变焦镜头

石鑫华视觉

变焦镜头


        变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影像和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图。由于一个变焦镜头可以兼担当起若干个定焦镜头的作用，外出旅游时不仅减少了携带摄影器材的数量，也节省了更换镜头的时间。


变焦镜头简介


        变焦镜头也是镜头的一种类型，它可以在不更换镜头的情况下改变焦距。变焦镜头具有可以变化的焦距。比如，一只80-200mm的变焦镜头,通常只需转动镜头筒就可以获得80-200mm之间的任意焦距。由于产生这种多功能性所必需的复杂光学系统,给变焦镜头带来了以下三个基本问题：

                               
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变焦镜头

　　1.价格昂贵；
　　2.体积大；
　　3.在任何确定的焦距下，其成像往往都不如最好的定焦镜头成像清晰。
姑且不谈这些与生俱来的缺陷，当今的光学工业运用计算机进行镜头设计，已经制造出了很多非常优秀的变焦镜头。不少变焦镜头的成像已经非常清晰，而且体积也已相当小巧，只是价格仍然很贵。


变焦镜头的使用


        使用变焦镜头进行聚焦时，最好考虑首先将影像调至最大处进行聚焦；也就是说，使用镜头的最长焦距端聚焦。然后,再把焦距变小到拍摄时所期望的焦距上。在此过程中，所有焦距上的影像始终保持清晰。运用这种技术，由于是在尽可能最大的影像下聚焦，所以能够更容易地观察到影像细节是否清晰，因此也是最为精确的聚焦方法。 注意，有些变焦镜头需要转动两个单独的控制环，一个环控制聚焦，另一个环控制焦距。这种结构布局的优点是一旦完成了聚焦，不会因调整焦距而意外地改变了焦点。
其他的变焦镜头只需要移动一个控制环，转动它进行聚焦，前后滑动它即可改变焦距。这种“单环”变焦镜头对于操作来讲往往更快捷和更方便，但通常也更贵一些。需要注意，改变焦距时，不要失去清晰的焦点。


变焦镜头的特点

                               
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变焦镜头

        变焦镜头最大的特点，或者说它最大的价值，还是在于它实现了镜头焦距可按摄影者意愿变换的功能。与固定焦距镜头不同，变焦距镜头并不是依靠快速更换镜头来实现镜头焦距变换的，而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头焦距变换的，在镜头变焦范围内，焦距可无级变换，即变焦范围内的任何焦距都能用来摄影，这就为实现构图的多样化创造了条件。变焦距镜头自身的任何一级焦距与别的相同焦距的固定焦距镜头功能是一样的。但变焦距镜头不限制摄影者使用哪一级焦距，因而在使用操作上要便利灵活得多。它省却了外出拍摄时需携带和更换多只不同焦距镜头的麻烦。甚至在临按照相机快门前，摄影者还能通过变换镜头焦距对被摄体进行取舍，对画面进行剪裁，以期在拍摄前把画面构图安排得更为理想。 变焦距镜头变换焦距的快捷程度，是固定焦距镜头通过更换镜头变换焦距无法相比的。35毫米自动袖珍照相机或部分35毫米单镜头反光照相机的变焦距镜头还采用了电动变焦模式，电动变焦不仅仅是省力和便捷，更重要的是实现了均速变焦，这为摄影者通过焦距得细微变化剪裁画面、确定构图十分有利。变焦距镜头通过在照相机快门开启的瞬间变焦，还能进行“爆炸效果”。有的照相机还依靠自动控制变焦距镜头的焦距变换实现自动构图功能。最新颖的35毫米单镜头反光照相机，还设置了自动记忆镜头焦距的功能，这一功能可允许摄影者设定照相机记忆一种或数种使用频率较高的镜头焦距，随时能在将镜头焦距变换至先前记忆的焦距上来。
当然，相对固定焦距镜头而言，变焦距镜头的结构比较复杂，分量较重。非名牌的变焦距镜头，成像质量肯定逊于相应的固定焦距镜头。


工业变焦镜头

                               
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富士能电动三可变变焦镜头

                               
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Computar电动变焦镜头

        工业变焦镜头与民用变焦镜头类似，原理上都是差不多，只不过其变焦系统一般是引接出来的方便用户连接，复用电动原理进行工业控制。而民用相机镜头变焦通常在镜头卡扣处就有许多触点，利用相机本身的反馈，进行电动变焦、对焦等操作。


变焦镜头分类


        按照外形尺寸，摄像机镜头分为箱式镜头和便携式镜头。从理论上讲，箱式镜头的镜片较大，光学特性要强于便携式镜头。箱式镜头的焦距变换和聚焦只能通过变、聚焦伺服手柄进行，而便携式镜头的变、聚则可以通过镜头上的开关来选择是手动操作还是伺服操作。
按照变焦距范围，摄像机镜头可以分为广角镜头、标准镜头和长焦镜头。焦距是镜头的一个基本特性，它可以决定影像的放大倍数和镜头所摄取的水平视场的大小。焦距是通过测量从镜头的光学中心到光线会聚在镜头后面可产生清晰影像的那个点的距离来确定的，就电视摄像机而言，这个点就是CCD的靶面。焦距越短，水平视场就越开阔，于是影像也就越小，水平视场随着焦距的增加而变窄，而被摄体则随之增大。


变焦范围与焦距


        变焦镜头通常使用一个诸如“21×7.5”的二元数组来加以说明，前面的数字“21”是变焦范围，是该镜头的最长焦距与最短焦距之比；后面的数字“7.5”是以毫米为单位的最短焦距，可以表明该变焦镜头的最大视角。懂得这个含义便可以很容易知道，这个21×7.5的变焦镜头可以从7.5毫米（可以得到的最大视角的焦距）变换到157.5毫米（可得到的最长焦距）。知道了镜头的焦距（f）和所拍摄景物的距离（d），可以很容易的计算出摄像机所能拍摄的景物大小x（水平方向）和y（垂直方向），这可以帮助摄像师有目的的选取使用不同变焦范围的镜头。下面就介绍一下计算方法：演播室摄像机所用的CCD是2/3英寸的，其成像尺寸为8.8×6.6mm， x=8.8（d/f）mm，y=6.6（d/f）mm 。

                               
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变焦镜头原理

        随着镜头制造水平的提高，现在的摄像机广角镜头最短焦距已经达到了4毫米（能摄取距摄像机1米远的身高1.8米的人全景），而长焦镜头的最长焦距能够达到1100毫米以上（能摄取距摄像机300米外身高1.8米的人全景），这是非常惊人的，在以前根本不敢想象。 另外，对于变携式镜头，根据调焦组镜片在调焦时的移动状态可分为内聚焦镜头和外聚焦镜头。内聚焦镜头调焦时，调焦组的前三片镜片中的最前面一片固定不动，只有中间一片或后面一个镜片移动，因而固定在其套筒上的遮光罩不随调焦转动，允许遮光罩做成方形口，能更有效的减少杂散光，提高图像质量。但内聚焦镜头要求双层套筒结构，对机械精度要求较高。外聚焦镜头调焦组的几片镜片和遮光罩都固定在一个套筒上，几个镜片同时移动，遮光罩也随之移动，因而只能安装圆形遮光罩，减少杂散光效果不如方形遮光罩，但是机械结构简单。

变焦镜头的调节


        变焦距镜头的日常操作是调光圈和变、聚焦，但为了保证变焦距镜头正常工作，后焦距的调节、倍率镜以及超近摄镜的使用、中性滤色片的使用技巧和光圈跟踪的调节就很重要。

后焦距的调节


　　在镜头新安装到摄像机上或在变焦距时图像清晰度随着焦距变化的情况下，需要调节后焦距。调节方法如下：
　　拍摄一幅具有不同细节的图像（最好是专用的测试卡），物距为3米~5米，调节光圈到合适位置，使得寻像器上得到清晰的图像。
　　在最长焦距下用调焦环将图像调到最佳清晰度。 在最短焦距下调节后焦距环，使图像清晰度最佳。在调节后焦距环时，要先将锁定螺丝松开，然后才能转动后焦距环。
　　重复前两个步骤，直到焦点准确跟踪，在变焦距时图像清晰度始终保持不变，然后拧紧后焦距环的固定螺丝。

倍率镜的使用


　　一个变焦距镜头的焦距，其连续调节的范围是有限的，比如一个21×7.5的变焦镜头可以从7.5毫米（可以得到的最大视角的焦距）变换到157.5毫米（可得到的最长焦距），它的变焦距倍数为21，若将倍率镜（EXT）选择开关从×1档换到×2档，其变焦倍数仍然是21，但是焦距变化的范围改成了2×（7.5~157.5）=15毫米~315毫米。 使用倍率镜需要注意以下几个问题：
　　加入倍率镜后，镜头的相对孔径减小，到达像面的光通量将减少到原来的1/4，因此，光圈需要加大两档。在光照较暗的时候不宜使用倍率镜，否则拍摄的图像将发暗。
  
变焦镜头
　　使用倍率镜后，所拍摄图像的透视畸变和几何畸变将变大。

超近摄镜的使用


　　各种镜头的近摄距离都在60厘米以上，对近摄距离以内的物体是不能聚焦的。为了能拍摄贴近镜头的物体，变焦距镜头在镜头后部都安装了超近摄镜，标有“MACRO”的字样。超近摄镜的使用方法如下： 将超近摄镜环上的锁钉提起或松开（视具体结构而定），转动超近摄环向标有MACRO字的白线方向推去，直到推不动为止。
　　转动镜头的调焦环到最近距离上。
　　对准拍摄物，用聚焦环调节清晰，进行拍摄。
　　拍摄完毕后，将超近摄环及锁钉恢复原来状态。

景深的控制


　　每当镜头为一个被摄物调好焦点后，在该被摄物前后一段范围内的所有物体也是清晰的。这个调焦清晰的范围就叫做景深，它作为镜头的一种重要的光学特性可作为艺术创作的工具。当主被摄物体连同周围所有被摄物体都能聚焦清晰的空间很大时，就说这个镜头的景深大；如果该主被摄物体周围的这种空间不大，则称这个镜头的景深小。 无论从艺术还是从技术的角度出发，景深都是很重要的。从艺术上说，景深在创作镜头的整个透视效果方面起着重要的作用；从技术上说，一个景深大的镜头，跟拍比较容易，如果景深小，那就要随着摄像机或被摄物体的移动而不断的调焦。
　　决定一个镜头的景深的三个要素是焦距、光圈和摄像机与被摄物的距离。
　　镜头焦距越短景深越大，景深随焦距的增加而减小。
　　镜头的光圈越小，景深就越大。
　　被摄物与摄像机之间的距离越大，景深就越大。
此外，景深在主被摄物后边的距离大于前面的距离，也就是说，位于主被摄物后面的那些被摄物体的清晰聚焦范围大于其前面的范围。