相机镜头

相机镜头（camera lens）是指照相机中用来将被摄体成像在胶片上的光学镜头。^[1]镜头主要功能是把光线会聚到感光原件上，起到调整焦距的作用。镜头能够让相机在短时间内获得大量的光线，用于缩短曝光时间。根据镜头种类，相机镜头主要可以分为定焦镜头和变焦镜头两大类。^[2][7]

1841年德国光学家沃哥兰德研制出第一台带有Pitzvar镜头的金属照相机。^[8]

相机镜头不单有对焦调校功能，还有光圈的调校f值功能，也就是调整光线进入相机的数值的功能。^[9]相机镜头在传统相机、数码相机、手机、航空数字相机等领域均有应用。^{[10][9][11][12]}

春秋战国时代，墨子发现小孔成像，并证明了光是沿直线传播。^[13]

阿拉伯物理学家阿尔哈赞在公元1000年开始研究黑盒子，记录下了小孔大小和形状的变化会对所获得的影像效果产生影响，孔越小，成像倒影越清晰，反之则越模糊^[14]。

1589年，意大利科学家贝特斯塔夫发现了小孔成像的原理，三个世纪后的1816年，格拉斯发现了通过化学感光原理的摄影术。此后达盖尔发明了银版摄影术和冲洗照片的方法，之后摄影术开始走向实用。照相机出现后，由于需要对被摄物的方位、大小进行精确记录，因此制造了取景器。随后人们又发明了光学取景器，由于调焦的需要，光学取景器和成像镜头应同步联动，这样就出现了双镜头反光相机和旁轴取景相机。^[15]

1841年德国光学家沃哥兰德研制出第一台带有Pitzvar镜头的金属照相机。^[8]

1845年德国人马腾斯发明了摇摄150度的转机，可以将站在弧形摄影台上的几百人都收入镜头，广角镜头视场角也达到了150度，但因为球面像差，照片容易变形^[16]。

1839年后，照相机传入中国，19世纪中叶，中国的大城市和贸易港口有了照相馆，曝光时间已经缩短到秒或十分之一秒的数量级。^[17]

19世纪60年代，德国蔡司公司发明了纯度高、折射率低的光学钡bèi冕玻璃，并把这种玻璃制造称了正光摄影镜头。1902年蔡司公司有发明了四片四组的天塞镜头，最大光圈达到f/6.3。1930年，蔡司公司制造出拥有稀土元素镧lán的光学玻璃的天塞镜头，将最大光圈扩大到f/2.8。^[16]

1928年，德国福朗柯·海德柯公司制造出了双镜头反光式照相机，这种照相机上面是取景镜头，下面是照相镜头，相机使用6厘米宽的120胶卷，每个胶卷可拍摄12张6×6厘米或8张6 ×9厘米或16张6 ×4.5厘米的照片，但这种镜头拍摄存在上下视差，在20世纪80年代退出市场^[17]。

1935年，单反相机研发成功，相机使用一次性35毫米的胶卷，也称135胶卷。单反的镜头即使取景镜头也是摄影镜头，此时的相机已经基本消除了视差还可以更换镜头^[17]。同年4月15日，柯达成功研究出彩色胶卷。德国的爱克发公司也成功研究出了三补色快速程序法，实现了彩色摄影冲印彩色照片一次完成。^[18]

20世纪60年代，随着中国国家经济建设的需要，中国开始大规模引进先进的光学技术和设备。同时，国内科研机构也积极进行创新，尝试自主研发光学材料和光学元件，为光学镜头产业的发展奠定了基础。^[19]

1996年柯达公司成立中国地区数码影像部，将数码影像技术引入中国。^[20][21]

步入21世纪，数码单反相机取代了胶片单反相机，2002年柯达上市的入门级专业单反佳能 EOS10D的有效像素最早突破1000万，2005至2016年有效像素从1280万发展到3040万，数码单反机制制造技术紧跟时代在不断发展。^[22]

2013年10月16日，索尼正式发布了世界首款全画幅无反相机A7、A7r。无反相机通常采用更短的法兰距，因此可以使用更多的镜头，包括一些为无反相机设计的专用镜头。^[23]

单镜头反光相机（单反）的镜头的工作成像原理，单反机身中内置一块倾斜放置的平面反光镜，使用光学取景器取景时反光镜反射从镜头进入的光线到五棱镜，在经过五棱镜的折射最终到达取景器，使用者在取景器中就可以看到和镜头视角一样的画面。拍摄时，按动快门反光镜升起，快门帘开合，从镜头进入的光线直接照射在胶片或者影像传感器上（CMOS或CCD）形成影像。胶片单反和数码单反在机械结构上一样，只是成像元件一个是胶片一个是数字传感器^[24][25]。

无反镜头主要用在无反相机上（无反光板相机），也称半透镜相机。这种相机在胶片单反相机时期就已经被设计出来，目的是在超高速连拍时消除传统单反反光板上下运动所产生的振动、延迟、取景器全黑时间过长等不利因素。无反相机取消了反光板和五棱镜结构，光线由镜头进入相机直射传感器，所以无反相机的取景方式都是电子取景。无反相机则去掉了反光板，换成了一块半透镜，这块透镜有两个功能，一个是把景象直接映射到感光元件上，另外一个功能是通过这块半透镜反射到AF传感器上进行对焦。^[26][27]

无反相机采用的是对比度对焦，它的工作原理很像对场景进行二维扫描，并选择对比较大的地方进行对焦，所以这种方式目前相比相位对焦，在速度和稳定性上都要差一些，特别是拍摄动态和细小的物体。^[26][27]

无反相机与单反相机的主要区别在于它没有反光板，因此也被称为“半透镜”相机。无反相机使用电子取景器或液晶显示屏来取景，比单反相机更加轻便和易于操作。无反相机也有许多优点，如高速连拍、实时取景、多样化的镜头系统等。此外，一些无反相机还具有机身防抖、耐候性能等功能。^[28][29]

相机镜头的结构主要包括镜片、镜筒、光圈环、变焦环等部分。^[1]

镜头由不同的单片透镜组成不同的透镜组，通常以空气面来划分。镜头中透镜大致分为两类：一是凸透镜，又称为“正透镜”，包括对称式的双凸透镜、非对称式的双凸透镜、平凸透镜、凸凹透镜；二是凹透镜、又称为“负透镜”，包括对称式双凹透镜、非对称式双凹透镜、平凹透镜、凹凸透镜。^[30]

相机镜筒主要起到承载、保护镜头和连接相机的作用。镜筒通常由金属或塑料等材料制成，其长度和直径会根据镜头的焦距和类型而有所不同。镜筒的前端通常安装有遮光罩，用于防止杂光进入镜头，提高成像质量。^[31]

光圈环一般位于镜头的侧面或顶部，可以通过旋转或推拉来调节光圈大小。不同的相机镜头可能具有不同的光圈环设计和操作方式，但基本原理都是通过调节光圈叶片的开合程度来控制进光量。光圈大小是影响相机曝光和景深的重要因素。光圈越大，进光量越多，曝光时间可以缩短，但景深会变浅，背景虚化效果更好；光圈越小，进光量越少，曝光时间需要延长，但景深会变深，背景更清晰。^[32][33]

变焦环的位置和操作方式根据不同的相机和镜头而有所不同。一些镜头的变焦环靠近机身，而另一些则靠近镜头盖。在摄影中，变焦环可以帮助拍摄者在不同的距离和场景中获得最佳的镜头效果。例如，在拍摄风景时，可能需要使用广角端拍摄大场景；而在拍摄人像时，可能需要使用长焦端来突出主体并虚化背景。通过旋转或推拉变焦环，摄影师可以快速调整镜头的焦距，以适应不同的拍摄需求。^[34][35]

定焦镜头顾名思义就是固定焦段的镜头，比如佳能RF50mm F1.2 L USM。也就是说，定焦镜头不能够变焦，想要变焦只能够靠拍摄者移动位置来完成。定焦镜头普遍具有大光圈的特性，比如F1.2光圈，这一点比变焦镜头更具优势。理论上，定焦镜头的画质会比变焦镜头更加出色，但是这句话也是相对而言。^[2]

变焦镜头，顾名思义就是可以改变焦段，比如佳能RF24-70mm F2.8 L IS USM，焦段可以从24mm到70mm内进行变换。用户使用的时候可以不动位置来拍摄不同焦段的画面。^[2]

焦段着手分类，可以分为鱼眼镜头、广角镜头、标准镜头、长焦镜头等几个种类。^[2]

一般焦段小于16mm就可以称之为鱼眼镜头，比如佳能EF 8-15mm f/4L USM。^[2]

一般焦段大于16mm且小于35mm的镜头就可以称之为广角镜头，比如佳能RF15-35mm F2.8 L IS USM。^[2]广角镜头的焦距比标准镜头短，分别有焦距38-24毫米，视角60-84度的普通广角和焦距20-13毫米，视角94-118度的超广角两种镜头。广角镜头适合拍摄距离近且景物大的照片，拍摄的画面比人眼所见要大得多。此外，广角镜头的画面强调前景且突出远近对比，也就是说，画面中近的东西更大，远的东西更小，有强烈的透视效果。^[36]

标准镜头是指焦距在40至55毫米之间的镜头。从标准镜头中观察的画面与人眼看见的画面十分接近，它是所有镜头中最基本的一种摄影镜头。标准镜头因为比较“写实”，细节表现十分到位，所以在日常使用中的频率比较高，但画面效果就比较普通了。^[36]

长焦镜头的焦距比标准镜头的长，分为85毫米-300毫米的普通远摄镜头和300毫米以上的超远摄镜头两种。主要用于拍摄远处的对象，能有效虚化背景突出主体。这种镜头多用于专业拍摄，比如野生动物之类，因为不能太过接近拍摄主体。^[36]

镜头最主要的性能参数是焦距值，焦距决定了视角的条件是成像尺寸。在传统相机术语中，标准镜头的焦距大于底片的对角线，35mm 标准相机使用的是 24mm × 36mm 的底片，焦距大约43mm，而数码相机的成像尺寸小于这个值的两倍甚至更多，所以数码相机的标准镜头的焦距和体积都比标准胶片相机小得多。在成像尺寸变小焦距也变小的情况下，就有可能得到与普通相机相同的视角^[37][38]。

镜头的光圈数值控制着画面的虚化效果和进光量大小。光圈越大，数值越小，比如F1.2、F2.0，进光量越大，画面虚化效果越明显；光圈越小，数值越大，比如F8、F11，进光量越小，画面的虚化效果越不明显。镜头上标注的光圈，都是这支镜头可以达到的最大光圈数值。^[2]

镜头的卡口系统，是连接相机与镜头之间的桥梁。尤其是在这两年间，由于诸多厂商加入了全画幅微单相机产品的竞争，因此也迎来了全新的卡口系统。例如佳能，从单反系统的EF卡口，迎来了全画幅微单系统的RF卡口。^[2]

主要分为SWC（亚波长结构镀膜）和ASC（空气球形镀膜）。SWC镀膜在镜头表面形成一个小于可见光波长的楔形显微结构，这种结构能够持续改变折射率，从而消除折射率会突然改变的边界，通过结构上的特性来抑制反射效果，因此在鬼影、眩光抑制方面有着出色的效果。^[2]

单反，全称单镜头反光式取景相机，最大特点是拥有一只镜头和一块反光镜，反光板位于镜头后面，取景时反光板将外部镜头投射过来的景象反射到相机顶部五棱镜，在经过五棱镜的折射最终到达取景器，拍摄时反光镜抬起，从镜头进入的光线直接照射在胶片或者影像传感器（CMOS或CCD）上并被记录下来，形成一张照片。通过单反相机拍摄得到的图像，清晰度高，照片质量好^[24][39]。

无反相机即无反光板相机，也称半透镜相机。早在胶片单反相机时期，佳能等光学厂商便设计出采用半透镜技术的无反，用意是想在超高速连拍时，消除传统单反反光板上下运动所产生的振动、延迟、取景器全黑时间过长等不利因素。^[23][28]

手机镜头是手机摄像系统中的关键组件，直接影响拍照和录像的质量和效果。与相机镜头类似，手机镜头也由多个透镜组成，用于聚焦和成像。近年来，随着手机摄影的普及和消费者对拍照质量的需求不断提高，手机镜头的性能和品质也在不断提升。许多手机厂商都采用了高端的光学技术和材料，以提高镜头的光学性能和成像质量。一些高端手机配备了多个摄像头，包括广角、超广角、长焦、微距等不同类型的镜头。^[40][41][42]

内窥镜系统中的医疗相机镜头通过细长的导管进入人体内部，可以捕捉胃肠道、食管等部位的清晰图像，并通过显示屏实时反馈给医生，便于医生进行诊断和治疗。^[43]手术显微镜也是利用医疗镜头的重要设备之一。它可以放大微小的视野，帮助医生清晰地看到细小的组织，进行精确的手术操作，如眼科手术、神经外科手术、耳鼻喉科手术等。^[44]

此外，牙科医生也可以利用牙科专用摄像设备（如口腔摄像头）及医疗镜头观察口腔组织、牙齿或牙龈的状况，对患者进行精确的诊断与治疗。^[45]

航空相机镜头可以分为高空直摄镜头和空中侧摄镜头。高空直摄镜头主要用于万米以上的高空拍摄地面目标，具有较高的分辨率和相对较小的焦距。而空中侧摄镜头则用于空对空的拍摄，其有效口径较大，透光力较强，能适应各种气候和光线条件，多用于无人机、军事等方面。^[46][47][48]

随着消费者对画质和背景虚化效果的需求不断提高，大光圈的镜头也成为了发展趋势。未来，镜头可能会具备更高的像素和更大的光圈，以提供更清晰、更细腻的图像和更强烈的背景虚化效果。^[49]

除了基本的拍照功能外，相机镜头还可能具备更多的功能，如夜景模式、人像模式、运动模式等。这些功能可以满足不同场景下的拍摄需求，提高拍摄的便捷性和效率。^[50]

伴随着用户对便携性的需求不断提高，轻量化和小型化的相机镜头也成为了发展趋势，相机镜头将会采用更轻的材料和更紧凑的设计，以减轻重量和体积，方便携带和使用。^[51][52]

是照相机械术语的标准，由国家质量监督局发布，标准替代了GB/T 13964—1992，与原标准相比，主要的变化包括删除了部分术语，补充了相关照相机械标准中的术语，以及新增了一些术语。主要针对照相机、照相器材的产品、部件名称、技术性能及摄影光学、感光材料等方面的基本术语和定义本标准适用于照相机械的标准制定、文件编制、教材撰写等内容。^[53]

数码照相机镜头的机械行业标准，由中华人民共和国工业和信息化部发布，规定了数码照相机镜头的术语和定义、技术要求试验方法、使用说明、包装、运输和贮存。标准适用子可更换镜头的数码照相机镜头。标准对数码照相机镜头的分辨率、清晰度、畸变、色差、对焦速度和准确度、机械稳定性、防水性能等都有明确的规定。此外，它还可能规定了镜头与相机的接口标准和兼容性，以及镜头的耐候性能等方面的要求。^[54]

该标准是关于照相镜头照相分辨率测试标板的机械行业标准，由中华人民共和国工业和信息化部发布，标准规定了用于传统银盐胶片照相方法测试照相机镜头的综合分辨率测试标板的技术要求及试验方法、标志、包装、运输和贮存等内容。^[55]

由11组14片镜头构成（其中3片是球面），10-20mm焦距，约109°至70°视角，光圈为f/4.5-5.6，内置VR防抖，最高提供3.5档防抖效果，采用步进马达，7片光圈叶片，最近对焦距离0.22m，230g重量，72mm滤镜口径，塑料卡口。^[5]

镜头拥有至少180°视野，尼康AF-S Fisheye Nikkor 8-15mm f/3.5-4.5E ED无论是全副下，还是APS-C下都有180°视角（全副下180°-175°，APS-C下180°-110°），AF-S Fisheye Nikkor 8-15mm f/3.5-4.5E ED由13组15片镜头构成，其中3片是低色散的ED镜头、2片是非球面镜，带有纳米结晶涂层、氟fú涂层，采用电子光圈，用料非常足，尼康赋予了一个金圈。^[5]

作为一枚金圈镜头，AF-S Nikkor 28mm f/1.4E ED采用11片14组镜片设计，包含了2片低色散ED镜片以及3片非球面镜，前后镜片纳米结晶涂层、氟涂层，最近对焦距离达到了28cm，滤镜尺寸为77mm，与85 1.4、35 1.4一致，镜头重量为645g。^[5]

EF 70-200mm f/2.8L IS III焦距范围为70-200mm，适用于多种拍摄场景、光圈为f/2.8，提供了较大的进光量，适合在低光环境下拍摄、IS防抖系统，可以有效地抑制手抖造成的影像模糊。此外，还采用了ASC镀膜技术，可有效抑制因光反射引起的鬼影和眩光，提升镜头的逆光表现。同时，该镜头还具有全焦段下的高画质表现和优异的驱动性能。^[56]

佳能RF5.2mm F2.8 L双鱼眼镜头的两个平列的鱼眼镜头彼此相隔约60mm。其由20个总组24个元件组成，包括四个超低色散元件和一系列佳能专有涂层，其提供的光圈范围为F2.8至F16。最小对焦距离为20厘米，它包括一个内置明胶滤光片支架，可在明亮环境中插入中性密度滤光片。^[57]

FE 24-70mm F2.8 GM II是索尼推出的一款全画幅标准变焦G大师镜头，也是索尼第67支E卡口镜头和第16支G大师镜头。这款镜头继承了索尼G大师镜头标志性的优异分辨率表现和柔美的背景虚化效果，FE 24-70mm F2.8 GM II采用了紧凑和轻量化镜身设计，同时进一步提升了画质表现，让用户拍摄照片或视频时都能体验到锐利且充满细节的影像魅力。在全开光圈下，也能获得高分辨率表现。此外，它还具有快速精准的自动对焦功能。^[58]

具有F1.2的大光圈，可以营造出唯美的虚化效果，同时保持出色的分辨率。此外，它还采用了XD线性马达，提供了自动对焦性能，使得拍摄更加便捷，重量也只有778g。^[6]