定义
用于摄影的物镜。
摄影物镜的功能是将来自或多或少远处物体的光成像到放置照相胶片或电子图像传感器的某个图像平面。 在一些质量要求较低的特别简单的情况下，物镜仅包含一个光学透镜，但在大多数情况下，它是一个多透镜系统，包含一定数量的透镜和一个或多个光学孔径。 即使是多镜头物镜也通常被称为摄影镜头。 在少数情况下（例如某些远摄物镜），它们还包含镜子。
摄影物镜的重要参数
为了正确选择和使用摄影物镜，需要大量的专业知识，这在很大程度上包括光学方面。 以下各节解释了目标设计中涉及的各种关键参数和典型权衡的重要性。
焦距
一个根本重要的参数是物镜的焦距。 不幸的是，由于焦距的定义不同，这一领域存在相当大的混乱。 此外，例如，在互联网上发现的许多文件都包含错误或至少具有误导性的陈述。
图1：对于薄透镜，焦距的定义很简单：只是平行光输入从镜头到焦点的距离。
如果物镜仅由单个镜头组成（它几乎从不这样做），焦距的定义将非常明显且不含糊（图1）。 然而，物镜通常是多元件透镜系统，其中不明显应如何定义焦距，并且不同的量可能与应用相关。
正如焦距文章中所解释的，扩展系统焦距的常见定义是焦平面和主平面之间的距离。 该定义最适合计算，但用户通常不知道主平面的位置。 因此，例如，后焦距（或后焦距）有时被定义为物镜的输出位置（例如最后一个透镜或外壳）与准直光在输入端（例如来自非常远的物体）的图像平面之间的距离。 然而，这个量并不能完全描述光学功能；最好使用不同的术语，例如焦距。
一些制造商，特别是数码相机制造商决定指定一种大于实际焦距的有效焦距，使得使用较小的图像传感器实现的视场类似于具有较大传感器或胶片的传统照相机的视野，这一事实可能会引起进一步的混淆。 不幸的是，通常甚至不清楚实际焦距还是增加的有效值。
视野
正如关于镜头成像的文章中所解释的，相机的角度视场由焦距和传感器尺寸决定，通常取其对角线。
图2：视场取决于传感器尺寸和所用镜头的焦距。
以弧度为单位的视场大约是传感器直径除以焦距；要获得以度为单位的值，必须将其乘以180° /π。 对于广角相机，必须使用更准确的公式：
其中w是传感器宽度（或对角线）。
物镜通常根据其视野进行分类；请参阅后面关于摄影物镜类型的部分。
光圈范围和聚光功率
大多数物镜都包含可变直径的光阑（光学孔径），但通常通过f值间接表示，f值是焦距和入射瞳孔直径的比值。 请注意，较大的f值对应于小光圈直径，但这也取决于焦距。
通常，f值可以在某些步骤中改变，典型值如2.8，4，5.6，8，11和16，大致进展使得每一步（“上升一档”）减少光圈面积，因此光通量减少2倍。 除了聚光能力外，光圈也会影响景深（见下文）。
有些物镜仅提供相对较大的f值，因为图像像差无法正确补偿较低的值。 不幸的是，这限制了它们的聚光能力，对于远处的物体，聚光能力是由f值决定的。 特别是对于近距离物体，聚光能力可以大大降低。 这方面与微距摄影有关，因为必须相应地增加曝光时间。
距离范围和景深
图像的完美聚焦只能针对一个特定的物体距离，这通常是通过微调物镜和图像传感器之间的距离来设置的。 基本上，所有摄影物镜都有对焦调整，必须手动或自动（自动对焦）进行。 自动对焦功能可以集成到物镜中，然后需要与相机机身进行额外的电气连接。 不幸的是，这方面可能会限制设备的兼容性。
对于特定的焦点设置，有一系列距离的焦点并不完美，但仍然足够好 - 例如，图像质量仍然受到传感器分辨率等其他方面的限制，或者至少对于某些应用来说是令人满意的。 该范围的宽度称为景深。 不应将其与焦深混淆，焦深是图像侧的相应质量，定义了图像传感器定位的公差。
正如关于镜头成像的文章中所解释的，景深不仅仅是物镜的质量，还取决于各种因素，例如焦距、对焦距离和光圈大小。 使用具有长焦距和大开光圈（f值小）的物镜会导致景深值较小。
物镜可以聚焦的距离有一个下限。 该限制基本上由可用的屈光度功率设定；较短的距离需要更高的屈光度（较短的焦距）。 然而，来自近距离物体的发散光的图像校正问题也可能起作用。
距离通常没有上限；大多数物镜可以“聚焦到无穷远”，即聚焦到非常远的物体。 超焦距定义为无需进一步对焦调整即可实现所有物体可接受的聚焦的距离；它会产生尽可能大的景深。
摄影物镜的类型
图3：无法更换物镜的紧凑型消费类数码相机。
简单的相机（见图2）有一个内置物镜，不能更换（除非在维修期间）。 它通常是视场量级为50°的标准物镜。
高级相机通常具有使用不同型号摄影物镜的机械装置。
以下各节介绍典型的目标类型。
标准物镜
标准物镜的制作使得视场为50°量级，即类似于人眼的视场（用于观察固定方向）。 这意味着焦距与图像传感器或胶片的对角线尺寸相似。 例如，40 mm、50 mm 或 55 mm 镜头可与 36 mm × 24 mm 的全尺寸图像传感器结合使用。 对于具有较小图像传感器的数码相机，需要相应更短的焦距，例如，对于11 mm×8 mm的Minox格式，焦距为15 mm。 如上所述，一些制造商指定了一个“有效”焦距（并不总是清楚地表明这一点），如果图像传感器具有完整的标准尺寸，则将使用该焦距。
图4：安装了标准变焦物镜的单反相机。
对于人像摄影，通常首选使用焦距稍长的物镜，因为它暂时导致更令人愉悦的视角，并且减少景深有利于很好地构图面部。
宏观目标
微距物镜（有时称为微观物镜）针对相当小的物体（如花朵、昆虫或微型机器零件）的拍摄进行了优化。 尽管人们可能认为这些物镜总是具有非常小的焦距 - 与用于远距离摄影的焦距相反 - 但事实并非如此；人们不采取与显微镜相同的方法。 取而代之的是，经常使用至少几十毫米的大量焦距，有时甚至远高于100毫米，特别是如果较大的工作距离很重要（例如对于昆虫，可能会受到近距离的干扰）。 与标准物镜和长焦物镜的不同之处在于，微距物镜用于镜头和图像平面之间的距离较大，并且针对处理来自小物体的相对发散的光线进行了优化，而长焦物镜只需要处理几乎平行的光线。
图5：苍蝇的照片，用微距镜头作为标准物镜的补充。© 克里斯汀·基尔克拉特·帕肖塔。
有时不使用专用的微距物镜，而是使用不包含光学元件的简单延长管，或者有时使用单个镜头安装在相机机身和标准物镜之间。 这允许人们聚焦到更近的距离，如果可以接受相对较小的工作距离，则可以以较大的放大倍率分辨较小的物体（图5）。 然而，在这种情况下，标准物镜的性能可能并不理想，因为它的补偿没有针对该操作模式进行优化。 还有特写镜头，可以安装在标准物镜的前部尺寸，也可以对焦到较短的距离。
另一种选择是使用微距耦合器将标准物镜与具有更大焦距的附加镜头反向使用。 反转标准物镜是有意义的，因为它针对通常图像侧的较大分歧进行了优化。
特别是对于工作距离较大的微距摄影，需要专用的微距物镜。
广角物镜
广角物镜是指角视场至少为55°的物镜。 当需要捕获更多场景时，这可能很有用，并且不可能简单地使用更大的观察距离 - 例如，像建筑师所做的那样在房间内进行摄影。
所使用的物镜不仅需要具有较短的焦距，而且必须针对捕获广角图像进行优化，以避免过度的图像失真。 视野越大，满足这一点就越困难。 在视角为180°的极端情况下，所谓的鱼眼物镜会产生大量的几何图像失真。
长焦和长焦物镜
图6：SLM相机的长焦变焦物镜。
对于拍摄远处物体的图像，人们通常更喜欢视野较小的物镜，以实现更大的放大倍率：图像传感器的给定像素数对应于物体场景中的较小区域。 为此，摄影物镜必须具有长焦距。 因此，这种物镜被称为长焦物镜，视场约为20°或更小。
例如，对于36 mm×24 mm的标准传感器格式，根据图像对角线计算的10°视场需要焦距为123 mm的物镜。 特别是对于更小的视场值，物镜的物理长度大大小于其焦距变得非常理想。 使用单个镜头是不可能的，但是有一些镜头系统满足了这一条件，其中包含长焦组并称为长焦物镜（或简称远摄物镜） - 不要与远心物镜混淆。 基于这种设计方法，甚至可以制造出视野只有几度的超长焦镜头，在极端情况下甚至小于1°。 除了透镜之外，一些设计还基于曲面镜（用于主要物镜）。 反射镜允许折叠光束路径。 尽管有这些技术，长焦镜头通常比标准物镜长。
非长焦设计可以具有更简单的设置，例如仅包含一个镜头双联以实现消色差特性。 但是，它们仅适用于不太小的视野。
衍射对于视场较窄的仪器非常重要，因为角分辨率需要相当高。 因此，长焦物镜需要相对较大的孔径直径。 幸运的是，对于仅在狭窄角度范围内工作的仪器来说，这并不难实现。
高角分辨率也意味着相机在曝光期间应该非常稳定。 人们通常需要正确安装相机以保持其稳定，例如在三脚架上。
缩放
虽然有些物镜使用固定焦距（定焦镜头），但也有一些物镜可以在一定范围内调整焦距，通常是通过手动旋转物镜的某些部分。 理想情况下，设计使焦点调整不受焦距变化的影响；然后它是一个缩放目标。 变焦功能可用于各种类型的物镜，例如标准物镜、长焦物镜或广角物镜。
变焦需要具有精细机械的光学部件的机械运动。 为了在保持图像平面位置不变的同时修改焦距，通常需要实现两种不同的运动，这当然需要精确同步。 但是，也有一些设计只需要移动单个镜头或一组固定镜头；因此，在整个范围内对焦可能并不完美。 特别是如果自动对焦系统可以纠正这个问题，它在实践中可能无关紧要。
除了保持焦点之外，设计挑战是为所有变焦设置获得各种像差的最佳补偿。 这涉及一些不可避免的妥协，这会导致具有大变焦范围的低成本变焦物镜的光束质量特别明显下降。
摄影物镜设计
对摄影物镜功能的多种重要参数的讨论可能已经清楚地表明，这种光学仪器的设计是一项高度复杂的任务。 有大量的设计目标，许多设计更改会影响所有目标。 因此，在第一台照相机发明后，花了几十年的时间才开发出改进的物镜类型，从而大大提高了性能。 虽然已经达到了很高的水平，但这种发展仍在进行中。
新的开发得益于进一步改进的设计方法，通过先进的光学设计软件实现，但也受益于改进的硬件的可用性。 例如，非球面光学元件的制造方法已经得到改进，因此这些方法现在更广泛地用于摄影物镜。 有了它们，通常可以用明显减少光学元件的数量来实现高性能。 另一个重要的发展是塑料光学器件，现在也被广泛使用 - 部分与传统玻璃镜片结合使用。
其他实践方面
物镜的安装；使用附加光学器件
物镜使用的安装机构部分允许使用其他制造商的物镜。 例如，有用于最大 1.2 英寸传感器的 C 接口和更大的 F 或 M42 型安装座。 此外，还有适配器，例如用于 C 接口到 M42。
当转向不同制造商的新相机型号时，这种兼容性是非常理想的，试图仍然使用昂贵的旧物镜。 兼容性方面可能会出现困难，特别是当还需要电气连接时，例如自动对焦功能。 但请注意，完全兼容性还包括最佳的光学功能，如果相同的光学参数偏离，则可能无法提供最佳光学功能。 例如，物镜可能无法与较大的图像传感器配合使用。
如上所述，对于某些应用，最好可以选择物镜与其他光学元件（例如延长管和特写镜头）相结合。 同样，人们可能想要连接光学滤光片或偏振器。
与相机机身的通信
出于某些目的，如果物镜可以与相机机身中的微处理器通信，则非常有用。 一些例子：
- 对于曝光时间控制，计算机应该知道用户选择了什么光圈（开光圈测光）。
- 当使用不同的物镜时，计算机可能会了解当前安装的是哪个物镜。
- 自动对焦控制可能需要进一步的通信。
不幸的是，这些方面会极大地限制物镜与不同制造商相机的兼容性。
