| 我不是为了设计镜头才去研学光学原理和光学工程理论的，而是为了充分了解数字相机的成像原理，为了在摄影创作过程中更好的把握用光技巧，也为了更加科学和理性的选购镜头而铺垫的知识基础。于是便乐此不疲的阅读了多个版本的光学原理和光学系统设计类教科书，为的是了解自然光的现象和规律，通过学习才懂得把光看做光粒子才能解释清楚照相机影像传感器CCD和COMS的工作原理，把光看做电磁波才能清楚解释光的颜色匹配等现象。也只有通晓了光的几何原理（基于把光的波长假定为近于零的无限短）这一物理现象，才能理解摄影镜头的光学原理和结构特点，进而增加辨别镜头优劣的知识基础和选购镜头的相关常识。
光的几何原理和电磁原理及量子理论，应用在不同的光学领域，构成对光科学的全面研究。光波波长大概在10nm-1mm之间，其中波长380-760nm之间的电磁波能为人眼所感知，称为可见光。波长大于760nm的光称为红外光，而波长小于400nm的光称为紫外光。光既具有粒子性又具有波动性特性，波长越短，粒子性越显著，波长越长，波动性越显著。
单色光是一种理想光源，现实中并不存在。太阳光是由无限多种单色光组成的，在可见光范围内，太阳光可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种典型颜色的光（不限于仅仅的七种，这只是最有代表性的七色光而已）。大多数发光体都是由许多发光点或点光源组成的。
光经过尺寸与波长接近或更小的小孔或窄缝时，将发生“衍射”现象，光将不再沿着直线方向传播，光在非均匀性介质中传播时，光线传播的路径为曲线，也不再是直线。太阳光经过地球大气层的过程就不是完美的直线来到地球的。
光的折射定律和反射定律是研究光传播到两种不同均匀介质分界面时的现象与规律。折射率是表征透明介质光学性质的重要参数。各种波长的光在真空中的传播速度是一样的，但是在不同的介质中的传播速度各不相同，折射率也是用来描述介质中的光速相对于真空中的光速减慢程度的物理量。折射率随着波长变化而变化的现象称为色散。
光在真空中的传播速度为3X1010cm/s，在玻璃中的传播速度约为真空中的2/3，在空气中的传播速度接近真空中的速度（约为真空中的1/1.000277），于是就假定空气的折射率为1，一般情况下按照真空中的速度作为空气中的传播速度了。 物体经过光学系统的成像，实际上是物体无限多个点发出的光线束经过光学系统逐面折反射的结果。同心光束经过折射后，出射光束不再是同心光束，因此，经过折射球面对光轴上物点成像是不完美的，这种现象成为“球差’。球差是球面光学系统成像的固有缺陷。 垂轴放大率和轴向放大率不等，空间物体成像时要变形。比如一个正方形成像后将不再是正方形。这是因为球面镜对于平面是非等光程的，无法形成完美像。但是球面镜对于球心是等光程的，可以成完美像。理想光学系统理论是在1841年由高斯提出来的，所以又称高斯光学。而1900年12月14日又被誉为量子诞生日。 把可见光作为纯物理现象来研究时，采用辐射值概念，而作为人的视觉现象时，采用光量亮度概念。 标度光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量。光通量的单位为流明。发光强度的单位为坎德拉。点光源在被照射表面上形成的照度与被照面距离光源的距离的平方成反比。 物体发出的进入光学系统的光能量，即使没有几何遮拦的情况下，也不能全部到达像面，透明介质折射界面的光反射、介质对光的吸收及反射面对光的透射和吸收等造成的光能损失。系统的光学元件数量越多，光能损失也越大。反射的光除了造成光学系统的光能损失以外，还在像面上形成杂散光背景，从而降低像的对比度。降低反射损失的方法是在玻璃元件的表面镀膜，镀的增透膜材料有二氧化硅、氧化钛、氟化镁等。光在介质中传播，由于介质(镜片)对光的吸收使一部分光不能通过系统，从而形成光能损失。出射光与入射光通量之比，称为透明度。 光是色的物理基础，同一色样，在不同光源照明下，会呈现不同的颜色。颜色是不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官的眼睛后所产生的心理感受，也可称为心理反应。颜色是一种和物理、生理、心理学有关的复杂现象。 颜色又分为光颜色和物体色，自发光体形成的颜色，称为光源色。自身不发光，凭借其他光源照明，通过反射或透射而形成的颜色，称为物体色。（第三种称为荧光的不再讨论和涉及） 颜色有三种表观特征，及明度、色调和饱和度。 明度代表颜色的明亮程度。色调是区分不同彩色的特征，如红橙黄绿蓝青紫等。饱和度表示颜色接近光谱色的程度，也可以看做是色彩纯度的一种表达方法。一种颜色，可以看成是某种光谱色和白色混合的结果。其中光谱色所占比例越大，颜色越接近光谱色的程度就越高，颜色的饱和度也就越高。饱和度高，颜色就深而艳。光谱色的白光成分为零，饱和度达到最高。 人的视觉只能分辨颜色的明度、色调和饱和度。 混合色的亮度等于各色光亮度之和。三种颜色中只要其中一种颜色不能用其中的另外两种颜色混合产生，三种颜色就能匹配出所有其他颜色。能够匹配出所有颜色的三种颜色，称为三原色。 能匹配出所有颜色的三原色不是唯一的。由于人眼的特征，选用红、绿、蓝作为三原色，就是因为这三种颜色恰好与视网膜的红视锥、绿视锥和蓝视锥细胞所敏感的颜色相一致。 等能光谱是指各波长辐射能量相等。 颜色匹配函数是在颜色现象研究中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带。 CIE1931标准色度学系统，是1931年在CIE第八次会议上提出来的。该系统分别用700nm的红色、546.1nm的绿色和435.8nm的蓝色作为标准光谱色，定为三原色。红绿蓝三种颜色的单位刺激值的光亮度比为1.000：4.5907：0.0601。 标准照明体规定为具有色温为6504K典型日光的光谱功率分布。人造标准光源可以通过譬如高压氙灯加滤光镜获得。 当地球上的所有相关从业者都把工作电脑的显示器调校在色域图的标准D点时，那么所有人观看同一幅照片时就能看到完全一样的效果了。这就是执行国际标准的意义。如同长度计量单位的米，体积单位的立方米，重量单位的克、计时标准的格林威治时间一个道理。都是为了便于沟通和交流而人为的协商一致的人类科技与文明的共同成果。同样的，为了便于简化对镜头的评价办法，而采用若干指定空间频率的MTF值来代表镜头的成像质量的特征频率。其中我国的标准规定以25LP/mm空间频率作为对照相镜头进行评定，也都是人为制定的统一评价准则。 有关二级光谱和复消色差的概念:在像差中，镜头对两种色光校正了轴向色差，对第三种色光的剩余色差称为二级光谱。镜头焦距很长时，二级光谱对光学系统的成像质量影响较大。对三种及三种以上色光校正位置色差或显著降低了二级光谱的镜头，称为复消色差（APO）镜头。 镜头的光学设计目的就是减少像差，像差校正与平衡是需要反复修改和调整的过程，以便使光学性能趋于接近理想和完美（永远无法实现）。照相镜头（特殊镜头除外）为了缩小成像而投影镜头为了放大成像。像和物的大小之比称为“放大率”。 像差是在光学镜头中由透镜的材料特性或折射及反射表面的几何形状引起的实际像和理想像的像差。几何像差包括球差、彗差、像散、场曲和畸变的五种单色像差和轴向色差及垂轴像差两种复色光像差。 各种像差在所有镜头中是同时存在的，在这些像差的共同作用下，进而影响了镜头的清晰度和色彩逼真度及影像变形等降低成像质量的镜头品控问题。在基本像差中，照相镜头一般对g(435.83nm)和c(656.28nm)两种波长的光线消色差，来校正轴上点的轴向色差和全视场的垂轴色差。只有在基本像差得到校正的前提下，校正高级像差才有意义（或者说才能得以实现）。 最后几点总结：镜头的镜片数量越多，光路越复杂，杂光系数的计算也越困难，透光率也就越低。非球面镜片对于改善广角镜头的边缘成像效果非常有利，也更有利于控制镜头的畸变和相面照度均匀性。而超低色散镜片的运用，可以有效的地控制镜头色差，非常有利于长焦镜头获得清晰的影像效果。后截距恒定的镜头相对而言更具有良好的呼吸效应抑制能力。 以上都可以算作是读书笔记，也可以理解为读书心得，为了让自己更好的掌握用光技巧和深入了解摄影镜头及数字相机的成像原理而补充的相关专业常识。当然了，经过我提炼出来的这些常识，也可以帮助有兴趣的读者获得同样的助益。 于2025年2月6日星期四 本文作者是中国摄影家协会会员，曾为第七届中国摄影理论研讨会和首届中国国际摄影理论高级论坛撰写过专题文章。为《中国摄影》、《大众摄影》、《中国摄影报》、《人民摄影报》、《中国摄影家》、《摄影之友》、《照相机》、《感光材料》等摄影期刊撰写摄影专栏文章几十万字。 附上我不同历史时期拍摄的几幅照片，作为对纯文本阅读娱乐性差的补充吧
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