，最好使用三脚架。

鱼眼镜头

鱼眼镜头是超广角镜头的一种特例，它前端第一片透镜向外凸起，好似鼓起的鱼眼，另外鱼眼镜头的成像效果与人们想象中的鱼眼视角相似，故而得名“鱼眼”。鱼眼镜头的焦距短并且视场角大，接近甚至超过180°，在所拍的画面中呈现极端夸张圆弧形状的畸变，常规摄影很少使用这种镜头，因此它属于特殊效果镜头。

使用尼克尔16mm1∶2.8鱼眼镜头拍摄效果杨大洲摄

圆形鱼眼镜头

“圆形鱼眼镜头”又称为“全天候鱼眼镜头”，它的视角大于180度，最大像场比照相机的呈像框小，其水平视角与垂直视角相等，所拍摄的画面为圆形。这种鱼眼镜头最初产于1923年，是由英国科学家R・西鲁设计完成并且获得专利权。

“圆形鱼眼镜头”当初主要应用在天文、气象观测等科学领域，因此用“全天候”一词来形容。例如：尼克尔 6mm1∶2.8圆形鱼眼镜头，它的视角为220度。

对角线鱼眼镜头

“对角线鱼眼镜头”它的最大像场比照相机的呈像框大，所以不会出现暗角现象。其对角线视角约为180度，呈现出水平视角与垂直视角不相等且均小于180度，“对角线鱼眼镜头”更强调画面径向对角线的场面，四角画面看似由两条对角线构成，故此而得名。“对角线鱼眼镜头”是不带有线性校正系统的超广角镜头，具有较大的工作距离，由于像场比较大，使拍摄的景物能充满整个画面，因此这类鱼眼镜头现今应用比较广泛。

鱼眼镜头的成像特点

摄影镜头的光学结构非常复杂，越来越多的镜片都是为了减少畸变和像差。但是再高明的光学设计都不会完全避免畸变和像差，只是人们在一些特殊技术手段（如：非球面镜片和CRC系统）不断地做着努力，所以我们可以看到许多新型的常规超广角镜头在畸变和像差控制方面已经有了长足的进步。而鱼眼镜头与普通超广角镜头所追求的效果是不同的，鱼眼镜头主要是利用畸变来获取更宽的视角，具有极度夸张的特性。所以我们经常看到一些焦距更短的超广角镜头并不属于鱼眼镜头。

鱼眼镜头的市场化

二十世纪初，世界上虽然出现过很多鱼眼镜头产品，但未达到普及。鱼眼镜头要想从科研转而实现商品化普及，必须有一个优良单反相机作为载体，二十世纪中期随着宾得“ASAHI PENTAX”系列和尼康“F”系列等一批优秀单反相机的推出，为鱼眼镜头实现商品化的普及提供了物质上的保障。目前15～17mm的对角线鱼眼镜头被广泛应用在35mm单反照相机上，并成为最受欢迎的鱼眼镜头。

鱼眼之最

尼康公司于1962年推出了一款尼康F相机上用的8mm圆形鱼眼镜头，这也是世界首款用于单反相机上的鱼眼镜头，它在35mm规格胶片上，能够获得直径24mm的圆形画面。1972年尼康推出了一款极致的鱼眼镜头，即：Fisheye-Nikkor 6mm1∶2.8 AUTO镜头，该镜头从1972年首产到1998年停产，共计有三代产品，光学结构均为12片9组。极端的6mm焦距，220度超乎想象的视角，再加上5.2公斤的重量和超乎寻常的价格，使isheye-Nikkor 6mm1∶2.8 AUTO成为鱼眼镜头中最具代表性的产品。1963年，日本宾得公司（当时称为旭・光学工业株式会社）推出了世界上首款对角线鱼眼镜头，即：“Takumar18mm1∶11”鱼眼镜头，该镜头光学结构为两组三片，用于宾得“ASAHI PENTAX”系列单反相机上。随后又推出了第二代“super Takumar Fish-eye 17mm1∶4”镜头，虽然它比它第一代18mm1∶11鱼眼镜头焦距短了1毫米，但它能拍摄出180°视角的全画幅影像。

鱼眼镜头与数码单反

由于多数数码单反相机采用小尺寸的影像传感器，所以使用传统的鱼眼镜头时，视场角会明显缩小，甚至无法达到鱼眼镜头的效果。为此，一些镜头厂商专门设计有更大视野的鱼眼镜头及小像场数码鱼眼镜头，以使APS尺寸影像传感器或4/3系统的数码相机能够达到鱼眼镜头的视场角效果。如宾得“SMC DA 10-17mm1∶3.5-4.5ED（IF）变焦鱼眼镜头便是针对APS-C画幅影像传感器而设计的，该镜头在10mm端可达到180度视角，是一只标准的对角线鱼眼镜头，而随着焦距的增加，圆弧形畸变效果逐渐减弱，在17mm端则具有常规的超广角镜头效果。此外，适马2006年6月推出的一款8mm1∶3.5 EX DG Circular Fisheye镜头广受消费者关注，这只镜头的最近对焦距离可以近到13.5cm，并拥有180度的视角。该镜头既能用于全幅数码或135胶片相机上，又能够用于APS-C尺寸规格的数码单反相机上，只是用于全画幅相机时近似“圆形鱼眼镜头”效果，而用于APS-C规格数码机上，则近似于对角线鱼眼镜头的效果。

模拟鱼眼效果

鱼眼镜头的凸出球形镜片使任何不通过画面中心的直线都会变得弯曲，这种影像畸变却给人们带来了其他广角镜头所无法达到的特殊效果，但是这种夸张效果的镜头适用范围并不宽泛，所以多数摄影爱好者手中并不具备鱼眼镜头。对于一些希望得到鱼眼效果的影友来说，后期制作同样能够营造出类似鱼眼镜头的夸张效果。有兴趣的朋友不妨一试。

注意：这种数字后期的调整方式是一种纯粹的畸变制作，不但不能像真正的鱼眼镜头那样获得更大的视角，还要损失部分画面边缘的内容。但对于刻意营造鱼眼效果的作品来说，后期处理也是一种简便有效的方式。

移轴镜头

移轴镜头是用来调整影像透视关系的特殊效果镜头，较为科学的叫法应该是透视调整镜头（即：PC）。有些厂家用“TS”（倾斜、移位摄影镜头）、SHIFT（移位摄影镜头）来表示。移轴镜头可在机身和胶平面位置保持不变的前提下，能使整个镜头的光轴进行平移，有的甚至可以倾斜或旋转，从而达到改变透视关系的目的。

使用佳能TS-E90mm1∶2.8镜头摆动拍摄效果郑壬杰摄

移轴镜头结构特点

一、光轴可以平移、倾斜、旋转；二、为了确保轴平移后，仍能在底片上获得清晰影像，通常移轴镜头拥有更大的像场，如：佳能移轴头的成像圈直径均可达到58.6mm，而普通镜头的成像圈只有43mm；三、移轴镜头有更大的覆盖角，比如：佳能24mm、45mm和90mm移轴镜头的最大覆盖角分别为102°、66°与36°，尤其是TS-E24mm1∶3.5L的覆盖角几乎与17mm普通镜头的对角视场角一样，因此我们可以通过135相机用的移轴镜头，来体验一番大画幅相机的调整感觉。当然这里指的是部分透视关系，在成像质量和调整幅度方面，移轴镜头与大画幅相机有着本质的区别。

移轴镜头的分类

1.具有平移、倾斜功能的移轴镜头：这类移轴镜头除了上、下或左、右能平行移光轴之外，还可以上、下或左、右进行倾斜移轴。平行移轴能平移像场，可以使相机保持水平，将几何透视变形降到最低限度。而倾斜移轴（Tilt）能改变光轴与胶片平面的夹角，可以控制景深的变化。通过移轴后能为拍摄者提供有用、且效果更佳的画面。比如：佳能TS-E 45mm1∶2.8镜头，光轴可上、下或左、右两个方向各平移11mm，又可向上、下或左、右两个方向各倾角8度。常见的品种有：佳能TSE 90mm1∶2.8 、TSE 45mm1∶2.8、TSE 24mm1∶3.5；尼克尔PC微距85mm1∶2.8D等。这类镜头不仅适合建筑摄影，还适合广告产品、人像、风光等富有创意的影像拍摄。

2.只有平移功能的移轴镜头：这类移轴镜头只有平移功能，且向一个方向平移。比如：尼克尔PC35mm1∶2.8镜头，仅能向一个方向平移11mm，但整个镜头可绕接环旋转360度，并设有12个定位挡来选择不同的平移方向。常见的品种有：德国产的徕兹PA-CURTAGON-R35mm1∶4， 尼克尔PC 28mm1∶3.5镜头、PC 35mm1∶2.8镜头，宾得SHIFT 28mm1∶3.5镜头等，主要适用于建筑摄影。

3，透视控制移轴镜头：美能达35mm1∶2.8 SHIFT CA镜头的结构和性能比较特殊，这是30年前美能达的产品。这种镜头只能平移，不能像佳能那样倾斜移轴，但有一个独特功能，即曲面调节。普通镜头清晰对焦的像平面一般在无限远时是平面的，近距时会形成曲面；微距镜头则是在近距离对焦时像平面为平面，这样有利于翻拍，这两类镜头的像平面均不可调节。而美能达这款镜头则可以把像平面调成凸向镜头和凹向镜头的球面或平面。比如说想翻拍地球仪表面或一个大花碗内图案，普通镜头不可能使中间和边上都合焦，CA调节可以做到这一点。这个功能还能有效地改善广角镜头的变形。

但是这种镜头早在20多年前就己经停产了，再找到它可不是一件容易的事情，它只能用于手动调焦的美能达MD卡口相机。

后期调整透视

拍摄建筑分为城市风光和建筑摄影。城市风光讲究光影、色彩等视觉艺术效果，对建筑物的透视关系没有特殊要求，而建筑摄影则需要一定的专业性，一些高大的建筑应该保持垂直的效果，即使会有些失真。

对于专业的建筑摄影师来说，可以移轴调整的相机或镜头非常必要，因为大画幅相机所改变的不仅仅是横平竖直的移轴效果，在复杂环境中拍摄时，还可以利用平移祛除掉阻碍画面的物体，如厅堂内的立柱等等。对于没有大画幅相机及移轴镜头的摄影爱好者而言，可以采用远距离、平视角的方式拍摄建筑。如到对面楼上平行拍摄。也可以采用标准镜头远距离水平拍摄，然后通过后期裁切画面的方式拍摄建筑。当然，这两种方式的先决条件是建筑物前方比较宽阔。此外，我们还可以在计算机中，利用图像处理软件对变形的景物进行透视修正。

皮腔镜头

最近，“镜头宝贝”（Lensbaby）进入中国市场，这种美国生产的结构简单的摄影镜头引起了许多摄影爱好者的兴趣。

使用Lensbaby 3G拍摄效果

皮腔镜头的结构特点

“镜头宝贝”Lensbaby主要由2片透镜、皮腔和镜头卡口组成，2片镜片采用多层镀膜处理，具有明显的球差，以达到影像边缘模糊的效果。中间的皮腔是该产品的主要构成部分，采用抗磨损的弹性橡胶材料制成，经得起长时间扭曲、伸缩。皮腔的特点是方便镜头调整，不仅可以靠摇摆产生特殊的效果，还可以通过拉长皮腔进行微距拍摄。镜头的卡口种类非常多，几乎所有流行的相机卡口，镜头宝贝都能匹配。无论是传统胶片相机还是数码单反都可以用镜头宝贝进行拍摄。

镜头宝贝的调焦非常简单，主要靠伸缩对焦，这一点有些近似大画幅相机。它的光圈设计非常有趣，采用金属分体光圈，在更换光圈时使用磁性笔将光圈吸出来，再安放到镜头的透镜前面。虽然操作略显繁复，但颇有趣味性。

虽然镜头宝贝结构简单，但做工却非常精细，尤其是皮腔的耐用性非常规材料所能替代。从成像品质上看，镜头宝贝的中心清晰度还是很高的，所产生的效果有些近似移轴镜头，但虚化效果更加独特,是追求新意的影友们值得尝试的摄影工具。

镜头宝贝的种类

目前在中国市场上能够买到的有两款产品，分别为Lensbaby 2.0和Lensbaby 3G。两款产品分别定位于高速度和高精度。

Lensbaby 2.0

Lensbaby 2.0光圈设置为F2，另外还配有F2.8、F4、F5.6、F8共4枚光圈。使用Lensbaby 2.0，可以通过改变使用不同光圈控制清晰对焦区域的大小范围。进光量越多，清晰区域范围越小，也就是照片周围的逐渐柔化朦胧的区域范围越大。

Lensbaby 2.0使用两片高折射低色散光学玻璃制造，可以在清晰的区域拍摄清晰的细节。Lensbaby 2.0将一些旧时照相机技术和特有的专利结合。对焦拍摄通过用手指移动皮腔的拉进或延伸，摄影者通过移动光学镜片离开图像拍摄的水平位置，移动光轴达到选择清晰区域的目地。由于Lensbaby 2.0的焦点需要手指控制，所以更适合明亮光线下快速对焦与调整拍摄。

Lensbaby 3G

Lensbaby 3G的结构与Lensbaby 2.0基本相同，但是增加的一个锁钮和三根针结合成了调焦杆，可以在弯曲的位置对Lensbaby 3G锁定，以进行精密准确的调焦、摇摆。这样，摄影者可以无须手指按动镜头来拍摄焦点准确的照片，更适合影室内拍摄富有特效的静物及广告照片。Lensbaby 3G的光圈更为丰富，除了自身的F2光圈外，还可选择F2.8、F4、F5.6、F8、F11、F16、F22共7枚光圈，可以进行更加丰富的景深控制。

柔焦镜头

柔焦镜头通常又称之为柔光镜头――它是指在不含有任何附加镜和夹层或涂层等辅助条件下能够拍出具有虚幻、朦胧画面效果的特殊种类镜头。柔焦镜头通常在设计时，用人为方法加大球差或是利用光扩散原理等特殊技术手段所制成的镜头，柔焦镜头同时在点像中心处存在有一个特别明亮的光核，并向四周发散形成了光晕，从而能够直接拍摄出具有柔光虚化效果画面。球差对于普通镜头来讲是十分有害的，它能使影像清晰度明显下降，一般采用非球面透镜方法加以克服。而柔焦镜头则不同了，它是人为利用“球差” 的方法对整个画面进行虚化，而演绎出特殊的效果。

使用宾得67 120mm1∶3.5柔焦镜头拍摄效果 刘庆波摄

柔焦镜头市场

除柔焦镜头之外，虽然用于影像柔化的方法很多，例如：柔焦滤镜、蒙纱、凡士林涂抹和后期软件柔化等等，但层次的变化、柔化效果及色彩还原都不及专用的柔焦镜头。它能让图像产生更具有空间层次感的效果。由于柔焦镜头的价格比较高，可用的光圈值和镜头的焦距有限，再加上柔化影像的方法很多，所以目前这类镜头在市场上已并不多见。

散焦镜头

除了柔焦镜头外，还有一种特殊效果镜头――散焦镜头。这是一种利用光的散射原理，对前、后衬景进行柔化，而焦点中心成像仍保持清晰（也有人将这类镜头称为柔化衬景镜头）的特殊效果镜头。最具代表性的散焦镜头有两种，一种是尼克尔的DC镜头，另一种则是美能达STF 135mm1∶2.8（T4.5）镜头，两款镜头的散焦原理和效果略有不同。

尼克尔DC镜头是用透镜组移动，使球差发生变化，从而起到调节景深的目的。这种镜头通常在镜头的前端设有一个散焦定位转环，该环上光圈值从F2到F5.6分为4挡，分别标在环的左右，用R（后景散焦）和F（前景散焦）来表示。尼康曾生产过2只DC镜头，分别为：AF DC 105mm1∶2D和AF DC 135mm1∶2D。

过去，美能达也曾推出一款成像效果类的似散焦镜头，型号为：STF 135mm1∶2.8（T4.5）。在该镜头第四镜片组中，设有一个特殊透镜组，称之为：“APO DI ZATION”，中文意思为中空渐变灰色的滤光镜组，该镜头组由两片镜片组成，设计成中心部分透明，四周渐变灰色，主要是为了能让影像中心成像清晰，边缘散焦部分虚化，因而起到对衬景进行柔化目的。另外由于APO DI ZATION镜片组的存在，使本应有2.8的光圈孔径，实际只有相当于F4.5的通光量。STF 135mm1∶2.8（T4.5）镜头与尼康DC镜头一样，只对焦点外的前、后景有虚化作用，并不能与柔焦镜头混为一谈。

软件柔光方法

如今是数码时代，在拍摄时我们很少会想到使用附件来营造特殊效果，所以后期利用软件来制造特殊效果是一种既有效又简便的方式。下面我们简单介绍一种用photoShop制造柔光效果的方法，如果你手中有人像或花卉的数码照片，不妨按照这种步骤尝试着进行制作一幅柔光照片。当然，制造柔光效果的方式还有很多，需要我们亲自去尝试。

基本方法：使用Alpha通道、黑白渐变、高斯模糊功能。

方法解析：在Alpha通道中创建黑白渐变效果，再将其转换为选区，并对选区进行“高斯模糊”处理，即可得到中间清晰，边缘模糊的中空柔焦效果。

折反射镜头

折反射镜头属于长焦距镜头的一种，但折反射镜头的长度却比同焦距的长焦镜头短很多。折反摄镜头的光路中加用一片中心带孔的凹面镜和一片装在透镜中心的小凹面镜，将通过镜头前端透镜折射进去的光线经过两次反射，使光路折成三段，从而使得镜头的长度比相同焦距的远摄镜头缩短一半左右，所以具有重量轻、体积小和低色差的特点。由于折反射镜头体积小，光学结构相对简单，所以制作成本较低，价格也大大低于同焦距的长焦镜头。多数折反射镜头只有一挡光圈，曝光需要依靠照相机的快门来控制。折反射镜头的镜体虽然不长，但镜筒较粗。折反射镜头的光学结构虽然非常简单，但成像品质优秀，尤其是景深外的高光点往往会呈现圆圈形的光斑，效果非常独特。

姆托1000mm1∶10折反射镜头拍摄效果陈耀摄

折反射镜头市场

折反射镜头最早应用在天文观测领域。普通照相机使用的折反射镜头也是采用天文望远镜的原理设计，只是体积小巧得多。由于折反射镜头光学结构简单，所以价格比同等焦距的超长焦距镜头便宜，因此许多厂家生产并销售这种镜头，如：尼克尔Reflex 500mm1∶8、Reflex 1000mm1∶11、Reflex 2000mm1∶11；佳能Reflex 500mm1∶8（己停产）；适马Reflex 600mm1∶8；宾得Reflex 1000mm1∶11、Reflex 2000mm1∶13.5；腾龙SP Reflex 500mm1∶8；美能达AF Reflex 500mm1∶8等等。从设计角度来看，这些产品都比较成熟，各品牌之间差异也不是很大。

数码变焦

能够达到折反射镜头焦距的常规镜头并不多，且价格昂贵。所以最接近折反射镜头长焦距的方式就是数码变焦。

任何一款非单反形式的消费类数码相机都有数码变焦功能，可是人们都认为数码变焦是经过裁切放大的局部图像，与利用Photoshop等图像处理软件进行局部裁切的效果一样，所以数码变焦并没意义。其实这种理解是有偏颇的。