網上有很多關于攝影專用亞克力鏡片,聊聊攝影鏡頭里的衍射元件的知識，也有很多人為大家解答關于攝影專用亞克力鏡片的問題，今天亞克力鏡片生產廠家(www.excorpmail.com)為大家整理了關于這方面的知識，讓我們一起來看下吧!

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1、攝影專用亞克力鏡片

攝影專用亞克力鏡片

衍射的概念大家應該不陌生，對大多數采用圓形光闌的攝影鏡頭來說，一個點光源所形成的的理想夫瑯禾費衍射就是一個明暗相間的同心環，這個衍射光斑就是艾里斑。在廣義標準艾里斑的條件下，中心亮部，也就是0級明紋占總能量約84%，也就是0級衍射光與總能量之比為0.84：1，而這個比值也稱為0級衍射效率為84%（其實在這里用“衍射效率”并不規范，但作示例沒什么問題），借此也就引入了衍射光學的概念。

從衍射的基本概念不難看出，衍射限制了傳統波動光學的分辨率極限，但從衍射光學角度來看，它可以作為波前復振幅調制的手段，應用于光學系統設計，讓衍射光集中到設計所指定的衍射級次上，有著連續光學元件所沒有的優勢。

那么，什么是衍射光學元件？簡單來說就是對傳統球面折射元件以相位壓縮的方式，演變為表面連續相位分布的臺階狀浮雕結構，從而將固定的球面波轉換為相對可控的波前復振幅，實現設計需要的場強分布：

而最重要的衍射效率則與“臺階”級數，也即位相階數正相關，其值L=2^N，那么衍射效率η就是：

不難算出，當臺階為2級（深度為設計波長一半）、4級（深度為π/2）、8級（深度為π/4）、16級（深度為π/8）時，衍射效率分別就是40.5%、81%、94.9%和98.6%：

顯然，階梯切得越細，性能就越出色。當然，實際應用中還要涉及具體的衍射級數、基底材料、目標波長等要素，但這個傾向性是一定存在的，也就是能夠讓光強集中分布到指定的衍射級次上。

而且衍射元件還有如下優點，首先是色散與折射元件完全不同，折射元件的折射率取決于材料本身，而衍射元件則是由臺階狀浮雕微結構對不同波長的分光作用引起，與材料幾乎無關。具體來說，折射元件的阿貝數為：

部分分散比：

因為衍射元件色散與材料無關，所以這兩個式子直接變成了：

可見衍射光學元件阿貝數恒為負，所以它對短波長的折射率小于長波長折射率，與折射元件正好相反，因此只需要適當調整各組光焦度就能滿足消色差條件，比起需要大量鏡組補償的折射元件來說要簡單許多，也利于分離式設計的復消色差設計。

并且，結合先進加工，技術理論上可以制造出任意相位分布的高精度雕刻，變相實現非球面設計目的，可以說一個鏡組就能做很多事兒……所以使用衍射折射混合光學設計就能在同等甚至更強像差校正的情況下，實現更小型化的設計，特別適用于在長焦鏡頭里替代螢石等高異常分散性材料并減少系統尺寸，可以說是優點很多。

在攝影鏡頭上，最典型的衍射元件應用代表就是佳能DO（Diffractive Optical）和尼康PF（Phase Fresnel），可以看到與相同焦段的常規鏡頭相比，綠圈DO鏡頭明顯要短一截，而且從前端看進去是這個樣子：

但兩者有比較明顯的技術差別，佳能采用的是多層結構，尼康則是單層結構，先說簡單的尼康PF，顧名思義，它采用的是傳統透鏡+單層純相位型菲涅爾衍射元件的組合，設計波長光波的相位高度恰等于2π，而根據標量衍射理論和色散常數公式，當光束垂直入射到單層衍射元件時，當設計波長引起的波前相位差為2π的整數倍時，即可獲得最大衍射效率。但對于單層衍射元件來說，在設計波段內只存在唯一的波長使其波前相位差為2π的整數倍，遠離設計波長的衍射光會變成雜散光，以眩光的形式出現在光路中，影響成像效果。

也就是說，應用于全可見光波段的尼康PF技術必然會導致比較明顯的眩光，而且它使用的是機內軟件校正的形式，效果馬馬虎虎，可參考下圖。

想要寬光譜衍射效率均保持較高數值，也就是整個波段內各波長相位分布函數均為2π的整數倍或只有較小的相位差，僅有材料、設計波長、和表面微結構界面高度這三個設計變量的單層衍射元件顯然已無法滿足，這時候就需要采用多層衍射元件組合，以增加更多可調整參數來實現更高的設計自由度，而且多層衍射元件受材料色散影響更小，可以進一步提高衍射效率。兩個緊密接合的衍射元件可視為一體，等效函數等于各自函數的乘積，其中最關鍵的部分就是計算微結構界面高度值。

以雙層衍射元件為例，當選擇了兩種材料后通過衍射效率公式可得到一個衍射效率、波長、高度分布的三維圖形，就能直觀取到的2個界面高度的最優化值，從而實現整個設計波段內衍射效率均在理想水平之上（約96%），大幅降低雜散光的影響，當然，這是垂直入射的計算結果，當光束傾斜入射時效率會降低，通過測試由聚碳酸酯塑料+亞克力為基底制作的雙層衍射元件材料可知，入射角在4.5度以內時衍射效率下降到99%，6.7度時掉到95%，再到7.9度時依然有90%，但到9.5度就只剩80%，18度時就快速下降為0了，雖然采用增透膜的形式可以一定幅度緩解，但整體趨勢是不可逆的，因此高能量斜射光束不僅會讓衍射元件形成明顯的眩光，設計不佳甚至會導致明顯的性能問題，所以佳能新一代DO鏡頭會將衍射元件放在更靠后的位置，目的就是讓入射光束盡量垂直。從這個角度也不難理解為什么衍射元件主要在長焦鏡頭上出現，廣角端的設計復雜度明顯又會高出幾個等級。

佳能的多層DO元件基本都采用嚙合型設計，這種設計所產生的關于材料折射率、設計波長、微結構高度方程組，只有在2個基底分別采用高折射高阿貝數和低折射低阿貝數材料時才有解。而新一代的無縫雙層結構也就是讓兩個元件完全咬合，這樣做的好處是有效降低界面反射，有利于提高透過率，而另一種三層結構設計其實并不能讓增加更多波長光波的衍射效率，但利用第三種材料作為兩塊衍射元件的過渡層會讓衍射元件的基底材料選擇更自由，也是一種很聰明的設計。

顯然，理論上衍射元件是妥妥的黑科技，而且確實相對類似規格產品的確大幅縮小了體型，但在應用端的口碑卻褒貶不一，最大的問題就是設計成本較高，初代產品即便是70-300mm F4.5-5.6這種“狗頭”規格也要近萬元，再加上眩光導致特定情況下的反差下降，口碑也并不算特別好，所以二手價格都相當低。而二代400mm F4售價近50000元，而這個價格已經比很多二手400mm F2.8二代還要高，如果考慮一代428就更便宜了……所以，雖然衍射光學元件的加入確實讓體型小巧了非常多，但428的名氣顯然更具誘惑力。為什么DO產品線不做大光圈？嚴格來說衍射光學元件因為阿貝數很小，其實是有利于做大F值鏡頭的，但第三代428在改良設計后的體重已經只有2840克且長度大幅縮短，如果做到F2.8，DO鏡片的減負空間其實不算特別大（但理論上還是可以再短一截），關鍵是價格會在此基礎上再猛上一個臺階，實在是沒有充裕的市場去支撐這樣一個圖騰化的產品，而且還會遭受性能上的質疑，所以只能靠440的規格來打個價格差。

那么，為什么高品質的衍射光學元件這么貴？CNC或模壓塑料基底的成本相對較低，但想實現高性能，這種加工精度顯然不夠，需要使用反應離子刻蝕機對光學玻璃材料表面進行多次掩?？涛g，才能達到理想的寬光譜高衍射效率，但這樣一來生產成本明顯更高。并且對衍射元件的性能對加工、裝配誤差的敏感度很高，注定了這不會是一個便宜的技術。

除此之外，衍射光學元件雖然易于校正色差球差并減小體型，但這些性能并不一定能在量產時完整呈現，它也不能提高整個系統的實際光學傳遞函數：

OTFt(s,t)是理論光學傳遞函數值，乘以對整個帶寬積分后取均值的衍射效率，就得到實際光學傳遞函數OTF(s,t)，假設整個像面上的各點衍射效率完全一致且均為1，那么經過略復雜的計算，可以得到出入射角為0度，也即垂直入射時OTFt(s,t)=0.997* OTF(s,t)，所以，衍射光學元件理論上使實際光學傳遞函數十分接近理論峰值，但明顯仍受加工裝配精度、入射角度的影響，是一個需要相當精密設計才能達到理想性能的技術。

再加上攝影鏡頭本來就是一個小產能領域，佳能EF鏡頭從1987年誕生到2018年底，整整31年的總出貨量也才1.4億（其中還包括了相當小一部分RF鏡頭），這已經是整個行業的最大數據。作為對比，單單2017年這一年華為的智能手機出貨量就超過了1.5億，今年預計更是會達到2.6億之多，而應用于其中的鏡頭模組數量還要至少乘以2。因此，相機鏡頭技術的迭代節奏相對要慢很多很多，更何況衍射光學元件還是小眾里的小眾。種種跡象都表明它在民用攝影領域越來越被邊緣化，實在可惜，這本來是一個在攝影行業技術前景很不錯的領域，如果能在手機鏡頭上找到一定的定位，搞不好還能成為一個提高手機鏡頭性能的新方向，畢竟現在的手機鏡頭像差都有點不忍直視……但現在的手機攝影調校明顯更重視算法，所以它的前途依然是撲朔迷離。

以上就是關于攝影專用亞克力鏡片,聊聊攝影鏡頭里的衍射元件的知識，后面我們會繼續為大家整理關于攝影專用亞克力鏡片的知識，希望能夠幫助到大家！