從風(fēng)景物鏡（Landscape Lens）談起
— — 像差常用校正方法之透鏡彎曲與光闌移動
4wMZNa<Sx 簡述：以簡單的風(fēng)景物鏡為例，詳細(xì)分析透鏡彎曲和光闌位置對像差校正的影響，簡要說明實(shí)際設(shè)計(jì)中各像差之間的取舍,光學(xué)設(shè)計(jì)與最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)之間的妥協(xié)。 C66 9:% 風(fēng)景物鏡（Landscape Lens），并非只是拍攝風(fēng)景的物鏡，在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，是對一種典型鏡頭結(jié)構(gòu)的特指。 KqN;a i,F 采用風(fēng)景物鏡的相機(jī)，體積較大，笨重，大概就是圖1中的樣子。
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圖1、采用風(fēng)景物鏡的相機(jī)
DPlDuUOd 使用風(fēng)景物鏡拍攝照片時(shí)，需要的曝光時(shí)間很長，被拍攝者要正襟危坐。有時(shí)還要搞一個(gè)鎂光燈，鎂劇烈燃燒，發(fā)出強(qiáng)光的同時(shí)，冒一團(tuán)煙……這些場景，在電影里經(jīng)常能夠看到。
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圖2、清朝照片
5t I#UBha 如圖3示，風(fēng)景物鏡的光路結(jié)構(gòu)很簡單，最簡單的就一片透鏡。 PNo9.-@G 風(fēng)景物鏡，是一種大視場小孔徑系統(tǒng)。因?yàn)橄鄬讖捷^小，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)光量少，因此需要的曝光時(shí)間很長。風(fēng)景物鏡還有一個(gè)特點(diǎn)：像面平直，觀察圖3中光路，即可看出：在子午面內(nèi)，像面是平直的，大視場光線良好的匯聚在了底片所處位置。
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圖3、風(fēng)景物鏡光路結(jié)構(gòu)（實(shí)際中使用的風(fēng)景物鏡光闌在右側(cè)）
fikDpR 如圖4示，普通單正透鏡，像面彎曲嚴(yán)重。大視場光線在像面左側(cè)較遠(yuǎn)位置匯聚。在像面處光線發(fā)散，將形成了一個(gè)很大的彌散斑。
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圖4、普通單片正透鏡（像面彎曲嚴(yán)重）
}S$OE))u 風(fēng)景物鏡雖然是依靠經(jīng)驗(yàn)、而不是理論計(jì)算設(shè)計(jì)出的鏡頭，但是，其中包含了很多光學(xué)設(shè)計(jì)的原理，以及對光學(xué)原理的巧妙應(yīng)用。 y H (3 m# 在學(xué)習(xí)像差理論時(shí)，光學(xué)設(shè)計(jì)書籍上會講到：“正（負(fù)）透鏡焦距和玻璃材料固定時(shí)，匹茲伐和與像面彎曲幾乎是恒定的；正透鏡場曲曲線向左彎曲，負(fù)透鏡場曲曲線向右彎曲�！�那么，為什么風(fēng)景物鏡，僅僅采用一個(gè)單正透鏡，其像面可以校正為平直的呢？ !|W.YbS 這段話，漏掉了一個(gè)重要的限定條件：“光闌在薄透鏡上。” Pl. y9g~ 首先，透鏡很薄，不是厚透鏡；其次，光闌固定不變。 m-6&-G# 有了這個(gè)條件的限制，一個(gè)正透鏡，在不修改材料的情況下，不論如何彎曲透鏡，最終獲得的像面，總是彎曲的，而且彎曲幅度變化不大，不可能變得平直。（對此結(jié)論有懷疑的，可以追跡下第一、第二近軸光線，計(jì)算下初級像差；或者直接在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件里修改透鏡彎曲，查看場曲曲線）。
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圖5、光闌位置與像高關(guān)系圖
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A'0'M 那么，風(fēng)景物鏡到底是如何在子午面內(nèi)，獲得平直的像面的呢？ +1a 3^A\ 理論公式太枯燥，且晦澀難懂，我們先根據(jù)圖表講解。 x=Aq5*A0 如圖5，圖中，橫坐標(biāo)L為光闌位置；縱坐標(biāo)H'為主光線在像面上的入射高度。從圖中曲線可以看出，在B和D附近，出現(xiàn)極值點(diǎn)。當(dāng)光闌在B附近或者D附近移動時(shí)，像高在一個(gè)較小的移動區(qū)間內(nèi)，不發(fā)生變化。 N BXhcfF 這個(gè)位置，就是我們要尋找的放置光闌的位置。根據(jù)曲線走向，可以預(yù)判出：光闌放置在B或D附近，子午面內(nèi)的場曲曲線將趨于平直，從而獲得較平的像面。 V.9p4k` 為了獲取接近最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，我們可以多繪制幾幅與圖5類似的光闌位置與像高關(guān)系圖。如圖6示。
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圖6、不同彎曲形式透鏡的光闌位置與像高關(guān)系圖
2cO6' ?b 通過觀察，圖6中（a）和（e）出現(xiàn)了能使像面平直的光闌位置點(diǎn)。 fLpWTkr0 如圖7示的兩種形式，均可獲得子午相面內(nèi)像面的平直。圖7、獲得場曲平直的兩種結(jié)構(gòu)形式
5A$,'%d 通過以上分析，可知：風(fēng)景物鏡，通過彎曲透鏡形狀和調(diào)節(jié)光闌位置兩個(gè)途徑的結(jié)合，最終獲得了子午面內(nèi)平直的像面。 k+%&dEE|vH ie11syhV" 那么，這其中包含的光學(xué)設(shè)計(jì)原理是什么呢？ v`c;1
