| 我不是為了設計鏡頭才去研學光學原理和光學工程理論的，而是為了充分了解數(shù)字相機的成像原理，為了在攝影創(chuàng)作過程中更好的把握用光技巧，也為了更加科學和理性的選購鏡頭而鋪墊的知識基礎。于是便樂此不疲的閱讀了多個版本的光學原理和光學系統(tǒng)設計類教科書，為的是了解自然光的現(xiàn)象和規(guī)律，通過學習才懂得把光看做光粒子才能解釋清楚照相機影像傳感器CCD和COMS的工作原理，把光看做電磁波才能清楚解釋光的顏色匹配等現(xiàn)象。也只有通曉了光的幾何原理（基于把光的波長假定為近于零的無限短）這一物理現(xiàn)象，才能理解攝影鏡頭的光學原理和結(jié)構(gòu)特點，進而增加辨別鏡頭優(yōu)劣的知識基礎和選購鏡頭的相關常識。
光的幾何原理和電磁原理及量子理論，應用在不同的光學領域，構(gòu)成對光科學的全面研究。光波波長大概在10nm-1mm之間，其中波長380-760nm之間的電磁波能為人眼所感知，稱為可見光。波長大于760nm的光稱為紅外光，而波長小于400nm的光稱為紫外光。光既具有粒子性又具有波動性特性，波長越短，粒子性越顯著，波長越長，波動性越顯著。
單色光是一種理想光源，現(xiàn)實中并不存在。太陽光是由無限多種單色光組成的，在可見光范圍內(nèi)，太陽光可以分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種典型顏色的光（不限于僅僅的七種，這只是最有代表性的七色光而已）。大多數(shù)發(fā)光體都是由許多發(fā)光點或點光源組成的。
光經(jīng)過尺寸與波長接近或更小的小孔或窄縫時，將發(fā)生“衍射”現(xiàn)象，光將不再沿著直線方向傳播，光在非均勻性介質(zhì)中傳播時，光線傳播的路徑為曲線，也不再是直線。太陽光經(jīng)過地球大氣層的過程就不是完美的直線來到地球的。
光的折射定律和反射定律是研究光傳播到兩種不同均勻介質(zhì)分界面時的現(xiàn)象與規(guī)律。折射率是表征透明介質(zhì)光學性質(zhì)的重要參數(shù)。各種波長的光在真空中的傳播速度是一樣的，但是在不同的介質(zhì)中的傳播速度各不相同，折射率也是用來描述介質(zhì)中的光速相對于真空中的光速減慢程度的物理量。折射率隨著波長變化而變化的現(xiàn)象稱為色散。
光在真空中的傳播速度為3X1010cm/s，在玻璃中的傳播速度約為真空中的2/3，在空氣中的傳播速度接近真空中的速度（約為真空中的1/1.000277），于是就假定空氣的折射率為1，一般情況下按照真空中的速度作為空氣中的傳播速度了。 物體經(jīng)過光學系統(tǒng)的成像，實際上是物體無限多個點發(fā)出的光線束經(jīng)過光學系統(tǒng)逐面折反射的結(jié)果。同心光束經(jīng)過折射后，出射光束不再是同心光束，因此，經(jīng)過折射球面對光軸上物點成像是不完美的，這種現(xiàn)象成為“球差’。球差是球面光學系統(tǒng)成像的固有缺陷。 垂軸放大率和軸向放大率不等，空間物體成像時要變形。比如一個正方形成像后將不再是正方形。這是因為球面鏡對于平面是非等光程的，無法形成完美像。但是球面鏡對于球心是等光程的，可以成完美像。理想光學系統(tǒng)理論是在1841年由高斯提出來的，所以又稱高斯光學。而1900年12月14日又被譽為量子誕生日。 把可見光作為純物理現(xiàn)象來研究時，采用輻射值概念，而作為人的視覺現(xiàn)象時，采用光量亮度概念。 標度光對人眼的視覺刺激程度的量稱為光通量。光通量的單位為流明。發(fā)光強度的單位為坎德拉。點光源在被照射表面上形成的照度與被照面距離光源的距離的平方成反比。 物體發(fā)出的進入光學系統(tǒng)的光能量，即使沒有幾何遮攔的情況下，也不能全部到達像面，透明介質(zhì)折射界面的光反射、介質(zhì)對光的吸收及反射面對光的透射和吸收等造成的光能損失。系統(tǒng)的光學元件數(shù)量越多，光能損失也越大。反射的光除了造成光學系統(tǒng)的光能損失以外，還在像面上形成雜散光背景，從而降低像的對比度。降低反射損失的方法是在玻璃元件的表面鍍膜，鍍的增透膜材料有二氧化硅、氧化鈦、氟化鎂等。光在介質(zhì)中傳播，由于介質(zhì)(鏡片)對光的吸收使一部分光不能通過系統(tǒng)，從而形成光能損失。出射光與入射光通量之比，稱為透明度。 光是色的物理基礎，同一色樣，在不同光源照明下，會呈現(xiàn)不同的顏色。顏色是不同波長可見光輻射作用于人的視覺器官的眼睛后所產(chǎn)生的心理感受，也可稱為心理反應。顏色是一種和物理、生理、心理學有關的復雜現(xiàn)象。 顏色又分為光顏色和物體色，自發(fā)光體形成的顏色，稱為光源色。自身不發(fā)光，憑借其他光源照明，通過反射或透射而形成的顏色，稱為物體色。（第三種稱為熒光的不再討論和涉及） 顏色有三種表觀特征，及明度、色調(diào)和飽和度。 明度代表顏色的明亮程度。色調(diào)是區(qū)分不同彩色的特征，如紅橙黃綠藍青紫等。飽和度表示顏色接近光譜色的程度，也可以看做是色彩純度的一種表達方法。一種顏色，可以看成是某種光譜色和白色混合的結(jié)果。其中光譜色所占比例越大，顏色越接近光譜色的程度就越高，顏色的飽和度也就越高。飽和度高，顏色就深而艷。光譜色的白光成分為零，飽和度達到最高。 人的視覺只能分辨顏色的明度、色調(diào)和飽和度。 混合色的亮度等于各色光亮度之和。三種顏色中只要其中一種顏色不能用其中的另外兩種顏色混合產(chǎn)生，三種顏色就能匹配出所有其他顏色。能夠匹配出所有顏色的三種顏色，稱為三原色。 能匹配出所有顏色的三原色不是唯一的。由于人眼的特征，選用紅、綠、藍作為三原色，就是因為這三種顏色恰好與視網(wǎng)膜的紅視錐、綠視錐和藍視錐細胞所敏感的顏色相一致。 等能光譜是指各波長輻射能量相等。 顏色匹配函數(shù)是在顏色現(xiàn)象研究中把物理刺激與生理響應結(jié)合起來的紐帶。 CIE1931標準色度學系統(tǒng)，是1931年在CIE第八次會議上提出來的。該系統(tǒng)分別用700nm的紅色、546.1nm的綠色和435.8nm的藍色作為標準光譜色，定為三原色。紅綠藍三種顏色的單位刺激值的光亮度比為1.000：4.5907：0.0601。 標準照明體規(guī)定為具有色溫為6504K典型日光的光譜功率分布。人造標準光源可以通過譬如高壓氙燈加濾光鏡獲得。 當?shù)厍蛏系乃邢嚓P從業(yè)者都把工作電腦的顯示器調(diào)校在色域圖的標準D點時，那么所有人觀看同一幅照片時就能看到完全一樣的效果了。這就是執(zhí)行國際標準的意義。如同長度計量單位的米，體積單位的立方米，重量單位的克、計時標準的格林威治時間一個道理。都是為了便于溝通和交流而人為的協(xié)商一致的人類科技與文明的共同成果。同樣的，為了便于簡化對鏡頭的評價辦法，而采用若干指定空間頻率的MTF值來代表鏡頭的成像質(zhì)量的特征頻率。其中我國的標準規(guī)定以25LP/mm空間頻率作為對照相鏡頭進行評定，也都是人為制定的統(tǒng)一評價準則。 有關二級光譜和復消色差的概念:在像差中，鏡頭對兩種色光校正了軸向色差，對第三種色光的剩余色差稱為二級光譜。鏡頭焦距很長時，二級光譜對光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量影響較大。對三種及三種以上色光校正位置色差或顯著降低了二級光譜的鏡頭，稱為復消色差（APO）鏡頭。 鏡頭的光學設計目的就是減少像差，像差校正與平衡是需要反復修改和調(diào)整的過程，以便使光學性能趨于接近理想和完美（永遠無法實現(xiàn)）。照相鏡頭（特殊鏡頭除外）為了縮小成像而投影鏡頭為了放大成像。像和物的大小之比稱為“放大率”。 像差是在光學鏡頭中由透鏡的材料特性或折射及反射表面的幾何形狀引起的實際像和理想像的像差。幾何像差包括球差、彗差、像散、場曲和畸變的五種單色像差和軸向色差及垂軸像差兩種復色光像差。 各種像差在所有鏡頭中是同時存在的，在這些像差的共同作用下，進而影響了鏡頭的清晰度和色彩逼真度及影像變形等降低成像質(zhì)量的鏡頭品控問題。在基本像差中，照相鏡頭一般對g(435.83nm)和c(656.28nm)兩種波長的光線消色差，來校正軸上點的軸向色差和全視場的垂軸色差。只有在基本像差得到校正的前提下，校正高級像差才有意義（或者說才能得以實現(xiàn)）。 最后幾點總結(jié)：鏡頭的鏡片數(shù)量越多，光路越復雜，雜光系數(shù)的計算也越困難，透光率也就越低。非球面鏡片對于改善廣角鏡頭的邊緣成像效果非常有利，也更有利于控制鏡頭的畸變和相面照度均勻性。而超低色散鏡片的運用，可以有效的地控制鏡頭色差，非常有利于長焦鏡頭獲得清晰的影像效果。后截距恒定的鏡頭相對而言更具有良好的呼吸效應抑制能力。 以上都可以算作是讀書筆記，也可以理解為讀書心得，為了讓自己更好的掌握用光技巧和深入了解攝影鏡頭及數(shù)字相機的成像原理而補充的相關專業(yè)常識。當然了，經(jīng)過我提煉出來的這些常識，也可以幫助有興趣的讀者獲得同樣的助益。 于2025年2月6日星期四 本文作者是中國攝影家協(xié)會會員，曾為第七屆中國攝影理論研討會和首屆中國國際攝影理論高級論壇撰寫過專題文章。為《中國攝影》、《大眾攝影》、《中國攝影報》、《人民攝影報》、《中國攝影家》、《攝影之友》、《照相機》、《感光材料》等攝影期刊撰寫攝影專欄文章幾十萬字。 附上我不同歷史時期拍攝的幾幅照片，作為對純文本閱讀娛樂性差的補充吧
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