1、問(wèn)題背景
之前有總結(jié)過(guò)一篇文章，“相機(jī)出圖畫面一半清晰，一半模糊的原因是什么？”里面有描述到關(guān)于鏡頭邊緣的清晰度通常比中心要差的原因主要是光的折射導(dǎo)致的，有讀者指出問(wèn)題，折射率是和傳輸介質(zhì)相關(guān)，入射的介質(zhì)都沒(méi)變，折射率就不會(huì)改變。所以當(dāng)時(shí)寫的有點(diǎn)想當(dāng)然了，本篇文章主要是糾正一下之前的結(jié)論，重新整理總結(jié)一下關(guān)于鏡頭邊緣的清晰度通常比中心要差的原因是什么。
2、問(wèn)題分析
上面讀者已經(jīng)提到了，鏡頭邊緣像質(zhì)變差是因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)的像差導(dǎo)致。那什么是像差？而且鏡頭像差有6種，分別是球差、慧差、像散、畸變、場(chǎng)曲、色差，具體又是由哪種像差導(dǎo)致的，怎么導(dǎo)致的？該如何去避免呢？
a、什么是像差？
就是實(shí)際像與理想像之間的差異。對(duì)于理想的成像系統(tǒng)，是點(diǎn)物成點(diǎn)像，從物體的一點(diǎn)發(fā)出的光，通過(guò)透鏡后，在一點(diǎn)匯聚而成像。但實(shí)際對(duì)于普通的透鏡而言，光是不能匯聚于一點(diǎn)的，這種現(xiàn)象叫做像差。
b、鏡頭像差有6種，球差、慧差、像散、畸變、場(chǎng)曲、色差，具體是由哪種像差導(dǎo)致的，怎么導(dǎo)致的？
鏡頭邊緣像質(zhì)變差，主要是因?yàn)殓R頭的像場(chǎng)彎曲導(dǎo)致（簡(jiǎn)稱場(chǎng)曲）。
凸透鏡是一個(gè)球面光學(xué)系統(tǒng)，由于其本身的特性決定了其成像面不是平的，但我們?cè)O(shè)計(jì)的感光元件又是平面的，所以物面上所有的點(diǎn)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后，這些像點(diǎn)所成的面為一個(gè)曲面，這種成像的缺陷就是場(chǎng)曲。
光學(xué)系統(tǒng)存在場(chǎng)曲時(shí)，由于像面是彎曲的，而感光面是平面，所以不能使平面物體上的各點(diǎn)同時(shí)在像面上清晰成像。
若按視場(chǎng)中心調(diào)焦，中心清晰，邊緣則模糊。若按視場(chǎng)邊緣調(diào)焦，邊緣清晰，中心則模糊。實(shí)際成像結(jié)果如下圖所示。
相機(jī)成像時(shí)的表現(xiàn)就是對(duì)焦點(diǎn)銳利，其余部分逐漸松散，場(chǎng)曲在大多數(shù)鏡頭里都存在，但表現(xiàn)最明顯的還是老式廣角鏡頭。實(shí)際上大多現(xiàn)代鏡頭的場(chǎng)曲都呈現(xiàn)如下這種形態(tài)：對(duì)焦點(diǎn)與邊緣銳度高，其余部分成像松散。在佳能 14mm F2.8 上呈現(xiàn)出的就是這種效果。
c、如何評(píng)判鏡頭的場(chǎng)曲
如下是鏡頭場(chǎng)曲的示意圖，縱軸是高斯像面的位置（也就是理想成像面），橫軸是偏移距離。圖中T和S分別表示子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲，T和S間的距離表示另外一種像差像散的大小。
其實(shí)從鏡頭MTF曲線圖就能看出它是否存在場(chǎng)曲，或者場(chǎng)曲現(xiàn)象是否嚴(yán)重，如下是佳能 14mm F2.8 鏡頭的MTF曲線。橫坐標(biāo)是中心到邊緣的距離，縱坐標(biāo)是MTF值，鏡頭成像越清晰MTF值越接近于1?？梢院苊黠@地看出好幾條測(cè)試線對(duì)都呈現(xiàn)“W”型波動(dòng)，這就是場(chǎng)曲的典型表現(xiàn)。
d、如何避免場(chǎng)曲
1）光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，第一種是使用正負(fù)透鏡組合的方式，設(shè)計(jì)中保留一定的像散，使弧矢面和子午面向相反方向彎曲，降低像面的彎曲程度；第二種是用厚透鏡來(lái)矯正場(chǎng)曲。
2）彎曲感光面以適應(yīng)場(chǎng)曲像面
還有一種方法是把感光面彎曲，以適應(yīng)場(chǎng)曲。因此在某些專用照相機(jī)中，故意將底片處于弧形位置，以減少場(chǎng)曲的影響。
實(shí)際我們的眼球成像就基本沒(méi)有場(chǎng)曲，因?yàn)橐暰W(wǎng)膜就是弧形的。另外，由于廣角鏡頭的場(chǎng)曲比一般鏡頭大，為了規(guī)避場(chǎng)曲，拍團(tuán)體照時(shí)采用略帶圓弧形的站位，就是為了提高邊緣視場(chǎng)的像質(zhì)。
參考資料：《有趣的透鏡》、光語(yǔ)者-攝影光學(xué)與鏡頭_中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）
