谈水下广角摄影镜头罩的设计与选用

水下广角摄影一般会在防水壳前面安装球面的镜头罩。我想有很多人的疑问会是：

Q1:为什么要安装非平面的罩子？Q2:为什么球面镜头罩有不同的大小？Q3:为什么球面镜头罩有不同的材质？（玻璃和压克力）

我针对这三个问题一个一个来回答。

A1:因为广角镜的视角很大，如果要在前面加一个平面镜头罩，想必镜头罩的直径得很大，不然就会有暗角产生，可是镜头罩直径做的很大，就会很难携带，在水下的水阻也会很大。如果平面镜头罩太小，暗角的面积可能会大到无法接受，还得后制裁图。因此，利用球面镜头罩产生虚像，然后让相机捕捉虚像，就是目前普遍采用的方法。

理论上，非平面镜头罩的透镜越平，形成的虚像越接近平面，这样对焦的时候，比较不会产生中间准焦，但是边缘没对到焦的情况。

A2:之所以有不同的大小，原因是大的球面镜头罩是为了产生没那么弯曲的虚像，这样子相机的光圈可以开比较大，因为即使在镜头景深比较浅的情况下，也可以让虚像的中间和边缘都在合焦范围。那这样的话，为什么还需要制造小型的镜头罩？除了价格的考虑，携带的便利性也是原因，小的镜头罩当然比较好带也便宜，同时，也方便进行微距广角摄影，也比较能把相机塞进比较小的空间。如果光源充足，光圈可以缩小，让景深比较深，那么用小的镜头罩也是可行的。另外，还有一种特殊的摄影手法称为半水面，也就是同时拍摄水面上和水面下的风景，这时候有大型的镜头罩，成功率越高，这是大型镜头罩存在的原因之一。同时，我们也知道光线会折射也会反射，大的镜头罩会反射一部分的光，有些好奇心比较重的生物，例如海洋哺乳类幼崽就会对于大镜头罩前自己的影像感到好奇，就会在镜头前驻足许久，可以提高拍摄成功率。拍摄人像，模特儿也可以透过镜头罩来看自己的姿势和表情，如同有一面镜子一般。

A3:压克力和玻璃的差异有很多点，首先看折射率。折射率是玻璃的比较大。根据斯乃尔定律，两种相邻的介质折射率相差越大的话，屈光程度会越大，所以微距镜都用玻璃不用压克力，但是压克力和玻璃都可以产生虚像，广角用的镜头罩可以用玻璃也可以用压克力。（详细原理请参考荷兰科学家惠更斯的光波动理论和几何光学里的高斯定律、用矩阵描述近轴光束的追踪法等等.....需要用到偏微分和泰勒展开式）。

再来比较透光度。玻璃的透光度比压克力好，并可以利用镀膜减少反射。 一般玻璃折射率 n=1.5，利用Frensnel的公式计算可以估算出，若不镀膜，玻璃和空气界面的反射率 = 4%（正向入射），也就是大概会有4% - 5%的光会反射，产生镜子的效果，镜头罩透光效果越好，镜头接收到的光量就越多。那为什么要镀膜？因为科学家选用的镀膜是有特殊的性质，一般镀膜的反射率会介于空气和玻璃（例如用氟化钙），如果折射发生时的两种相邻介质的折射率相差较少的话，光反射的比例就会减少，所以用有镀膜的玻璃镜头罩，直接对着强光源、阳光拍的时候，抗耀光效果比压克力好。

再来比较硬度，玻璃硬度比较高，比较耐刮，但密度比较高（密度跟铝合金差不多），也就是说玻璃会比较重。玻璃因为硬度大，所以万一不小心刮伤，要自己在家用手抛光的难度很高，即使有机器也不容易（要抛出完美的曲面太难了，球面还比较简单，如果是抛物面就很难，很多很贵的镜头就是用了许多非球面镜片，所以才会那么贵，另外，抛光后也可能会磨掉镀膜）。因此，在水下不拍的时候，就用防寒衣材料做的保护套盖起来，或是用遮光罩来保护镜头罩，然后上岸后用淡水冲泡，并用干净的布把水渍擦掉。压克力硬度比较低，也就是比较不耐刮，有小刮花可以重新抛光，但若刮痕太深，重新抛光的效果就不好了。幸好硬件损坏，还可以用软件修复，如果刮花程度不高，可以选择用研磨剂抛光，也可以选择用Photoshop修复照片的小缺点就好。

小结：若将玻璃和压克力相比玻璃：硬度高、密度大、可镀膜、透光度很高、不易重新抛光、造价较高压克力：硬度低、密度小、无镀膜、透光度高、刮花程度很轻微的时候可以抛光、造价较低