第6章 光学镜头及其应用
镜头的原理及应用
镜头的原理及应用1. 镜头的原理镜头是光学系统中的关键组件，它通过折射和反射来聚焦光线，形成图像。
镜头的原理基于几个重要的光学概念：•折射：光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间的关系可以用来计算光线在不同介质中的传播方向。
•反射：光线在介质间的交界面上遇到镜面时，会发生反射现象。
根据反射定律，入射角和反射角相等，光线的传播方向改变，但不会改变介质。
•焦距：光线通过凸透镜时，会聚焦到一个点上。
这个点被称为焦点，离镜片的中心线的距离称为焦距。
焦距的大小取决于透镜的形状和折射率。
基于这些光学原理，镜头被设计成凸透镜或者凹透镜的形状，以便将光线聚焦到一个点上。
凸透镜使平行光线汇聚到焦点上，这种镜头被称为正透镜。
而凹透镜会使平行光线发散，不能聚焦到一个点上，这种镜头被称为负透镜。
2. 镜头的类型和应用镜头在光学成像领域有着广泛的应用。
不同类型的镜头适用于不同的应用场景。
常见的镜头包括：2.1 广角镜头广角镜头具有较大的视角，可以捕捉更广阔的场景。
它们适用于风景摄影、建筑摄影以及需要拍摄大范围场景的应用。
广角镜头通常具有较小的焦距，能够提供更大的景深。
2.2 中焦镜头中焦镜头是标准镜头，它的视角和人眼的视角相似。
这类镜头适用于大部分摄影场景，常用于人像摄影和普通日常摄影。
2.3 长焦镜头长焦镜头具有较小的视角，可以放大远处的物体。
这类镜头适用于需要拍摄远处物体的应用场景，如野生动物摄影、运动摄影等。
2.4 微距镜头微距镜头（也称为放大镜头）适用于拍摄极小的物体，能够以较大比例放大细节。
它们广泛应用于昆虫摄影、植物摄影以及科学研究等领域。
3. 镜头的选择与使用技巧要选择合适的镜头，需要考虑拍摄的目的和需要。
以下是一些选择和使用镜头的基本技巧：•了解镜头规格：镜头的焦距、光圈和特性会对最终图像有很大影响。
要选择合适的镜头，需要了解各个参数的含义和作用。
•考虑光线条件：光线条件对镜头的选择和使用至关重要。
镜头的工作原理和应用
镜头的工作原理和应用工作原理镜头是现代光学设备中常见的组件之一。
它的工作原理基于光的折射和聚焦，通过将光线聚集或分散，来调节光线的方向和路径，从而实现对图像的放大、缩小和调整清晰度的功能。
镜头通常由一块或多块精密制作的透镜组成。
透镜的形状和曲率决定了光线通过镜头时的折射程度和路径。
凸透镜会使光线向内凸，而凹透镜会使光线向外凸。
透镜之间的组合方式不同，会产生不同的聚焦效果。
通过调整镜头与物体和图像的距离、透镜的曲率以及透镜的个数和组合方式，可以实现不同的光学效果。
镜头可以将平行光线聚焦成一个点，也可以将散射光线聚焦成一个平面。
应用领域摄影镜头在摄影中广泛应用。
不同类型的镜头可以满足摄影师对于广角、标准焦距和长焦距的需求。
常见的镜头种类包括广角镜头、标准镜头、长焦镜头和望远镜头。
•广角镜头：广角镜头具有较短的焦距和大视角，它可以捕捉到更广阔的景象，适用于风景和建筑摄影。
•标准镜头：标准镜头具有接近于人眼视角的焦距，能够还原真实场景，适合大多数的日常摄影。
•长焦镜头：长焦镜头具有较长的焦距，可以将远处的景物拉近，适用于野生动物和体育运动等远距离拍摄。
•望远镜头：望远镜头的焦距非常长，可以将远处的景物细节清晰地捕捉到，适用于天文摄影和观测。
显微镜显微镜使用了复杂的透镜系统来放大微观物体的图像。
显微镜通常由物镜、目镜和调焦机构构成。
•物镜：物镜是位于样本近处的镜头，它能够将样本的细节放大并成像。
•目镜：目镜一般位于物镜和眼睛之间，用于进一步放大物镜成像的图像。
•调焦机构：调焦机构可以通过移动镜头或调整透镜的位置，使得样本成像清晰可见。
显微镜常用于生物学、医学、材料科学等领域的研究和实验。
光学仪器镜头也用于许多其他光学仪器中，如望远镜、显微镜、激光器、投影仪等。
•望远镜：望远镜使用了多个镜头来放大目标天体的图像，使人们能够观测到远处的星球和宇宙现象。
•投影仪：投影仪使用了透镜系统将图像放大并投影到屏幕上，提供了大屏幕的视觉效果。
镜头的成像原理与应用
选购建议与推荐
品牌信誉：选择知名品牌，确保 品质可靠
光学性能：关注镜头的光学性能， 如清晰度、畸变校正等
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镜头规格：根据实际需求选择合 适的镜头规格
适用场景：了解镜头的适用场景， 选择适合自己拍摄需求的镜头
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对成像的影响：相 对孔径和光圈影响 镜头的景深和虚化 效果。
02
镜头的分类
定焦镜头
定义：定焦镜头是指焦距固定不变的镜头， 即拍摄距离固定，不会随着拍摄对象距离 的改变而改变焦距。
特点：定焦镜头的光圈较大，通常成像 质量较高，特别是在低光环境下表现更 佳。由于结构相对简单，定焦镜头的价 格通常较为亲民。
工作原理：变焦镜头内部装有变焦系统，通过改变镜头内部镜片的相对位 置来调整焦距。
分类：根据变焦方式的不同，变焦镜头可以分为手动变焦镜头和自动变焦 镜头。
应用场景：变焦镜头广泛应用于新闻、纪实、风景、人像等多种拍摄场景， 是现代摄影中不可或缺的重要工具。
特殊镜头
鱼眼镜头：拍摄 范围极广，畸变 效果明显
镜头对光线的控制：通过光圈、焦距等参数调节光线进入镜头的量，实现曝光控制。 镜头对光线的汇聚：将光线汇聚到传感器上，形成清晰的图像。 镜头的色彩还原：镜头对不同颜色的光线有不同的折射率，能够真实地还原景物的颜色。 镜头的抗眩光性能：镜头镀膜等工艺可以有效减少眩光对画面的影响，提高成像质量。
动态捕捉
景深控制：利用景深影响画面的 层次感和空间感
景深控制
定义：景深是指在拍摄主体前后 一定范围内的清晰范围
应用：通过控制景深来突出主题， 营造层次感和空间感
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光学镜头用途-概述说明以及解释
光学镜头用途-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述光学镜头是一种利用光学原理来收集、聚焦或处理光线的透镜装置。
它是光学系统中的核心组件，具有广泛的应用范围和重要意义。
从摄影领域到科学研究，光学镜头都扮演着不可替代的角色。
本文将深入探讨光学镜头的基本构成、在摄影领域和科学研究中的应用，并展望其未来的发展趋势，旨在为读者了解光学镜头的用途和重要性提供全面的指导。
json{"1.2 文章结构": {"本文将首先介绍光学镜头的基本构成，包括透镜、反射镜等组成部分及其功能。
接着，探讨光学镜头在摄影领域的广泛应用，从景深、焦距等方面分析其重要性。
最后，深入探讨光学镜头在科学研究中的作用，包括在天文学、生物学等领域的应用。
通过全面的论述，旨在展示光学镜头在不同领域中的重要性和潜力。
"}}1.3 目的本文旨在深入探讨光学镜头在不同领域中的广泛应用，包括摄影领域和科学研究领域。
通过对光学镜头的基本构成、工作原理和特点进行详细解析，展示其在影像捕捉和实验研究中的重要作用。
同时，通过对光学镜头未来发展的展望，探讨新技术和趋势对镜头制造和设计的影响，为读者提供对光学镜头行业的全面了解和未来发展趋势的预测。
通过本文的阐述，希望读者能够深入了解光学镜头的用途和重要性，以及其在不同领域的广泛应用价值，从而增强对光学镜头技术的理解和认识。
2.正文2.1 光学镜头的基本构成光学镜头是由多种光学元件组成的，每个光学元件都扮演着特定的角色，共同协作以使光学系统能够正确地聚焦光线并产生清晰的图像。
光学镜头的基本构成包括以下几个部分：1. 透镜：透镜是光学镜头的主要组成部分，它由透明的光学材料制成，可以将入射光线聚焦到特定的点上。
透镜可以分为凸透镜和凹透镜，它们通过曲率和折射率的不同来实现不同的功能。
2. 光圈：光圈是位于透镜前方的一个开口，它可以调节光线通过的大小和方向，从而控制光线的入射角度和散焦范围。
北师大版八年级物理第六章《常见的光学仪器》知识点+测试试题和答案
北师大版物理八年级下册第六章知识点+测试题第六章：常见的光学仪器一.基本知识点归纳：1.凸透镜:有两个虚焦点。
1)外观：表面是球面的一部分，中间厚，边缘薄，由透明材料制成。
2）光学特点：对光线具有会聚作用①正确看待凸透镜对光线的会聚作用：光线经透镜折射后，折射光线相对于入射光线原来的传播方向，更靠近主轴。
②凸透镜越厚，它表面的弯曲程度越大，折光能力越强，其焦距越短。
3）成像规律及应用：①U>2f:f＜V＜2f，成倒立缩小的实像应用：照相机②U=2f:V=2f，成倒立等大的实像应用：——③2f>U>f:V＞2f，成倒立放大的实像应用：幻灯机，投影仪④U＜ｆ：成正立放大的虚像应用：放大镜规律简化总结：①一倍焦距分虚实，两倍焦距分大小。
②成实像时：物远像近，物近像远，像近像小，像远像大。
③成虚像时：物远像远，物近像近，像近像小，像远像大。
④成实像时，像与物比较：上下，左右均相反；而成虚像时，像与物上下，左右均相同。
这点与平面镜有所区别！2．光学仪器的操作1）照相机的操作：①若要扩大照相范围，就要让像变小，具体操作方法是：增大照相机与被拍照物体的距离以增大物距，同时缩短暗箱长度以减小相距．②照相机镜头上沾有少量灰尘对成像效果影响不大,灰尘由于距离镜头太近，故它不会通过凸透镜成实像呈现在底片上。
但它会遮挡住部分射到镜头上的光，使像的亮度受到一定的影响。
2）幻灯机的操作：①由于物体通过幻灯机的镜头成的是倒立的像，故幻灯片要倒插。
②若觉得屏幕上的图像太小，则应该减小幻灯片到镜头的距离，同时增大镜头到屏幕的距离。
3）放大镜的操作：①要利用放大镜看到物体正立放大的虚像，必须保证物体到放大镜的距离小于一倍焦距。
若物体到放大镜的距离大于一倍焦距，则我们看到的就是倒立的实像了。
②如果要想将物体的像放大得更多一些，则应该稍稍增大物体到放大镜的距离，但要保证这个距离不能超过一倍焦距。
3.眼睛1)原理:U>2f,成倒立缩小的实像(与照相机相同)眼睛的晶状体相当于照相机的镜头，瞳孔相当于照相机的光圈，眼睑相当于照相机的快门，视网膜相当于照相机的底片。
第6章 光学镜头及其应用
f=50mm，F4，物距6m，景深4.8～7.9，景深范围为3m f=150mm，F4，物距6m，景深范围为0.3m
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3、画面包括的景物范围小。
视场角小、景深范围小，所以画面呈现的景物 受前后（景深范围）左右（视场角）控制，表现出 较小的空间范围。
• 摄影镜头、摄像镜头、医用镜头
按焦距分
• 定焦距镜头
– 标准镜头、广角镜头、望远镜头
• 变焦距镜头
– 长变焦镜头、中变焦镜头、短变焦镜头
• 特技镜头
– 潜望镜头、鱼眼镜头、幻想镜头、星光镜头、显 微镜头、近摄镜头、各种滤光镜头及其他各种附 加镜头。
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焦距
第 六
第 一
静止拍摄时，位移缓慢。 运动拍摄时，背景变化缓慢。
（2）、对纵向运动物体表现的动感强，并且物距 越近越强，面向镜头而来或背对镜头而去，表现出的 动感更强。
原因：强烈的纵深线条变化，使物体由小到大或由大到小 的梯度变化加快了。
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三、广角镜头的功用：
1、有利于近距离表现大范围景物。
扩展空间，近距离表现大范围景物。表现开阔空 间和宏大场面，有拉开物间距离的效果。
• 指摄像机上的光学透镜组。 • 镜头光学特性的技术性能、组配关系对画面
造型及其意义的表达有重要的影响。 • 对摄像人员来讲，要掌握镜头的焦距、视场
角和相对孔径对画面产生的影响。
镜头的光路图
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第 六
第 一
章节
光 学 镜 头
镜 头 的
及光
其学
应 用
光学镜头基础知识
光学镜头基础知识
光学镜头基础知识
光学镜头是一种能够改变穿过镜头的光线之光线束的导向能力而改变图像的形
象的光学元件。
光学镜头也可以调节焦距来影响拍摄到的图像。
现在它们被普遍应用于日常生活中，例如摄像机、摄影机、显微镜和望远镜。
光学镜头是由多个不同样式的元件构成的光学结构，包括透镜、衍射光栅和它
们的组合；它们们的功效是以分束、折射、衍射和聚焦折射的方式能够将光线束重新定向，从而形成形状和尺寸精确、清晰的图像。
光学镜头的设计非常复杂，它需要依赖光学设计软件完成，即执行光学系统仿
真计算，并实现光学组件的调节。
此外，光学镜头的调节必须克服折射和衍射，实现其发挥最佳效果。
值得一提的是，对光学镜头的考虑不仅仅是调制器、滤光片等物理元素，它也
受到衍射、绕射等光学现象的影响。
因此，要得到理想的效果，应运用专业技术设计光学镜头，并要按照精准原理规范进行校正，这样才能实现光学组件的最佳利用。
从上述文字可以清晰地了解，光学镜头不可缺少，他对现代社会的发展具有重
要的影响，正因此，在高校及高等等教育中，要正确地教授它们的发展史、设计原理和校正标准，以提升学生们对这一领域的知识素养，并期望着他们能够在未来继续努力改进发展它们。
光学镜头简介演示
工业领域：工业检测 、测量和机器视觉等 领域中，光学镜头起 着关键作用，如用于 产品质量检测、精密 测量等。
通信领域：光通信中 ，光学镜头用于光纤 通信系统的收发端， 实现光信号的传输和 接收。
通过以上内容，我们 可以了解到光学镜头 在各个领域都有广泛 的应用，对于推动科 学技术的发展和改善 人们生活品质具有重 要意义。
光学镜头在工业与军事领域的应用案例
工业检测
使用高精度、高稳定性的光 学镜头对工业产品进行质量 检测与控制，确保产品质量 与生产效率。
机器视觉
将光学镜头与图像处理技术 相结合，实现自动化生产线 上的目标识别、定位与测量 。
军事侦察
采用长焦、红外等特殊光学 镜头，实现远程目标的观测 与识别，为军事行动提供情 报支持。
VS
集成化技术
传统的光学镜头通常是由多个透镜组成的 ，集成化技术则是将多个透镜集成在一个 或多个芯片上，从而减小了系统复杂度， 提高了镜头的可靠性和稳定性。同时，集 成化技术还可实现多种功能的集成，如光 学镜头与图像传感器、处理电路等的集成 ，进一步提高了系统的性能。
光学镜头在人工智能与大数据领域的应用前景对光学镜头行业的展望与建议
展望
• 持续增长的市场需求：随着消费电子产品、机器视觉等领域的快速发 展，光学镜头的市场需求将持续增长。
• 技术创新驱动发展：光学镜头行业将不断引入新技术，提升产品性能 ，拓展应用领域。
对光学镜头行业的展望与建议
建议
• 强化技术研发：企业应加大 对光学镜头技术的研发投入 ，保持技术领先地位。
未来光学镜头技术的挑战与机遇
机遇
• 新材料的应用：新材料如超材料、纳米材料等 的应用为光学镜头设计提供了更多可能性。
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光 学 镜
镜 头
头的
及光
其 应 用
学 特 性
焦距的概念
焦点与焦距
• 焦距：焦点至镜头中心的距离，单位为mm。
焦平面
• 镜头焦距的长短与被摄对象在摄像机靶面上 的成像面积成正比。
• 如果在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄：
–镜头焦距愈长，成像面积越大，放大倍率越高； –镜头焦距愈短，成像面积越小，放大倍率越低。
光圈等概念。 掌握各类镜头的画面造型特点、表现
潜能和不足之处以及拍摄的注意点。
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第一节 镜头的光学特性
第 六
镜头概述
章 镜头的两种含义：
光 学
技术上
镜
• 指光学透镜及金属部件组成的一种光学器件。
头 及
• 质量好的摄像机镜头：由多片正、负透镜组成，
其
带有自动光圈、电动变焦装置等。
第六章 光学镜头及其应用
本章主要内容
第一节 镜头的光学特性 第二节 长焦距镜头（窄角镜头） 第三节 短焦距镜头（广角镜头） 第四节 变焦距镜头 第五节 特殊效果镜简介
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第六章 光学镜头及其应用
本章教学要求：
了解电视光学镜头的特性。 理解镜头的焦距、视场角、相对孔径、
镜头视场角分为水平视场角和垂直视场角，本章所用视 场角均指水平视场角
（2）视场角与被摄对象在画面中的成像效果成 反比。
视场角愈大－－被摄主体成像越小、画面景物的视野 越开阔。
视场角愈小－－被摄主体成像越大、画面景物的视野 越狭窄。
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4、影响视场角的因素
（1）根据公式，视场角与镜头成像尺寸、镜头 焦距相关。
• 指摄像机上的光学透镜组。 • 镜头光学特性的技术性能、组配关系对画面
造型及其意义的表达有重要的影响。 • 对摄像人员来讲，要掌握镜头的焦距、视场
角和相对孔径对画面产生的影响。
镜头的光路图
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第 六 章
第 一 节
光 学 镜
镜 头
头的
及光
其 应 用
学 特 性
镜头分类
按使用场合分
指镜头的入射光孔直径（D）与焦距（ f ）之比。
（2）光圈系数 F
相对孔径( D/f )的倒数( f/D）称为光圈系数。 F＝f/D
常见的有：1.4、 2、2.8、4、5.6、8、11、16、22.
2、性质
（1）相对孔径和光圈系数与镜头光通量的关系
光圈指数每增加一级，则进光量减小一半。
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（1）相对孔径和光圈系数与镜头景深的关系
• 焦距从长焦距到短焦距可以变化
三峡大学文学院 GH 88
三、视场角
1、视场角的概念
摄像机靶面有效成像平面（视场） 边缘与镜头后 焦点所形成的夹角。
2、视场角的计算 （1）视场角图示
（2）视场角的计算公式：
2θ = 2tg-1 L / 2 f
（3）几种常用的摄像管靶面规格尺寸
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3、视场角的性质
（1）从造型角度上讲，镜头视场角反映了摄像 机记录景物范围的开阔程度。
• 摄影镜头、摄像镜头、医用镜头
按焦距分
• 定焦距镜头
–标准镜头、广角镜头、望远镜头
• 变焦距镜头
–长变焦镜头、中变焦镜头、短变焦镜头
• 特技镜头
–潜望镜头、鱼眼镜头、幻想镜头、星光镜头、显 微镜头、近摄镜头、各种滤光镜头及其他各种附 加镜头。
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焦距
第 六 章
第 一 节
靶面成像平面的尺寸L： L↑， θ↑ 镜头焦距f： f↑， θ↓
（2）当靶面尺寸一定时，视场角由θ镜头焦距f 决定。
镜头焦距越长，视场角越小；焦距越短，视场角越大。
5、视场角和景深的关系
镜头焦距越短，视场角越大，景深越大，反之亦 然。
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6、各种镜角大约在45∘左右。
光圈越大，景深范围越小
光圈越小，景深范围越大。
五、关于自动光圈
自动光圈：采用镜头视野范围内光照情况的 技
术平均值而确定的光圈数。
自动光圈只能对被摄场景的曝光控制作出技术性处理 有意识、有目的的动态用光和艺术处理只能由手动光圈 才能更好的表现。 对镜头曝光的有意图控制和不同景深的选择性运用，是 摄像人员实现创作意图、取得最佳画面效果的有效手段。
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• 影响通过光阑的光通量的因素
–有效孔径D、光圈的焦距f
–相对孔径D/f，光圈指数 F=f/D
–像面中心的亮度L0为 L0 =1/4×τLs（D/f）2
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第二节 长焦距镜头
－、长焦距镜头的概念：
1、长焦距镜头：
（ 1 ） 是 视 场 角 小 于 40 度 、 焦 距 大 于 25mm 的 镜 头，对于摄像机的变焦距镜头而言，是指焦距调至 大于25mm的状态下的镜头。
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第 六 章
第 一 节
光 学 镜
镜 头
头的
及光
其 应 用
学 特 性
镜头按焦距分类
标准镜头
• 焦距与像平面对角线接近或相等的镜头 • f=25mm
长焦距镜头
• 焦距大于像平面对角线的镜头 • f>25mm
广角镜头
• 焦距小于像平面对角线的镜头 • f<25mm
变焦镜头
应 用
艺术上
• 指摄像机连续拍摄的一段电视画面。
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第 六 章
第 一 节
光 学 镜
镜 头
头的
及光
其 应 用
学 特 性
各种镜头实物
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第 六 章
第 一 节
光 学 镜
镜 头
头的
及光
其 应 用
学 特 性
镜头结构示意图
镜头的光学参数
焦距、视场角、相对孔径。
（2）广角镜头(焦距小于25mm)
广角镜头：水平视场角均大于60∘，一般处在60∘～130∘ 之间。
超广角镜头：水平视场角在130∘以上到180∘之间的镜头 ，又称为鱼眼镜头。
（3）长焦距镜头(焦距大于25mm)
水平视场角小于40∘。
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四、相对孔径与光圈系数
1、概念
（1）相对孔径
f=25mm，F4，物距6m ，景深4～11.5，景深范围为7.5m f=50mm，F4，物距6m，景深4.8～7.9，景深范围为3m f=150mm，F4，物距6m，景深范围为0.3m
（2）又称为望远镜头、远摄镜头、窄角镜头等
二、长焦距镜头的特点：
1、视角窄
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视角窄<40度、景物范围小，物体成像面积大， 有望远拍摄效果。
25mm\45 度 ； 50mm\23 度 ; 75mm\14 度 ； 100mm\12 度 ； 150mm\8度
2、景深小：
景深是指当镜头针对某一被摄主体调焦清晰之后 ，位于该主体前后方的景物也能形成清晰影像的纵 深范围。