第四节 长焦距摄影镜头有什么特点？

一、什么叫长焦距摄影镜头？

焦距比标准镜头长的摄影镜头，称为长焦距摄影镜头。长焦摄影镜头又分为：①焦距比较接近标准镜头的长焦镜头称为普通摄远镜头。例如，在 135 单镜头反光照相机的摄影镜头系列中，一般把焦距自 85mm 至300mm 的摄影镜头称为普通摄远型镜头；②焦距远大于标准镜头称为超摄远镜头。如在上例摄影镜头系列中，焦距自 300mm 至 2000mm 的摄影镜头称为超摄远镜头。也有人将供 135 照相机用的 85m 至 135mm 焦距的摄影镜头称为中摄远镜头或中焦镜头。

二、长焦距摄影镜头适用于什么条件？

如图 4-13 所示，像高跟焦距的关系为（物在无限远时）：

y′＝-f′tgw′

像距 S′＝f′，当视场角 w′一定时，y′跟 f′的值成正比，欲获得一定高度的清晰像，摄影镜头的焦距必须足够大。也就是说为了适应远距离摄影的需要，镜头焦距较长时，才可使远处物体在像面上有较大的像以满足需要。高空摄影镜头的焦距可达 3m，现在普通相机上也可配有600mm 的长焦镜头。

尽管标准镜头有那么多优点，但用它拍摄远距物体获得的像太小， 可见不同焦距的镜头只适用于不同的条件。

三、长焦镜头为什么采用摄远型结构？

1. 什么叫摄远型结构？

如图 4-14 所示，由一个正光组和一个负光组（图中用两个薄透镜） 组成一个望远镜的物镜，两个光组的间隔 d 较正光组的焦距小（d＜f′）。用几何法可求得联合光组的焦点 F′及主点 H′的位置，这种结构令主点前移，导致整个系统的焦距大于筒长即 f′＞L。这种望远镜的物镜结构称为摄远型结构。

1. 长焦镜头为什么采用摄远型结构？

因为摄远型结构是正组在前，正负组分离的结构，使主平面推向物空间，筒长小于焦距。长焦镜头采用此种结构可缩短筒长，一般筒长可缩短三分之一左右，不然，其筒长必然很大。在现代大地测量仪器及长焦照相机的摄影镜头中多采用这种光学结构。

四、长焦镜头的像差有什么特点？

底片尺寸一定时，镜头的视场角取决于焦距的长短。设底片的斜对角线的长度为 2y′，则

y′＝-f′tgw′＝-f′tgw

可见焦距愈长，视场角 2w 愈小。长焦镜头的视场角通常只是 1°～2°，

广角长焦镜头的视场角也不过是 10°～15°。

正因为长焦镜头的视场小，所以跟视场有关的像差（像散、场曲、畸变、倍率色差）都很小（可忽略不计），故不必考虑这些像差的校正问题。应消除的像差是：①跟孔径和视场都有关的慧差；②只与孔径有关的球差、位置色差和二级谱线。特别是球差与二级谱线都随着焦距的增大而成倍数的增大。由像差的特点而决定了长焦镜头的光学结构。

五、常见的长焦镜头光学结构有几种？

因为球差和二级谱线都随长焦镜头焦距的增大而成比例的增大。为了校正二级谱线，摄远物镜常常采用特殊玻璃，甚至是晶体材料。负透镜可用低折射率和低色散（高ν值）的玻璃或晶体，如特种火石玻璃及氟化钙、氟化钠晶体。

位置色差只与系统的光焦度分配有关，相接触（或间距很小）的正负薄透镜系统消位置色差条件是：

 v

 1 v − v ϕ

 1 2



ϕ = − v2 ϕ

 2

v1 − v2

具有一定间隔的两个相接触薄透镜组消色差条件为：

ϕ1 + ϕ2 = 0

v v

 1 2



 3 + 4 = 0

 v v

 3 4

相接触的双薄透镜系统消二级谱线的条件是：两个透镜材料相对色

散f (nF − nλ ) 要相同；阿贝常数相差要大。普通玻璃都不能同时满足这

( nF − nC )

两个条件，所以为消除二级谱线，长焦镜头要用特殊玻璃。薄透镜的光焦度为

ϕ＝( n - 1) 1

 r1

1 

− 

r2 

在满足光焦度分配的前提下，可用透镜的弯曲来校正球差。通过以上这些基本知识的回顾就不难了解下边常见长焦镜头光学结构校正像差的情况。

1. 简单的摄远型镜头光学结构有什么特点？

摄远型镜头都由前后两组构成，前组是正组并承担较大的光焦度， 一般它比后组复杂，后组具有负光焦度，整个系统的光焦度为正。

如图 4-15 所示，是常见的比较简单摄远型长焦镜头。前组采用双胶合，或用双分离镜组，并使后负组（胶合或分离）按照同心性原则弯向光阑以利于校正垂轴像差。图 4-15(a)前，后组都是双胶合结构；图 4- 15(b)前后组都是双分离结构。

1. 为什么前组用三片或四片透镜可以增大摄远镜头的孔径？

图 4-16(a)光学结构是：前组是二组三片式结构，后组是二片一组式结构。图(b)光学结构是：前组也是三片二组式结构，后组是二片二组结构。

前组采用三片（用一片正或负透镜与一双胶合镜组相匹配）或四片透镜，可以承担较大的相对孔径，减小胶合面的负担。(b)比(a)的色差校正得好。

1. 摄远镜头的光学结构有多少种？

摄远镜头跟其它镜头一样，种类繁多。由于不同的需要，其孔径、焦距、视场角等都不同，与孔径有关的像差和与视场有关的像差也就不同，因此为校正像差，前组与后组的结构就各不相同。我们仅以几个实例来说明。

例一：潘太克斯超摄远镜头的光学结构如图 4-17 所示。此图为潘太克斯 A600mm、1∶5.6ED（IF）型超摄远光学结构图。是六组八片式结构， 前四片（负、正、正、负）构成了前正组透镜系统，后四片透镜构成了后组（负组）透镜系统，而光圈移至后负组透镜系统的后方。此镜头采用低色散玻璃，使像质有明显改善，采用了内调焦结构有利于减小镜筒的长度。

例二：图 4-18 所示为天塞摄远镜头光学结构图。前正组为二片一组结构，后负组为三片一组结构，光阑位于前后组中间。

例三：图 4-19 所示为罗斯摄远镜头光学结构图。前组跟天塞摄远镜头的前组结构形式相同，后负组是二片一组结构，光阑置于前后组中间。

六、摄远镜头的最佳拍摄距离多大？

各种像差都和摄影镜头的光学结构及物体位置和大小有关，只有对一定位置和大小的物体成像时，像差才是摄影镜头结构（r，d，n）的函数。

在设计不同摄影镜头时，首先选定物体位置和大小，在这个前提下再确定系统的光学结构。校正像差的依据是物距 S，物高 y，镜片的半径r，镜片的厚度或镜片间的距离 d，镜片的材料等。既然是对选定的 S 值校正像差，当然在此物距时的像质量是最好的。当 S 变化时，尽管 r、d、n 不变，像差也要波动的，因此像质也要发生变化。选定的 S 值就是最佳的拍摄距离。

S 值是人为的，所以可以有不同的选择。有些厂家在对摄远型、超摄远型摄影镜头进行光学设计时，将其最佳拍摄距离设计在 51 倍焦距处；

有的厂家将最佳拍摄距离设计在 26 倍焦距处。

如果在最近距离处拍摄，一般都不能获得最佳的像质，尤其是画幅边缘处的像质明显变坏。

尽管长焦镜头通常都采用摄远型光学结构、内调焦的方式，但是其体积还是远大于标准镜头的体积（比标准镜头长，也比标准镜头粗）。