照相机构造原理(7)――镜筒与光阑

照相机构造原理（7）――镜筒与光阑

一、镜筒

与一般光学仪器相比较，照相机镜头的结构较为复杂，往往由相当数量的镜片所组成。

这些镜片在进行光学设计时，其相对位置都是当作完全理想情况来进行设计处理的。设计时的象质是在完全同心和无间隔偏差这样完全理想条件的前提下完成像差校正存在

不同心度和间隔误差，影响镜头装配后的象质。所以对一个好镜头而言，它应具有良好和合理的镜框和镜筒设计。而且还应该为它设计一个好的装配方法，以使各镜片连接后的同心度误差和间隔误差控制在一定范围之内，以保证各镜片组合后具有良好的成像质量。

通常具有三种镜筒结构设计方式，即互换法镜筒结构设计、修配法镜筒结构设计、调整法镜筒结构设计。对于大批量生产、结构简单、要求一般的镜头都采用互换法镜筒结构设计。它是将镜片直接放置在镜筒内，利用镜片间的叠合、间隔垫圈或镜筒内的尺寸间隔关系，保证各镜片的同心度与空间间隔。同心度的保证是依靠单个零件的加工精度，各镜片与镜框连接可在专用装配车床上，通过定中仪对准、定中后保证同心度要求。空间间隔的保证是通过加工时控制尺寸链来达到。

修配法的镜筒结构基本特点是镜片间同心度与空间间隔通过统一基准面，一次定位加工获得，定位精度高，没有积累误差。但它加工复杂，成本高，适用于优质且结构复杂

的高档照相机镜头，电影摄影镜头等。

调整法镜筒结构主要是利用镜头光组中比较灵敏的环节，即对象差校正和补偿影响较大的镜片组，加上调整环节，进行调节补偿。

上述三种镜筒结构设计，在实际应用时，有时是相互结合使用的，在可能情况下应尽量使用互换法。

照相镜头的最后调试是厂家借助专门的测试仪器，如光具座、鉴别率测试仪来完成的。

出厂前都经过逐个检查，以保证成像质量。若最终发现象质有问题，应交专业维修人员检查，切勿自行拆卸以防不测。

二、光阑

照相镜头的光阑可分为视场光阑和孔径光阑两大类。

视场光阑的作用是限制成像范围，如照相机胶片前面的画幅框（又称片框）限制了象面视场，则片框即为镜头的视场光阑。照相机中一般所述的光阑，俗称光圈是指照相机的孔径光阑，用以控制胶片上的照度和获得不同的景深。镜头孔径光阑的位置，在镜头开始设计时便被确定了。若移动光阑与镜片的相对位置，镜头的成像情况将发生改变。

基于象差的原委，光阑一般都安置在镜头的中间。近年来小型35mm镜头快门照相机不断追求小型袖珍化，为便于镜头专业化大批量生产，在许多塑料相机中已将光阑移至镜后，即镜后快门无后组方式，称单边结构形式。

光阑是由光阑叶片、光阑动圈、定圈组成，并通过光圈调节环及传动控制机构来控制光阑叶片的运动。当转动光圈调节坏时，光阑叶片随之转动，叶片之间围成的孔径面积发生变化，改变了镜头的相对孔径值，调节了象面的照度。

由于象面的照度与(D*D/f*f)成正比，要使象面照度降低一半，D（入幢直径）必须缩小1.414倍，即D'=D/1.414，此时才有（D'*D'/f'*f'=D*D/2*f*f）。可见摄影镜头的光圈数F是按 1.414的倍数来变化的。光圈数可由公式F=1.414*1.414*…,n=0，1，2，…

来求得，这样得到的F数系列为1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16…但镜头的最大F数如F1.7、F3.5等可以不在系列光圈值内。光圈数系列的制订，保证了光圈改变一

档，象面照度变化1倍。这样一档光圈便与一档快门速度对应起来。转动光圈调节环，

还可以发现各档光圈之间的转角是相同的，这是现代照相机镜头结构的又一特点，这种结构称为等间隔可变光阑。光阑值每差一档，光圈调节环就转动一个固定的角度。调节环的等角度转动，不仅使操作手感相同，而且能方便地把光阑变化信息通过线性电位器

转换成电信号，传送到测光（或自动曝光）控制系统。

以上所述的光圈，称之为F制光圈，它仅仅考虑了镜头的有效孔径D和镜头焦距f 之间的几何关系。实际上光线通过光组时，由于镜头对光线的吸收或反射将会造成光能

的损失，此时即使镜头具有相同的光圈数（F值），仍有可能使胶片获得完全不同的曝光量，甚至相差达l～1/2档。因此需要根据整个镜头的实际透射比来标定镜头的光圈，

用以替代单纯焦距和有效孔径D的几何关系，并考虑镜头中对光的吸收和反射所引起的

光能损失，这个光圈称之为镜头的T制光圈。它与F制光圈的关系为式中：τ——镜头的透过率。

目前照相镜头中采用的光圈值仍以F值表示，而在自动曝光照相机中，已应用T数系统进行调节和显示。

照相机构造原理（8）――标准镜头常用的形式

本文简单扼要介绍一般照相机标准镜头经常采用的光学结构形式。

一、单片或双胶合透镜构成的简易镜头

这种简易型镜头由于只采用单片或双胶合透镜构成，因此其像差不可能完善校正，孔径也很小，只能在强光下使用。但由于此类镜头价格特别低廉，特别是近年来已普遍使用光学塑

料（PMMA）替代光学玻璃，使其制造成本更为降低。因此，目前市场上的玩具相机、一次性

相机大多使用这种简易镜头。

二、三片三组柯克［Cooke］型镜头

早期由三片分离透镜组成的柯克型镜头，其光阑位于透镜之间，这种光学结构型式是镜头

像差能得以初步校正的最简单结构，象质基本上满足一般普及型相机的要求（镜头等级为

2～3级），且价格比较低。近几年来为了适应自动、袖珍照相机的发展，把通常三片型柯克

镜头的光阑由镜头中间移至镜后，使透镜之间密接紧靠。由于光阑后移造成的光焦度失对称，

使系统存在有较大的轴外球差，不得而已只能采取拦光的办法来保证像差，因此相对来说边缘照度较低，在设计及使用时都需要统筹兼顾。

为进一步降低成本，目前市场上的水货低档照相机大多用光学塑料透镜替代柯克型三片物镜

中的某一片（大多为中间一片），此时其相对孔径只能做到1/4.5左右。

三、天塞［Tessar］型三组四片照相镜头

由柯克型发展起来的天塞型镜头，1902年起源于德国的蔡司光学工厂，最早是由著名光

学专家鲁道夫（Rudolof）设计的。它用双胶合透镜组代替了柯克型镜头的第三片，所以镜

头的相对孔径可以大大提高，在中等视场50°～60°情况下其相对孔径可做到1/3.5～1/2.8。它是目前国内中档或普及型照相机应用得最广的镜头结构形式。光阑位于第二、第

三组之间，构成非对称结构型的正光焦度摄影物镜。引入的胶合透镜组使物镜的象散和轴外

均得到了充分改善，因此特别适合于风景摄影。

四、双高斯物镜及其演变形式

双高斯物镜是在具有较大视场（大约40°左右）的物镜中，相对孔径最先达到F/2的一种物镜。加入的两个胶合面，使其有可能更好地消除像差。胶合面两边玻璃的色散尽管不同，但折射率近似相等，因此胶合面的加入对单色像差影响不大。基本对称的结构有利于彗差、

畸变、倍率色差等垂轴像差的校正，光阑两侧各有一个强凹透镜，有利于球差和象散的校正。双高斯物镜的复杂化型式，主要是为了增加镜头的相对孔径或者是为了改善镜头的成像质