超广角摄影镜头有什么特点？

超广角摄影镜头是供非单镜头反光取景照相机使用的短焦距摄影镜头，其对角线视角一般大于90°。这种镜头不要求后工作距长，通常都采用对称型结构。常见的有两种类型：①最前端与最后端均为正组透镜；

②最前端与最后端均为负组透镜。

超广角镜头是航空摄影中常见的镜头。由于视场大，轴外像差很大，像面照度不均。当视场角等于120°时，边缘视场的照度仅是中心视场照度的6.2％。这样的照度分布，对于底片特别是彩色底片是不允许的。因此，研究轴外像差的校正问题和像面照度的补偿问题，是超广角镜头的关键性的核心问题。下边就几个实例对像差的校正作初步分析。

1.海普岗超广角镜头的像差校正情况如何？

图4-27所示为海普岗镜头的光学结构图，是最早出现的超广角镜头。由于对称性，可使垂轴像差自动得到校正，调整两透镜的间距可以校正像散S_Ⅲ。在典型部件（对称结构）像差分析中得知：整个对称系统的轴向像差：球差、像散、场曲和位置色差均为半部的2倍。在研究高斯物镜时，首先是对每半部校正场曲，位置色差、球差等。但海普岗镜头的每个半部只是一个弯月型透镜，根本无力校正球差、色差。因此这种镜头的孔径指标特别小，可减小跟孔径有关的球差等。

2.托普岗超广角镜头的像差校正情况如何？

因为只有正、负透镜的联合系统（胶合或分离的）才能校正球差、色差。如果在海普岗结构基础上，加入两块无光焦度透镜组如图4-28(a)
所示，这样不会影响只跟光焦度分布有关的场曲，然后将正透镜跟弯月型透镜组合起来，负透镜分离出来，就构成了如图4-28(b)所示的托普岗超广角镜头。

这种结构使负透镜极度弯曲，且与光阑同心，可以产生大量的正球差，但产生的像散很少。负透镜采用火石玻璃，这样每个半部在总光焦度j一定的条件，有：

ì 　 　 　 　 　 v₁ 　 　 　 　 　 ï^j 1 = 　 　 　 　 　 　 　 j 　 　 v₁ -v 　 　 　 ï 　 　 　 2 　 　 　 í 　 　 　 　 -v₂ 　 　 　 　 　 ï_j 　 = 　 　 　 　 　 j 　 　 　 v 　 -v 　 　 　 ï 2 　 　 1 2 　 　 　 î 　 　 　 　 　 　 　 　 　 j＞0时，正透镜用冕玻璃，负透镜用火玻璃，系统可消色差。

负透镜的正球差可以补偿正透镜的负球差。

负透镜产生的像散很小，不影响系统原像散的平衡。

负透镜的场曲可以补偿正透镜的场曲。相对孔径可提高到D/f＇＝1/6.3。

图4-29，是托普岗型广角镜头的基本结构型式，目前，在它的基础上改进发展有几十种之多，它也是早期的广角镜头（与图4-28结构相同）。

这种镜头的视场角可达90°，焦距短，相对孔径为1∶4.5。缺点是照度不均匀，畸变较大。常用于拍摄狭窄地域中的建筑物、广大场面的新闻摄影、展览大厅中大范围内的展品等。由于广角物镜口径小，所以景深范围大，故适于拍摄景深大的景物。

3.鲁萨型镜头用什么方法改善像场边缘照度？①鲁萨型镜头为什么采用“负-正-负”型结构？“正-负-正”型的

托普岗镜头畸变大，像场边缘照度太小。为了克服这些缺点，进一步校正垂轴像差，尤其是畸变，一律采用如图4-30(a)与(b)所示的两端是负组，中间是正组的光学结构。这种对称型结构，像方视场角ω′几乎与物方视场角ω相等，因此这种结构不能像反摄远型结构一样，用增大ω′的方法改善像面照度。

②鲁萨型结构如何用像差渐晕现象改善像面照度？

在光学系统中存有两种渐晕：

(a)几何渐晕：为提高轴外大孔径光束成像质量，有意拦阻一部分光线使轴外成像光束截面积小于视场中心成像光束截面积，因此降低了边缘视场的照度；

(b)像差渐晕是由光阑慧差产生的。用图4-31说明如下：由于前组的光阑慧差，使得交于入瞳边缘点的所有光线（图中画出单箭头和双箭头两条光线），在光阑和出瞳处不再交于一点，而交于两点，这两点的距离称为光阑慧差。在本图条件下，轴外点出瞳面积小于轴上点出瞳面积。但这不是普遍规律。考虑到几何渐晕和像差渐晕两种因素，一个光学系统的照度为：

E′＝E′₀K₁K₂cos⁴ω′

式中E′₀为像面中心照度，K₁为面渐晕系数（表征几何渐晕性质），它恒小于1；ω′为像方视场角，在鲁萨型结构中，ω′≈ω；K₂为像差渐晕 系数，它可以小于、等于、或大于1。在反摄远系统中K₂＜1；但在鲁萨

型结构中它可以等于一，因为轴上或轴外点入瞳处光束面积相等，则在

出瞳处的面积也必然相等。甚至可大于一。如图4-32所示，由于入瞳和
出瞳面上存在光阑慧差，在入瞳处轴外点的光束孔径D_ω大于轴上点光束
孔径时，则出瞳处的轴外点光束孔径必大于轴上点光束孔径，则K₂＞1。

在轴外像差校正到允许程度，同时光学系统前、后组光阑慧差必须是对称的前提下，方可用增大K₂的方法改善像面照度。

图4-30所示的两种镜头，光学性能指标可达D/f′＝1/8，2ω＝122°。这种超广角镜头为了增大光阑慧差，极度地弯曲了前后组的球壳，虽然照度分布规律由cos⁴ω′提高到cos³ω′。但轴外像差增大了，以至于光阑慧差太大，使轴外宽光束聚焦不好而影响轴外分辨率。

4.用滤光镜为什么能改善阿维岗超广角镜头的像面照度？

图4-33所示的光学结构，就是阿维岗型超广角镜头的结构形式，它是一个四球壳的物镜，有的做成五球壳或六球壳物镜。这种物镜首先考虑的是校正像差，用分离的球壳透镜分担光焦度，轴上和轴外像差校正的都很好。常用它做航测相机的镜头。

在镜头前加滤光镜可以改善像面照度，是因为滤光镜上镀有不均匀的透光膜，中心透光率只是边缘透光率的50％。使阿维岗整个像面照度分布是：从中心到ω＝45°的视场内的照度为E′＝E′₀cos²ω′；45°视场以外的照度为E′＝E′₀cos³ω′。

综上所述可见，所有超广角镜头的光学结构都符合“对称”和“同心”原则，可使整个系统的初级垂轴像差自动平衡；为了校正轴向像差，必须正负透镜组合；为了提高光学性能必须使系统进一步复杂化，如阿维岗镜头两端的负组是由两个（或更多）球壳构成，中间的正组是具有两个胶合面的鼓型结构。因为航测镜头对物像间的几何相似要求特别严格，对场曲和畸变的校正程度要高。实际像差的校正程度也是相对的，所说托普岗型镜头的畸变大，对航测来说是太大，对拍摄一般景物而言就不算大，因为它必定是对称型结构，有能力使初级畸变校正至零。