攝影鏡頭
如上一章所述，一個簡單的玻璃透鏡比針孔可以產生更高清晰度的影像。針孔成像即使被攝物體只有一距離，影像清晰度也很差，無法在整個影像上保持均勻。簡單的單透鏡所成的像通常會扭曲被攝物體的形狀，產生奇怪的條紋或產生一般的「雜色」外觀。這樣的結果給人一種非常特殊的感覺，有時被描述為「氛圍」或「浪漫」。從某種意義上說，與經典的清晰細節照片相比，它們與現實相距甚遠，看上去像是「超凡脫俗」，但這並不總是人們想要的影像，因此通常您會希望使用能夠產生高清晰度與細節影像的鏡頭。
攝影器材設計和製造主要是考慮能夠最大程度地減少光學缺陷（稱為「像差」aberration）的鏡頭，同時獲得盡可能高的細節分辨率和影像亮度。為此，相機設備製造商使用一系列特殊的光學玻璃，每種類型的玻璃具有不同的折射率和色散特性。攝影鏡頭具有「複合」結構，它包含一系列不同形狀的光學鏡片，並由不同類型的玻璃製成，以幫助消除像差。 實際上，標準焦距的相機鏡頭通常具有5到8個光學鏡片。它們在鏡筒內置中且彼此的間距至關重要。
但是，多個數量的鏡片會引起問題，雖然每個玻璃表面上的反射光比例很小，散射光成倍增加。如果不進行校正，結果將會降低影像的對比度和產生眩光，就像從帶有多個雙層玻璃的窗戶看一樣。因此，最好的鏡頭內的每個鏡片的每個表面都要鍍一層或多層極薄的透明材料來幾乎完全消除大多數的內部反射。但是，如果您朝著影像區域外的明亮光源拍攝（並且未使用遮光罩），則明亮光線可能造成耀斑。因此，您的相機鏡頭是相對較厚的鏡筒，它們全部折射光，但總的來說會產生聚光效果。攝影鏡頭的焦距（通常以毫米為單位）都會清晰地刻在鏡筒或前面的固定環上。
相機鏡頭執行三維空間的透視轉換
一個相機的鏡頭將一個三維的物體轉換成一個三維的影像；而二維數位光感測器或底片，則是對這個三維影像做二維切片來萃取二維平面影像。
透視錐
在物空間中的一個正立方體，由透鏡轉換成像空間的三維透視錐。圖中的箭頭表示成像後的方向，由於較近的物體的影像比較遠物體的影像來得大，所以形成變形的透視錐。在透視錐中與光軸不垂直的四條透視錐邊（紅）線，不再互相平行。他們的延長線最後會交於焦點上。透視錐的邊（紅）線與光軸的夾角就是透視角。透視角越小，透視錐邊線與光軸的夾角越小，透視錐變形越小，影像的變形也越小。攝影的時候，感測器從3D的視錐中萃取2D切片。在這個切片上，只有某個物的位置的影像對焦得很好，所以影像是銳利的，但其它位置形成模糊的影像；這些影像被同時記錄在感測器上。
我實際用變焦鏡頭拍攝兩個相同大小的標示紅色和藍色塑膠瓶。我分別是以接近標準鏡頭焦距43 mm和兩個廣角焦距21 mm和 9.3 mm拍攝的結果。拍攝的時候除了調整焦距之外，也同時移動相機靠近被攝物體，以便保持前景的紅色塑膠瓶成像（在感測器上）大小一樣。我們可以發現隨著使用的焦距變短，不但藍色塑膠瓶相對於紅色塑膠瓶變小，即透視錐沿光軸方向的比例變大或透視角變大。
因為拍攝角度變大和透視角變大，視覺效果上它們之間的距離也逐漸變遠。這是因為在相同感測器大小之下，短焦距透鏡具有較大的視角和視野。另外，我們可以發現因為短焦距透鏡成像的透視錐的對比很大和透視角很大，如9.3mm拍攝的結果，紅塑膠瓶已嚴重的變形。
視角和視野
在攝影學中，視角是相機可以接收影像的角度範圍。相機的視角不僅取決於鏡頭，還取決於感測器尺寸。如果感測器小於35mm（24mm x 36mm)底片格式，將導致數位相機鏡頭比35 mm底片相機鏡頭具有更窄的視角。假設一個相機的感測器或底片的尺寸為d和焦距為f，由感測器的邊緣畫線通過鏡心的最大角度 ，稱為視角；而在物平面視角所圍成的範圍稱為視野（藍色箭頭所示）。https://en.wikipedia.org/wiki/Angle_of_view
焦距和視角
一般全幅35mm相機的視角對焦距長度的關係如下圖所示：
鏡頭可以從非常廣到非常狹窄的視角拍攝到鏡頭前的各種場景。人眼的自然視野約45°，因此，覆蓋該角度的相機鏡頭被視為正常或「標準」鏡頭。它大約等於相機圖片格式的對角線。換一種說法：
以上所有組合均提供約45°的視角，因此拍攝相同距離的對象，每個相機將包括大約相同的場景。在相同視角下，鏡頭焦距越短產生的影像越小。較大焦距的鏡頭適用於較大的相機，使用小型相機的短焦距鏡頭可提供相同的視角。
對焦運動
最便宜的簡單相機具有所謂的無焦點鏡頭。這意味著相機的鏡頭被固定在預先設定對焦在距被攝對象約2.5m的位置。這是快照的典型情況，由於景深的原因，稍微靠近或遠離的被攝對象 仍然會顯得相當清晰。這樣可以降低成本，但由於局限性而不理想。
所有相機鏡頭都包括一些向前或向後調整其位置的方法，以分別對焦更近或更遠的物體。通常，整個鏡頭會在套筒內平穩地移動一厘米或更多（或內部元件會改變位置）。可以通過旋轉鏡筒手動對焦或在自動對焦感測器的控制下通過馬達來調節對聚，該感測器可檢測影像是否清晰。
傻瓜相機通常在鏡頭上沒有距離標記。相機可提供更好的鏡頭控制。所有單反光相機鏡頭顯示被攝物體的距離並會朝著被攝體設置距離標記移動。因此，可以通過估計被攝體距離或用捲尺來實際測量，完全不需通過取景器來設置對焦點，在光線很暗的情況下很有用。
大多數鏡頭可以對焦在無窮遠（∞），這意味著被攝物體的距離（物距）幾十米遠之外。相反地，鏡頭可拍攝的最接近的物距取決於許多因素：機械上，可能很難將鏡頭繼續向前移動。焦距越長的鏡頭，調整對焦所需的物理運動就越大。由於鏡頭是帶有取景器的相機的一部分，因此可能有意防止近距離對焦。越近工作，畫面取景就變得越來越不准確。有時，鏡頭可能無法在近距離保持相同的高影像光學分辨率。
光圈與和f-數
在大多數攝影鏡頭旁邊，您會看到一個大致圓形的孔或「光圈」，位於前後元件之間的中間位置。通常，一系列重疊的黑色金屬刮片（稱為虹膜光闌）可縮小此光圈的大小從全透鏡直徑一直延伸到透鏡的中心部分。可通過鏡筒外部的定位環或調整桿進行調整。在單反相機上，轉動調整環時，您可能看不到光圈實際改變，除非您先從照相機上取下鏡頭。在這些相機上，光圈通常保持敞開狀態，直到實際曝光時刻，才會將光圈關閉至設定值。相機或鏡頭上有一個「預覽（PV)」按鈕，可讓您檢查關閉光圈的效果。轉動光圈調整環時，您可感覺到「喀喳」的一系列的光圈設置，稱為f-數的數字顯示。請注意，光圈越小，對應的f-數越大。它們通常依照下列方式運行：
f/1.4、 f/2、 f/2.8、 f/4、 f/5.6、 f/8、 f/11、 f/16、 f/22
f-數遵循國際公認的與影像亮度有關的標準序列。在上述順序中，f/1.4是最寬的光圈，可讓最多的光通過，從而獲得明亮的影像。 f/22是最小的，僅允許一小部分光通過，從而允許更大的景深，在非常明亮的日子中最有用。請注意，光圈刻度超出了上面的例子，在許多鏡頭上，光圈通常大於f/1.4且小於f/22。從最大光圈每調下一個擋（stop)都會使通過鏡頭的光量減半。由於光圈位於鏡頭中心，因此可以使整個影像均勻變暗或變亮。
使用f-數系統意味著無論相機大小或焦距如何，只要設置為相同的f-數，任何鏡頭都可以提供標準的影像亮度。您可以更換鏡頭或照相機，但是在快門速度和ISO等級保持恆定下，您只要設置相同的f-數，影像亮度就將保持恆定。
f-數如何運作
f-數表示光圈有效直徑除以透鏡焦距。因此，f/2表示將光圈直徑設置為焦距的一半； f/4是光圈直徑設置為焦距的四分之一，依此類推。每個f-數都考慮了兩個主要控制著影像亮度的因素：
1、鏡頭和影像之間的距離。對於遠處的物體（鏡頭對焦在無限遠處），影像在距鏡頭焦距處形成。光的平方反比定律表明，與光源的被攝物體表面的距離加倍時，它所接收的光將變成原來的四分之一。因此，例如焦距為100毫米的鏡頭基本上只能形成50毫米鏡頭的四分之一亮度的影像。
2、光束直徑。將光圈直徑加倍會使光圈的面積增加四倍。因此，如果第一個透鏡的光圈通過一個12毫米寬的光束，而第二個只有6毫米寬，那麼第一張影像的亮度是第二張影像的四倍。
如果100毫米和50毫米的兩個鏡頭都設置f-數為 f/8的光圈下工作，因為它們的影像相同亮度。由f-數 = 鏡頭焦距÷有效光圈直徑，得：100÷12和50÷6，即光圈分別打開12和6毫米。實際上，當非常近距離拍攝時，f-數與亮度的關係不再成立，因為鏡頭到影像的距離（像距）會與焦距相差很大。
f-數設置通常也稱為「擋（stop)」。在早期攝影中，在所有的光圈膜片都是擋塊，每一塊擋塊都是由一片薄金屬片，上面打了一個所需大小的孔做成，然後滑入鏡筒的插槽中。因此，攝影師說「往下擋」，表示換成較小的光圈，較高的f-數。相反的動作是「打開」。
在實踐中，您會發現f-數刻度的上限和下限隨鏡頭的不同而不同。大多數小幅面相機鏡頭的擋數會下降到f/16或f/22。較大的相機鏡頭設計會持續降低至f/32或f/45。較小的光圈可用於增加景深，但是如果過分放大f-數（縮小光圈），繞射會破壞影像細節。
鏡頭最大光圈的f-數以及焦距、名稱和參考號碼都刻在鏡頭框上。你可能會發現兩個鏡頭雖然有相同的焦距，但一個鏡頭的成本幾乎是另一個鏡頭的兩倍，只因為它具有最大光圈大一個擋次。為了在較弱的光線下拍攝或使用較快的快門速度而付出的代價可能是昂貴的，尤其是當您可以購買出色的超快速鏡頭時。但是，「更快」的鏡頭可能具有更高的整體光學品質。與以往一樣，這是性能與價格之間的問題，但請注意，數位單反相機特別受益於高品質的光學鏡頭。
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