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#道理都懂,可是贵
2021-01-17 14:30
相机镜头为什么这么贵,30和30000元的镜头有什么区别?

本视频作者:柴知道


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 1.4 的 50mm 定焦镜头,只要 30 多块钱。当然,更多的镜头是你我买不起的。比如徕卡这款同规格的定焦镜头要三万多块钱,够买三块 512G 的 iPhone 12 Pro Max ,凑齐九个镜头,高效致贫。

 

相机镜头为什么这么贵?又为什么如此笨重?

 

01


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。但要准确地收集光线并不容易。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,那么这支只用一片镜片的 33 块钱定焦镜头,便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「像差」。对于只有一片凸透镜的镜头来说,影响最大的像差是「球差」和「色差」。球差是指通过透镜中心光线汇集的焦点,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,不同波长的光行进速度不同,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,它们的放大倍率也不同。所以即便校正了位置色差,单色光的放大倍率差异仍然会使同一物体的像大小出现差异,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。

 

02

 

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「像差校正」。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「双合消色差透镜」。

 

这两片透镜由两种色散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到同一个平面上。

 

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像差。这需要把更多的镜片搭配在一起才能勉强解决。

 

比如历史上最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像差,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。

 

03

 

为了对付各种相差,如今就连这种手机镜头也有 5-7 枚镜片。这款拍得更远的长焦镜头,有 17 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,还可能带来新的像差。

 

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校正,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。所以这些畸变小的高品质广角或长焦镜头,基本都身型庞大,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透视的移轴镜头,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。

 

04

 

而在镜片结构之外,镜头还需要靠多层镀膜来提高透光率,同时避免光线的在镜头内的多次反射所形成的「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 1987 年起开始生产 EF 系列镜头,花了 27 年总共卖了 1 亿支镜头,是最畅销的镜头群。而 iPhone 手机在 2007 年发布后只用 4 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2012年至今,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学难题。不过年轻人不讲武德,它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,它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焦外虚化。更棒的是,它们随时都在你的手边,而拍到了什么,比拍得的画质有多好,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落地记录下来。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。


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