镜片是凹是凸？Laowa 短片教广角镜基础通识

文：Alex

相信大家都有留意到，远摄镜的镜身都偏长；相反广角镜则偏短和粗，而且往往拥有一片相对大尺寸和凸出的镜片。为何广角镜都要如此设计？由 Laowa（老蛙）制作的教学短片，为大家简单介绍个中的奥秘。

在介绍之前，大家首先要清弄清楚凹透镜和凸透镜的分别。镜片中央比边缘部分薄，就是凹透镜；相反中央比边缘部分厚的话，就是凸透镜。镜头无论焦距是什么，由多少片镜片组成，基本都可看成是一片凸透镜（俗称放大镜），而镜头所示的焦距，意义上亦等同凸透镜的焦距，即镜片中心点至焦平面的距离。

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▲广角镜为何总是有一片大大的、而且明显凸出的前组镜片？

第一个问题来了：无论在单反机年代抑或无反机年代，机身始终有一定厚度，导致短焦距的广角镜必须把焦平面移后，才可把影像聚焦到感光元件上。教学影片指出，现代镜头最常用的方法是，在“凸透镜”前加入一片凹透镜，让入射光线先略为扩散，然后才经过“凸透镜”聚焦在较后的位置。

▲由于广角镜的焦距短，机身却有一定厚度，正常情况下无限远影像不能聚焦在感光元件上。

▲在镜组前加入一片凹透镜，让入射光线先略为扩散，然后才经过“凸透镜”聚焦在较后的位置。

教学影片提到，镜头焦距越短，凸透镜（首片镜片）的扩散光线能力（屈光度）也要越高，而镜片的弧度有助提高屈光能力。不过，这种大弧度镜片要求精准的制造工艺，是制造广角镜的一大挑战。

不过，若单纯加入一片凹透镜，还会产生第二个问题，就是色差。现时较普遍的解决方法是使用低色散镜片或双合镜片（doublet lenses），即把两片单透镜结合在一起的光学设计。至于第三个问题是桶状变形，较有效的解决方法是引入非球面镜片。

▲中间青色及浅紫色的镜组都采用双合镜片设计。

Laowa 的影片指出，原来手动对焦也有助减少影像变形。自动对焦镜头通常使用一小组镜片，透过前后移动调节对焦点。由于此镜片组缺少对应的补偿组件，因此容易产生变形。相反手动对焦镜缺少此镜片组，对焦时前后两组镜片可以往相反方向移动，保持整体的对称结构，有效减少影像出现变形。

▲自动对焦广角镜通常使用一小组镜片，透过前后移动调节对焦点。

▲手动对焦镜对焦时前（黑框）、后（蓝框）两组镜片可以往相反方向移动，保持整体的对称结构，有效减少影像出现变形。

基于影片提供的资料可以推断，相对于单反镜头而言，为什么旁轴相机和无反相机的超广角镜头可以做得这么小？最主要原因是镜头较贴近感光元件，焦平面后移幅度相对较少，镜头可以省去很多用于补偿和校正的工夫，连带镜片数量也可以少一点，尺寸也不需那么巨大。

来源：Laowa