你是否曾好奇智能手機(jī)或單反相機(jī)中的鏡頭是如何制造出來的？

本文將概述相機(jī)鏡頭的設(shè)計(jì)、制造與組裝流程，并介紹鏡頭生產(chǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展。

一、什么是相機(jī)鏡頭？

相機(jī)鏡頭由多個(gè)形狀各異的玻璃鏡片組成，并封裝在一個(gè)圓柱形鏡筒內(nèi)。其主要功能是收集光線并將其引導(dǎo)至相機(jī)的圖像傳感器或膠片上，從而生成清晰對(duì)焦的圖像。

鏡頭通過可調(diào)節(jié)光圈控制光線強(qiáng)度，該光圈由多個(gè)重疊葉片組成的遮光片構(gòu)成。曝光量由光圈f值控制。

焦距決定視角范圍：較短焦距可呈現(xiàn)更寬廣的場(chǎng)景，較長(zhǎng)焦距則能捕捉更狹窄的放大畫面。光圈大小同時(shí)影響景深（DoF）：大光圈產(chǎn)生淺景深效果，而小光圈則能提升更大范圍內(nèi)的畫面銳度。

這些光學(xué)特性共同作用，最終決定成像的清晰度、構(gòu)圖層次感和空間縱深感。

二、相機(jī)鏡頭是如何設(shè)計(jì)的？

鏡頭設(shè)計(jì)需要精確計(jì)算表面曲率、鏡片厚度、空氣間隙以及材料特性，其核心目標(biāo)是確保物體各點(diǎn)發(fā)出的光線無畸變地匯聚至成像點(diǎn)。這一過程涉及對(duì)球面像差、彗差、像散、色差等光學(xué)像差的精密校正。

設(shè)計(jì)師基于幾何光學(xué)原理，將光線視為在均勻介質(zhì)中沿直線傳播的射線，并根據(jù)斯涅爾定律計(jì)算其在材料界面的折射。這種簡(jiǎn)化模型使光線可用射線追蹤法模擬。為高效聚焦光線，鏡片通常設(shè)計(jì)為曲面以增大入射角，使光線匯聚至共同焦點(diǎn)。然而，短焦距需更陡峭的曲率，這會(huì)增加制造難度并加劇像差。

1.像差校正策略

常見的解決方案包括調(diào)整鏡片形狀，或采用復(fù)合鏡組（如雙合透鏡、三合透鏡、對(duì)稱式系統(tǒng)）替代單一鏡片。此類結(jié)構(gòu)可平衡各鏡片的光焦度，有效抑制畸變、像散、場(chǎng)曲等像差。

2.材料選擇

玻璃憑借高折射率、低色散、耐環(huán)境侵蝕及抗刮擦特性，仍是鏡頭的核心材料。歷史上，光學(xué)玻璃分為冕牌玻璃（Crown）與火石玻璃（Flint）。