光镜的成像原理

在了解光学镜头的构造之前，我们还是先来说说相机镜头的原理吧，相机成像的原理主要有两种，一种小孔成像，这样的成像原理我们在小学时或许就已经教过，假设孔小到只允许一条光线通过，那么这条光线不论落到哪里，都可以成像。一个物体发出的所有光线穿过小孔之后在任何平面或曲面上都可以形成一个倒像。因此在小孔成像中，有和凸透镜成像不一样的特性：感光材料可以是任何平面或者曲面，并且景深是无限的。

小孔成像

但小孔成像假设的是从一个点发出的光线经过小孔时小孔只允许一条光线通过，这样才会让成像清晰完整，实际上这样的小孔是不可能做出来的。所以在现实中早期的手机摄像头采用小孔成像，后来都普遍使用支持对焦的凸透镜（convex）成像，这个大家在中学物理都学过，垂直于凸透镜中心的平行光透过凸透镜会汇聚在一点，这一点称为焦点（focal point），而凸透镜到焦点的距离称为焦距（focal length），这也是我们选购镜头所常常关心的一个参数。从一个点光源有光线向各个方向发出，其中垂直与凸透镜的那一条会穿过焦点，穿过凸透镜中心的那一条会保持其方向，这两条线会相聚于一点，而从点光源发出的其他光线穿过凸透镜后也会汇聚于同一点，这个汇聚点就称为点光源的“像”。如果一个平行于凸透镜的平面物体，其各点的像也会在一个平面上，这个平面就成为相平面（image plane）。我们拍照的时候要聚焦，就是移动镜头的位置，使得相平面和感光材料重合。如果不是平面物体，那么就必然只有一部分的相平面与感光材料平面重合，这就产生了景深（depth of field）的概念。因此在凸透镜成像中，一般有这样的限制：感光材料一般要求是平面的，而且景深是有限的。

相机镜头结构

手机镜头结构

透镜实际上有三种不同的分类，平面镜、凸透镜与凹透镜，事实上第一种简单来说就是完全透光的平面玻璃，这种玻璃只可能在镜头前面作为UV镜存在，而另外两种里中央部分比边缘厚的透镜叫凸透镜，凸透镜能会聚光线，也叫会聚透镜；中央部分比边缘薄的透镜叫凹透镜。凹透镜能发散光线，也叫发散透镜。

摄影镜头成像原理

正是这两种不同的透镜组成了不对称的光路折射，以达到在有限尺寸的传感器上表现出更加宽广的成像面积，而这样的原理正是与人眼的构造相类似，不管怎么说，摄像头都需要有一个光路的的延伸，而在普通的可换镜头相机上则有像场定位距离这么一说，指的就是身上镜头卡口平面与机身曝光窗平面之间的距离。

在物理上 凹镜和凸镜都是利用光的折射的原理成像，光学显微镜和望远镜（包括一部分天文望远镜）都是利用光的折射和光的直线传播原理制成的。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的凸透镜。