各位同学，让我们一起来补充完成电视摄像机光学部分的结构组成和工作原理的知识。

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编辑的逻辑可以根据：1、透镜组2、光圈3、色温滤色片4、分色系统的逻辑顺序来进行，当然，如果还有一些知识我没有讲到但你查阅资料查到了，欢迎大家也补充进来。

透镜组

      一、柔性焦距透镜组

      柔性焦距透镜组是镜头镜片组里的一组或者多组镜片，它可以提升镜头的成像锐度和景深。[201606060118段雅婷]

       二、镜头是由很多凸透镜和凹透镜组成的镜片组组成的，这些镜片成组运动，以达到变焦和对焦的目的。从功能上分还有普通镜片、非球面镜片、低色散镜片等，分别起不同的作用，可以提高成像质量。

       三、随着镜头的功能不同，以及设计意图不同，透镜的数量会有很大区别。例如同样是单反镜头，50mm的标准定焦镜头一般只有7片透镜左右，而大倍数变焦镜头（18-200这种）可以有16片以上。 由于不存在完全透明的物质，再高档的透镜多少也会衰减光线，所以原则上透镜越多画质越差。 另外，为了消除色散，所以经常会把两种不同折射率的镜片用光学胶粘合在一起，这两片镜片称为“一组”，许多时候都是用这种“组”来计算透镜数量。

       每款相机的镜组和镜片数量都是不同的，每个镜组和镜片的作用也都是不同的。但对于变焦镜头而言，每个镜组每个镜片都会影响到变焦和对焦，设计上确实有些镜组和镜片是为了变焦需要的，但一样会影响到对焦。

       根据透镜成像的原理，单一的镜片在成像时会产生各种像差和色差。通俗地地说，经过单一透镜所成的像，改变了物体原来的样子或各部分的比例，这就是像差；如果经过透镜所成的像改变了物体原有的颜色，这就是色差。由多片镜片组成的镜头，可以最大限度地降低像差和色差。所以当今的相机镜头常常用5片以上的镜片所组成。这就是因为多镜片组成的镜头，可以提高成像质量,减少像差和色差，使成像逼真。[201606060104 刘婷]

      透镜组也可看成一个透镜，一个透镜就有二个焦点，一前一后。前者叫物距，后者叫像距。所以也有反接镜头来拍摄的。

      透镜组lenses，combinationof由两个或两个以上透镜组成的共轴光学系统。例如消像差透镜和目镜等光学元件均由多个透镜组合而成。透镜组的成像规律一般可用逐次成像法解决，即前一透镜成的像作为后一透镜的物，运用成像规律求得后一透镜成...[ 201606060133王艳]

    透镜组是由多片的凹凸透镜组成的，它是利用各种透镜的性能互相抵消，减弱像差，提高结像质量。而透镜的像差是指一个物点经过一个简单透镜所成的像,往往不是一个理想的点,而是一个亮斑,即对物而言像出现了偏差,这种现象称为像差.像差的存在使像失真．产生像差的原因有多种,这里介绍球面像差和色像差.

（一）球面像差

由远方物点发出的平行光束经透镜折射后不是交于一点,而是前后交于若干点,这种现象称为球面像差.产生球面像差的原因是透镜边缘部分比中央部分折光本领强,或者说,通过透镜边缘部分的远轴光线要比中央部分的近轴光线偏折的多些.减小球面像差最简单的方法就是把远轴光线去掉,如在透镜前加一光阑用以限制远轴光线进人透镜,只让中央部分的近轴光线通过,这样就可以得到一个较清晰的像.但由于遮住了一部分人射光,像的亮度要减弱一些.减少球面像差的另一方法是在会聚透镜后面加一块发散透镜.发散透镜对远轴光线的发散作用比对近轴光线的发散作用强,因而可减少会聚透镜的球面像差.

由于光线进入广角镜头的入射角比较大，所以球面像差的表现在广角镜头尤为明显。所以在广角镜头上采用非球面镜片来消除像差的有效方法。下面是一些广角镜头的镜头结构：

通常的非球面镜片是一面为非球面，另外一面是球面。近年来出现了双面非球面镜片，采用这样的镜片，可以使镜头的镜片数减少许多，也可以得到更大倍率的变焦镜头。

（二）色像差

在以前的讨论中,我们把透镜对光的折射率看成是常量.事实上,这仅在单色光人射到透镜时才是正确的.如果是白光（复色光）人射,透镜对不同波长光的折射率是不一样的.波长短的光折射率大,波长长的光折射率小,复色光经透镜折射后,不同波长的光有不同的焦距,紫光的焦距最小,红光的焦距最大.由于以上原因,一物点发出的复色光经单透镜后不能形成一清晰的点像,而是一个带有彩色边缘的小亮斑.这种物点发出复色光经透镜后不能形成清晰的点像的现象称为色像差,

纠正色像差的方法是用折射率不同的会聚透镜和发散透镜适当地组合起来,使一个透镜的色像差为另一个透镜所抵消,.在光学仪器中,透镜系统都是由多个透镜组合而成的,以减小色像差

   凸透镜是根据光的折射原理制成的。凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜。凸透镜分为双凸、平凸和凹凸（或正弯月形）等形式，凸透镜有会聚光线的作用故又称会聚透镜，较厚的凸透镜则有望远、会聚等作用，这与透镜的厚度有关。

       相机的镜头有凸透镜也有凹透镜，是凸透镜和凹透镜的组合。总体合成的效果是凸透镜。凸透镜可以将实物影像汇聚到镜片另一侧形成实像，使胶片、或电子感光元件曝光，而凹面镜不行。   照相机镜头的凸透镜起成像作用：2倍焦距以外景物，经镜头折射以后在感光片上成缩小倒立的实像。［201606060131彭先福］

       球面透镜 　折射曲面为球面的透镜。通常不加特殊说明而提到透镜或透镜组时，绝大多数场合是指球面透镜及其组合，因为在各种曲面中只有球面最适合批量生产，最容易加工到高精度。过二球面曲率中心的直线称为透镜的光轴。在由一个球面和一个平面组成的透镜中，光轴是通过球面的球心并垂直于平面的直线。光轴与透镜表面的交点称为顶点。 
　　透镜的高斯光学性质由它的基点位置和焦距大小决定，如图1，f和f┡为物方和像方焦距；l_F和l弬为物方和像方顶焦距；它们与透镜的结构参量即曲率半径r₁及r₂、沿光轴厚度d 和折射率n之间有如下关系：

式中嗞为透镜的光焦度。主点H和H┡的位置可由公式：

和

求得。

 

物镜是由若干个透镜组合而成的一个透镜组。组合使用的目的是为了克服单个透镜的成像缺陷，提高物镜的光学质量。显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量的好坏直接影响显微镜映像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件，所以对物镜的校正是很重要的

光圈

      光圈优先自动曝光：曝光是由光圈值、快门速度和ISO感光度这三者决定的。光圈优先自动曝光是以这三者中的“光圈值”为基准来决定曝光的拍摄模式。在使用光圈优先自动曝光时，拍摄者不管选择怎样的光圈值，快门速度都会自动做出调整，以得到同样恰当曝光。使用程序自动曝光模式时(设置为ISO自动)，相机会自动决定曝光三要素。而使用光圈优先自动曝光时，拍摄者必须有意识地考虑自己想要如何展现被摄体，因此有利于拍摄水平的提高。

光圈：是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置。它是装在镜头内部多边形或者圆形的孔状光栅。这个光栅面积可以改变，以此达到控制镜头通光量的目的。光圈大小一般用F值来表示。F值越小，表示光圈越大，F值越大，表示光圈越小。光圈越大，光栅孔径越大，进光量越多；光圈越小，光栅孔径越小，进光量越少。光圈数值如下：F1.0，F1.4，F2.0，F2.8，F4.0，F5.6，F8.0，F11，F16，F22，F32，F44，F64。实际使用中在上述相邻两个光圈数值之间，还会有其他的光圈值可供调节。光圈的档位设计是相邻的两档的数值相差1.4倍（2的平方根1.414的近似值）相邻的两档之间，透光孔直径相差根号2倍，透光孔的面积相差一倍， 底片上形成的影像的亮度相差一倍，维持相同曝光量所需要的时间相差一倍。

什么是光圈值？

光圈值，是镜头的焦距/镜头通光直径得出的相对值（相对孔径的倒数）。例如针对50mm的标准镜头而言，最大的通光直径为29.5mm，其最大光圈的计算值为50mm÷29.5mm=F1.7，这样就能够理解同一变焦镜头在不同的焦距下，虽然最大的通光直径相同，但是换算之后其最大光圈是不同的。F值越大，光圈越小，反之，F值越小，光圈越大。

为便于在实际摄影中计算曝光值而制定的一种与光圈数值对应的表示镜头通光能力的刻度值。由于光圈值是以2的倍数变化的，直接用光圈数值表示镜头的通光量，在实际摄影中计算曝光值就会有不少困难。光圈值通常用AV（英文“Aperture Value”的缩写，即“光圈值”）根据圆形的面积与半径的平方值关系，可知为了达到倍数调整通光量的目的，光圈直径应呈√2（约等于1.4）系数关系递增。

数据

光圈值（AV）与光圈数值（F）的对应关系见表。

光圈值（AV） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

光圈数值（F） 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32，光圈英文名称为Aperture，我们平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”，是相对光圈，并非光圈的物理孔径，与光圈的物理孔径及镜头到感光器件（胶片或CCD或CMOS）的距离有关。表达光圈大小我们是用F值。光圈F值 = 镜头的焦距/镜头口径的直径，从以上的公式可知要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。当光圈物理孔径不变时，镜头中心与感光器件距离愈远，F数愈大，反之，镜头中心与感光器件距离愈近，通过光孔到达感光器件的光密度愈高，F数就愈小。完整的光圈值系列如下： F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64。这里值得一提的是光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。多数非专业数码相机镜头的焦距短、物理口径很小，F8时光圈的物理孔径已经很小了，继续缩小就会发生衍射之类的光学现象，影响成像。所以一般非专业数码相机的最小光圈都在F8至F11，而专业型数码相机感光器件面积大，镜头距感光器件距离远，物理孔径可以很小，光圈值可以更大。对于消费型数码相机而言，光圈F值常常介于F2.8 - F16。此外许多数码相机在调整光圈时，可以做1/3级的调整

      问：光圈与景深的关系？

      答：光圈越大，景深越浅。光圈越小，景深越深。例如光圈F4 的景深会比F8浅。大光圈能够让背景模糊化，更加将模特儿突显出来。

      光圈越大,进光越多,拍出的照片主题与背景就越区分鲜明,同样的位置能收进照片的景象越多

      光圈就像一扇窗，在同一时间内(即是「快门」开放时间)，这扇窗越大，能吸收的光线越多，这样相片便会变光亮，道理很容易明白。

       在相机上，「大光圈」是指把光圈调到「数字小」的位置，象是f/1.4、f/2.8、f/4等等，数字越小，光圈越大；而数字越大，光圈便越小，即是「窗」会变小，能吸入的光线不多，数字和光圈大小是刚好相反的，各位定必要留意！

   是不是焦距越长，选择镜头的光圈就应该越大？

  在实际使用中，光圈本身和焦距没有什么关系，它是和快门配合一达到控制进光量的设施。 在理论上，光圈值是用焦距及口径计算出来的： 光圈在这里又称：相对孔径 F 景物通过镜头在焦点上成象，象的亮度， 1、取决于输入光线的镜头口径。镜头口径大的，通过光量大，成象明亮。如果在暗处摄影，用口径大的镜头拍照，仅需少量的光即可。 2、另外，不管你镜头口径做得多大，如果焦距长，镜头离焦平面远，焦平面就变暗。 因此，镜头的口径、焦距都会影响成象亮度。 为使用统一，这时就引入了一个参数：相对孔径 F，这样就将焦距、口径对光的影响合并到这一个参数里了。

镜头的相对口径用F表示，它们之间的关系为： 
F=f/D 
f为焦距，D为镜头的有效口径 
有了相对口径的概念，可知：任何相机相对口径F相等，焦平面的亮度也相等（也就是说通光的能力是相等的）。 

 

使用小光圈的效果

若果用上「小光圈」(像f/11、f/16、f/22等)，会造成以下的效果：

1.减少光线进入，让你可以放慢快门，捕捉时间，例子有拍摄流水、车轨、星轨、光影涂鸦等；

2.让光点变成散射状，即是光芒；

3.景深变深，对焦主体以外的背景或前景不容易变模糊，可以保持清晰。

一般来说，在拍摄风景、有三脚架辅助的夜景、光芒，想保持前后景清晰，或是于阳光普照/光源充足的情况下我们可以用上小光圈。

 小光圈(f/14)可以令太阳光芒更突出，而且保持前后景于景深范围内。

 利用三脚架拍摄夜景时一般会用上f/8-11的小光圈，令景物保持于景深范围，而这数值很多时也是镜头成像最佳的光圈。

使用大光圈的效果

 而大光圈(像f/1.4、f/1.8、f/2.8等等)，会造成以下的效果：

1.于同一快门时间下，大光圈可以让更多光线进入相机，从而令曝光增加，相片变亮；

2.凝固时间：因为进入的光线增加，快门可以变更快，令飞快移动的物件可以「凝固」下来；

3.景深变浅：这也许是大光圈其中一个很有用的用处 - 景深变浅，让对焦的主体从背景突显出来；

 在拍摄人像、浅景深、或是于暗黑环境下手持拍摄，我们也会用上大光圈。

 于光线不足的环境下手持拍摄，大光圈加高ISO可以令相片保持清晰。

 大光圈可以创做浅景深的相片，让主体更突出。

使用什么光圈的考虑步骤

 好了，那么在真正拍摄时，我们又会怎样去决定用上什么光圈呢？

(以下假设正在用「光圈先决」模式 (A-mode) 拍摄，镜头为18-55mm f/3.5-5.6的Kit lens)

1.看到想拍的风景/物件，并找到合适的角度/构图

2.景深选择：我想有浅景深吗？还是要全部也清晰？前者偏向用大光圈(f/3.5)，后者偏向用小光圈(f/8或更高数值)

3.手持或有三脚架：若果手持，快门一定不可以低过「安全快门」 (1/焦距)，而加大光圈可以让快门变快

4.景物会否移动？若果景物会移动，快门必定要提高速度，大光圈可以有所帮助

5.光线足够吗？若果光线足够，使用大光圈或小光圈也可，但使用大光圈的前提是快门仍不会超出相机最快快门的范围(如1/4000s或1/8000s)

6.在考虑过2-5点后，按快门速度决定ISO的多小，若果在设定的光圈下快门过慢，必须提高ISO

用大还是小光圈，取决于多个因素，一定要多实战拍摄，才可以于每次按下快门前有信心地作出决定。

      镜头的最近对焦距离是指在非常靠近被摄主体的状态下，镜头能够合焦的最近距离。镜头不太其最近对焦距离也不同，一般来说焦距越长其最近对焦距离也不同，如果距离被摄主体的距离小于最近对焦距离了，就会出现无法合焦，画面变得模糊不清。

光圈为曝光铁三角的其中一个要员，无论你是用全手动模式，还是光圈先决，你也会需要调较光圈值，但在使用大光圈和小光圈的时候，很多同学也会遇到一些问题，让我们一起看看这些普遍会遇到的问题和解决方法吧！ 

      (一) 使用大光圈时 (例：f/1.4-3.2)  

　　问题一：主体不够锐利

　　如果有留意我们之前的教学，便会知道光圈有两个用途，一是控制光线的进入量，二是控制景深范围。当你使用大光圈时，对焦点前后的景深范围便会变小，如果你的相机前后移动，便会很容易令主体移到景深范围外，令其变成模糊了。 

　　另一方面，镜头通常在使用最大光圈时成像也会变软，越入门的镜头情况越严重，因此要拍出较锐利的相片，最好便是把光圈收小一至两级吧！

　　使用大光圈时要小心浅景深的影响。

　　问题二：背景太模糊

　　在上一个问题也有解释到，大光圈会令景深变浅，让背景变模糊，虽然这是很有用的技巧，但当你的光圈太大，令相片的背景变得过份模糊，有时便不是好事了，试想一想如果你去旅行的相片背景全部也是模模糊糊的，虽然相片很有「专业」感，但相片跟本不能显示你到访过那一些地方，这样便损失了相片的意义了！

特别是拍摄微距作品时，光圈太大会令景深过浅，应要小心。

　　问题三：相片过曝

　　如果你是用光圈先决或手动模式，在日间或是光线充足的地方拍摄，使用大光圈可能会令你的相片过曝，出现「死白」的情况，特别是当你相机的最高快门不够快（例如有些相机最高快门只有1/2000s)，或是没有使用ND减光镜时出现的机会便会增加，这时你便需要收小一点光圈来解决了。

 (二) 使用中等光圈时 (例：f/5.6-8)  

　　 问题一：主体不够突出

　　在利用中等光圈时，往往背景跟主体会融合在一起，未能突出主体，这是因为中等光圈未能有效制做浅景深，特别是在背景离主体不太远的时候，背景便会跟主体一样清楚，加上如果你没有刻意寻找简单的背景，主体很容易便会「消失」在相片中了。主体不够突出。

　　问题二：未能拍出浅景深

　　跟上一个问题有关，便是中等光圈未能拍出浅景深，要拍出浅景深效果，记得光圈、焦距和背景距离会有很大的影响，因此如果你一定要使用中等光圈并要突出主体，请小心留意背景的选择，或是加长焦距和背景的距离来增加浅景深效果。

 (三) 使用小光圈时 (例：f/9-32)  

　　问题一：相片不够锐利

　　当使用极端的小光圈时（例如 f/32、f/36等等），相片会因为物理中光线散射的原因而变得不够锐利，因此虽然普遍上收小光圈会令成像变佳，但收得太小反而会适得其反，各位同学一定要小心啊！

　　问题二：手震

　　小光圈会减少入光量，如果你是手持相机的话，务必要小心留意快门速度是否符合「安全快门」，否则你相片便会很容易因为手震而得模糊了！

光圈小导至快门过慢，应时刻留意「安全快门」。

        在拍摄夜景时，如果想要得到锋利的星芒形状灯光，摄影师可以使用小光圈进行拍摄，反过来使用大光圈拍摄，得到的灯光图像就是柔和圆滑的美丽散景。

什么叫大光圈：

在单反相机当中有一个指标叫做光圈，光圈的大小可以控制进光量，照片的虚化程度，那么什么叫大光圈呢？大光圈是指光圈值非常的高（例如F1.8 F2.4等）

光圈大小对照片有什么影响：

光圈的大小对照片的影响是很大的，大光圈会让照片的背景非常的虚化，拍摄人像、花卉、一些小东西，可以拍出很有意境的感觉。

光圈和快门之间的关系是这样的：在相同曝光量的情况下，光圈更大，快门的速度就可以更高，也就是说打开的时间会更短。如果我想要增大曝光量，要么采用大光圈，让单位时间内进入镜头的光线更多;或者是将快门打开的时间延长，这样便能有更多的光线进入相机。反之亦然。

在不同拍摄题材上光圈的使用

1、拍摄人像和静物，用对大光圈浅景深的效果，实现美妙的前实后虚，这样能让人更关注在对焦的中心，虚化不必要的干扰和杂物，假如在光线明媚的场景下拍摄，大光圈也能给你带来干净舒服的效果。

2、拍摄纪实人文，不少纪实摄影师会使用中等光圈，记录下人物所处的环境和状态，使人与环境相互关联和互动，这就要根据不同的拍摄主题来定了。

而一般的风景摄影师会更喜欢小光圈大景深，这样在拍摄的时候能够拍下一切皆是清晰的效果，增强画面的渲染力。

3、拍摄快速运动的物体时，用对大光圈能保证更好的快门速度，保证捕捉的瞬间不会失焦。

滤色片的组成及作用：滤色片包括滤光片和色温片，滤光片用来改变光的强弱，色温片用来矫正色温，滤色片的主要作用就是校正色彩偏差，使之色彩得以正常还原。

   色温转换滤色片包括色温片和滤光片。滤光片用来改变入射光的强弱；色温片用来校正色温，它难将不同光源的色 温变换为摄像机要求的3200K，使拍摄的图像色彩真实，避免偏色。专业彩色摄像机一般是将多片不同的滤色片镶在一个圆盘上，摄像时可根据光源的色温和光线的强弱情况拨动圆盘，以取得合适的位置。家用摄像机一般不装有滤色片，主要通过电路调整来适应不同的光源。

工作原理：改变入射光的强弱；色温片用来校正色温，它能将不同光源的色 温变换为摄像机要求的3200K，使拍摄的图像色彩真实，避免偏色。专业彩色摄像机一般是将多片不同的滤色片镶在一个圆盘上，摄像时可根据光源的色温和光线的强弱情况拨动圆盘，以取得合适的位置。家用摄像机一般不装有滤色片，主要通过电路调整来适应不同的光源。

色温滤色片的分类：3200K、5600k,5600K+1/4ND、5600K+1/16ND。3200K在白炽灯、日出、夜晚等色温为3200K的情况下使用;5600K在白天、日光灯等色温为5600K的情况下使用;5600K+1/4ND可以起到衰减光圈的作用，如：5600K+1/16ND可以衰减4档光圈。它们相当摄影中，灯光型和日光型胶卷的作用。

色温滤色片的作用：主要功能就是协助调白平衡，使得画面色彩正常；其次，利用摄像机的滤色片破坏白平衡，使得画面的色彩偏向另外一种色调。

调节滤片为白平衡的粗调。根据拍摄现场的色温调节滤片。 
有时在5600K的色温下，光圈最大、速度最慢，而通光量仍然不足 
(如：室内日光灯下），也可以用3200K的滤光片进行白平衡调节， 
这样等於加大一级光圈，使通光量增大。 

在不同的色温下，用不同的滤色片可产生不同的效果， 
用5600K的滤光片拍摄3200K的景物，画面可以偏暖。 
用3200K的滤光片拍摄5600K下的景物，画面可以偏冷。 
如：缩小光圈，可在白天的光线下，可以拍摄出夜晚的效果。 

滤色片与灰片组合档 

滤色镜选择钮 滤色镜 拍摄环境 
1 透过 日出、日落或室内 
2 5600K+1/4ND 晴天 
3 5600K 阴天或雨天 
4 5600K+1/16ND 非常亮的环境 雪地或海边

 

分色系统的组成及任务：分色系统由分色棱镜所组成。其任务是将彩色图像分成红、绿、蓝三幅基色图像，并分别送给对应的红、绿、蓝摄像管。红、绿、蓝摄像管结构性性能相同，只是分工不同。

在广播电视摄像机中，大都采用平面镜分色系统.这种系统是把二向分色膜镀在透明的玻璃平板上，使某一波长范围的光高度透射，而偏离这一波长的光突然变成 高度反射.这样，经过三面平面镜处理之后，入射光束被分成红、绿、蓝三束并在适当位置上为摄像管所接收。在近年来出产的电视摄像机中，光学系统得到进一步 改进，多采用棱镜分色系统。分色棱镜由(A),(B),(C)三部分组成，其中在(A)和(B)的镜面上分别蒸镀有不同厚度的干涉薄膜。当光线投射到 (A)镜面上时，能把红光R反射出来，而让其他成分的光通过.通过(A)镜面的光到(B)镜面时，蓝光B被反射出来，余下绿光G通过.这样经过不同层次的 反射与透射之后，R,G,B三色光分别进入各自对应的摄像管。