为什么定焦镜头有多个镜头元件？
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具有实际厚度的单透镜以稍微不同的角度折射不同波长的光。对于透镜的确切光学中心以外的任何地方，这都会导致棱镜效应，当人们离透镜的光学中心越远时，棱镜效应越明显。这就是我们所说的色差。它不是我们使用单个透镜元件时遇到的唯一光学像差，但它可能是最引人注目的光学像差。
最早的望远镜（望远镜）遭受了CA和其他光学像差的严重影响。光学领域的发展是为了解决这些缺陷，因为它们在19世纪中叶摄影术开始之前就已应用于望远镜，以保护使用光敏化学物质的镜头投射场景。
在1600年代，Snellius（“斯内尔定律”的起源）和笛卡尔（笛卡尔几何形状的创造者）共同编纂了最早的折射和反射定律。克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）于1690年写了他的《特赖特·德拉卢米埃（Traitéde laLumière）》或《光的Treatise》，该书以笛卡尔的作品为基础，并提出了光波理论，该理论于1678年首次提交给巴黎科学院，并基于数学。艾萨克·牛顿（Isaac Newton ）于1675年出版了《光的假说》和《 Optiks》在1705年，他提出了竞争性的光作为微粒或粒子的理论。在接下来的一百年左右的时间里，牛顿的光理论被接受，惠更斯的波理论被拒绝。直到1821年Augustin-Jean Fresnel采纳了惠更斯原理，并证明它可以解释光的直线传播和衍射效应后，惠更斯的波动理论才被普遍接受。该原理现在称为惠更斯-菲涅耳原理。
牛顿还证明了棱镜将白光分解成其组成色的光谱，并且可以使用透镜和第二棱镜将多色光谱重新组合成白光，该白光的性质与入射第一棱镜之前的光相同。 。尽管已证明牛顿的微粒理论的细节在很大程度上是不正确的，但他在色彩和折射方面的突破以及惠更斯的类似工作，导致了复合镜片的发展，以校正色差。
惠更斯在没有开发消色差透镜的情况下建造了自己的复合望远镜，这需要前后元件之间保持较长的距离。牛顿本人没有做任何进一步的屈光镜片开发。他更喜欢通过使用弯曲的第一表面反射镜来完全解决该问题，从而避免了由折射引起的像差。实际上，他著名地宣称无法校正色差，因为他没有考虑一种色差可以使用两种具有不同折射特性的玻璃。
克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的复合无镜折射望远镜和牛顿的第二台反射望远镜。
第一个消色差透镜创建于1733年。它使用了两个折射率不同的元件来部分校正色差，并使折射式望远镜变得更短，功能更多。
三元素复消色差很快出现，这比二元素消色差比简单透镜的消色差更好。
镜头制造商学习到的许多校正色差的知识，也适用于简单镜头固有的其他单色光学像差。
19世纪，化学摄影作为一种保存镜头投射的图像的方式而出现之后，那些制造用于摄影用途的镜头的人采用了光学领域较早时学到的知识，这些知识主要应用于望远镜等领域，并运行它。Wikipedia上的“摄影镜头设计历史”一文中提供了对摄影镜头设计发展的良好概述，这些研究都基于上面讨论的17和18世纪发现的光学原理。（时间太长，无法在此处包含摘要。）
总共有七种“经典”光学像差，复合镜片会尝试在不同程度上进行校正。请注意，这些像差不是透镜构造不完善的结果，而是由于光本身穿过折射材料时的性质所致。即使这些折射材料在数学上是完美的，也会出现这些像差。
- 散焦（可通过更改镜头和成像平面之间的距离轻松校正的最低顺序）
- 球差
- 昏迷
- 散光
- 场曲
- 几何变形
- 色差
你可以这样做。简而言之，您的图像不会很好。
在光学方面很早就知道了-早在折射望远镜和单筒望远镜的伽利略伽利略时代-单个玻璃元件就不能产生很好的图像。它往往不锋利；它趋向于带有颜色边缘（因为颜色不在同一点上聚焦）；并容易产生失真。
做对了，添加其他元素可以消除几乎所有这些不良行为。图像锐化；失真消失；颜色集中在一起。不过，添加更多元素确实有其自身的问题。每个空气玻璃表面都会反射一点光。现代镜片具有多层涂层，可以最大程度地减少这种情况，但是，如果您有足够的元素，光的损失就会变得很明显，并且会引起眩光，从而对图像产生负面影响。
因此，结果是，普通镜头（特别是用于全画幅相机的50-ish mm镜头）往往具有四个到八个元素（一块玻璃）。在大多数情况下，五到六种效果确实很好，但是数码相机对色边的影响比胶卷更敏感，因此高端普通镜头可以包含更多的元件，以最大程度地校正。现代的多层涂料使这个问题不像二十或三十年前那样严重。
变焦镜头可处理一定范围的焦距，因此需要进行更多的校正，因此您有时会在此类镜头中看到十，十五甚至二十或更多的元件。
让我对许多要素背后的原因给出一个简短（但不完整）的答案。在每个元素中，您都有某种桶形/枕形像差，与此相关的其他元素在某种程度上“战斗”。
另外（据我所知）最好在元件之间放置光圈机制（需要在整个传感器/胶片平面上实现均匀照明）。
由于需要移动相对较重的玻璃元件，因此自动对焦机械师将需要非常强大（f / 2表示元件直径为25毫米）。
而且，如果您具有防抖功能，则这是一组（一个或多个元素）。如果只有一个元素，构造将变得非常复杂，并且您将无法达到这种稳定水平。另外，由于需要移动一个巨大的元件，因此在开孔方面您将受到很大的限制。
一些简单的相机可以通过使用单元件镜头获得，但是实现的图像是二流的。如今，即使是相对论便宜的相机，也可以安装多达七个独立的镜头元件。如果摄像机镜头是单元件类型，则图像会被“畸变”标题下的多个缺陷所损坏。
一种这样的像差揭示了色彩波动，从而在被摄物体周围看到了多色的彩虹效果。发生了什么事？构成远景的各种颜色中的每一种都会以距镜头稍有不同的距离聚焦。紫色光图像是最易刷新的图像，首先成为焦点，红色图像是光鲜可重构的图像，在更下游的位置成为焦点。由其他颜色组成的图像介于两者之间。这种现象称为色差。
现在，图像离镜头越远，它将变得越大。换句话说，遭受色差的镜头会投射出多个图像，每个图像的大小都会不同。结果是色彩漂移与色差最相关。实际上有两种类型，纵向和横向。我们可以通过使用双合透镜（2元件透镜）来减少色差的有害特性。一种使用冠状玻璃制成，另一种使用长笛制成。一个拥有强大的正能量，另一个拥有弱的负能量。当夹在中间时，该组合会加速色差。这种2元素设计仅可校正两种颜色，我们可以添加第三个透镜，使三明治成为消色差三元组（无色差的消色差希腊文）。
除了色差困扰外，还有6种其他主要像差（在本帖子中其他人提到过）可以缓解。从技术上讲，每种眼镜都需要专门的镜片来塑造形状和材料。所有这些以及更多，迫使镜片设计者构造多元件镜片。一些元素被粘合在一起。一些是空域，一些在缩放和聚焦时会成组移动。
底线：忠实的镜头尚未制作。掩饰创造这些奇迹的眼镜师，供我们使用和享受！