一文追相机发展史，深度了解镜头原理

其实也有又轻又小，还很便宜的相机镜头，我们买过一款最大光圈一点四的五十毫米定焦镜头，只要三十多块钱。当然更多的镜头是你我买不起的，比如莱卡这款同规格的定焦镜头要三万多块钱，购买三块512个的iphone 12pro max 凑齐九个镜头高效制品。相机镜头为什么这么贵？又为什么如此笨重？

摄影是光的艺术相机通过感光介质记录光线信息，镜头的作用就是汇聚光线，但要准确的收集光线并不容易。早期的相机镜头只有一片凸透镜。当光线通过时会向内折射并汇聚在一点上，形成一张上下颠倒的图像。只要正确对焦，理论上你就能得到一张清晰的照片。如果现实和理论一样完美，那么这只只用一片镜片的三十三块钱定焦镜头也应该是名副其实的牛头。但当你真的用它拍照时，就会发现它拍出来的照片是这样的。这种实际成像与单一透镜理想成像之间的差距叫做相差。对于只有一片凸透镜的镜头来说，影响最大的相差是球差和色差。

求差是指通过透镜中心光线汇聚的焦点，与通过边缘光线汇聚焦点不同的现象。它是造成成像边缘模糊的主要原因之一。色差则分为位置色差和倍率色差两种，主要原因是光的色散在同一介质中，不同波长的光线进速度不同，导致折射的偏折角度有所差异。这就是色散和太阳光被三棱镜分散成彩虹是一个道理。所以白光在通过凸透镜时，红光和蓝光的焦点并不重合，物体成像的边缘就会出现色斑，这就是位置色差。而由于不同单色光的折射率也不同。在通过凸透镜后，他们的放大倍率也不同。所以即便矫正了位置色差，单色光的放大倍率差异仍然会使同一物体的向大小出现差异。影响清晰度，这就是倍率色差，你在拍照时看到的紫边、彩虹边等现象不少，就是由倍率色差导致的。

无论是球差还是色差，都是凸透镜本身的问题，而解决问题的方法是加更多的透镜实现相差校正。最简单的思路是在凸透镜的一侧增加一块凹透镜。组成常见的双核骁色差透镜，这两片透镜有两种色彩能力，不同的材料制成，组合在一起后，后方的凹透镜可以抵消前方凸透镜产生的色差。让不同波长的光聚焦在同一个平面上。此外，光线在通过凹透镜时产生的球差与凸透镜恰好相反，所以这一组合就能让光线精准汇聚于一点。而在球差和色差之外，相机镜头还需要面对多种难缠的相差。这需要把更多的镜片搭配在一起才能勉强解决。比如历史上著名的镜头结构之一，快速直线结构就是通过四片两组完全对称的设计。让左侧镜片组产生的多种相差在右边自动校正，采用这种结构的镜头几乎不会产生畸变。在当时广泛用于建筑和风光摄影。

为了对付各种相差，如今就连这种手机镜头也有五到七枚镜片，这款拍的更远的长焦镜头有十八片镜片，至于变焦镜头基本都是十几片起步。但问题是，组合堆积镜片不光会增加体积和重量，还可能带来新的相差。比如许多广角和长焦镜头在拍摄时的畸变就是因为不同透镜对同一物体不同部分的放大倍率不同。导致成像边缘变形，要想减少畸变，只能优化镜片组设计，或者增加特殊的非球面镜片矫正，或者用更好的光学玻璃来制造镜片。

这些都会增加镜头的体积或重量，同时推高设计难度和成本。所以这些即便小的高品质广角或成交镜头，基本都身形庞大，售价高昂。而像这种能容纳极广视角的鱼眼镜头，能通过物理方式矫正****的移轴镜头，能放大微小细节的微距镜头对镜片组的设计要求就更高了。所以相机镜头之所以又大又沉，一方面是为了获得更大的通光量，另一方面也是为了塞下更复杂的结构，实现更好的画质，满足更苛刻的需求。

而在镜片结构之外，镜头还需要靠多层镀膜来提高透光率，同时避免光线在镜头内的多次反射形成的鬼影或眩光。添加防抖模块。让你手持几斤重的设备也能拍出清晰的照片。总的来说，相机镜头是设计成本极高的产品，多年以来，厂商们主要依靠物理手段去驯服光线，只是为了在最终的成像质量上实现普通人甚至难以感知的微小提升。而愿意为此花钱的人毕竟不多。比如佳能从一九八七年起就开始生产ef系列镜头，花了二十七年，总共卖了一亿只，镜头是最畅销的镜头群。而iphone 手机在二零零七年发布后，只用四年时间就轻易达到了这个小目标。高昂的生产成本加上相对较小的用户群，共同推高了这些镜头的价格，只有专业人士或者不差钱的大师才愿意烧钱。

而在镜头，厂商们用物理手段在光学道路上死磕的同时，智能手机又从另一个维度挤压了镜头市场。从二零一二年之间拍照的人越来越多。但镜头的出货量却连年下降，其实手机同样要面临相机镜头面对过的一切光线难题。不过年轻人不讲武德，他们可以用更高效且讨巧的算法去解决问题。通过基于各类算法的计算摄影，你的手机在大部分场景下已经不输传统相机，他们可以应对光比极大的场景，通过后期软件做出类似的鱼眼移轴效果。可以通过激光测距模拟出逼真的郊外虚幻。更棒的是，他们随时都在你的手边，而拍到了什么比拍的画质有多好，更加重要。所以我们自己，也逐渐放弃了那些又大又沉的相机镜头。更何况手机可以帮你美颜磨皮，甚至换头，而相机镜头的光学素质越强，越能把你脸上的痘痘、油光和陨石坑一个不辣的记录下来。更真实不等于更受欢迎。

不过在某些时刻，你身处一片广阔的草原，远方飞过一群候鸟，一个孤独的深夜，你看着天上的银河。人生中第一次在花丛里看见一只蜂鸟，在这些时刻，也许你会和我们一样怀念那些吃灰多年的笨重镜头。