【Camera】Camera中光圈係數概念以及光圈的作用

控制鏡頭的進光量,需要由鏡頭的所謂”孔徑光柵”(Diaphragm)來控制。


孔徑光闌都是位於鏡頭內部,通常由多片可活動的金屬葉片(稱爲光闌葉片)組成,可以使中間形成的(近似)圓孔變大或者縮小,以達到控制通過光量大小的目的。

我們用“孔徑”來描述鏡頭的通光能力,而孔徑受到光闌的控制。
對於不同的鏡頭而言,光闌的位置不同,焦距不同,入射瞳直徑也不相同,用孔徑來描述鏡頭的通光能力,無法實現不同鏡頭的比較。
爲了方便在實際攝影中計算曝光量和用統一的標準來衡量不同鏡頭的孔徑光闌實際作用,採用了“相對孔徑”的概念。
相對孔徑 = [鏡頭焦距] / [入射瞳直徑] = f/d
比如某個鏡頭的焦距爲50mm,入射瞳直徑爲25mm,那麼該鏡頭的相對孔徑就是50/25=2
通常表示相對孔徑的辦法是在相對孔徑前面加入[f/],比如f/1.4、f/2、f/2.8等,也有用1:2來表示f/2的。通常鏡頭標記上用類似1:2的方式更多些。
在實際使用中,很少使用“相對孔徑”的稱呼,通常都是用“光圈係數(f-Stops)”來稱呼,簡稱“光圈”或者“f-係數”。
在鏡頭的標記上,通常都是標記鏡頭的最大光圈係數,如圖所示:




現在標記鏡頭的相對孔徑都是用了一系列標準化的數值:

f/1 f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22 f/32 f/45 f/64

可以看到:每一個數值都與相鄰數值有一個2的關係,表明後一個數值的通光量爲前面一個的一半,前一個數值的通光量是後面一個的兩倍。因爲根據圓面積的計算公式,鏡頭通過的光量與f係數的平方成反比。
比如:f/5.6的通光量是f/4的一半;是f/8的兩倍。
對於一個最大光圈爲f/2的鏡頭:

;

上面表格中從前一個數字變化到後面一個數字,稱“f-係數變化一檔”,從前面數字變化到後面數字(就是增大f-係數),稱爲“縮小/收縮光圈”;反之,稱爲“增大/開大光圈”。
在鏡頭上,有光圈調節環,用來控制實際拍攝的光圈。

由於AF SLR的普及,現在一些品牌的鏡頭已經取消了光圈調節環,光圈的調節由機身控制,比如Canon EF系列、Minolta AF系列、Nikon G系列、Olympus Zuiko AF/Digital系列和Pentax J系列等。

光圈的作用

  • 控制進光量:由於光圈控制鏡頭進光量的作用,在闇弱的光線下拍攝,需要使用大光圈鏡頭,一獲得更多的光量;而在明亮的場合,則使用小光圈不至於曝光過度。總之,可以通過光圈的調節,達到準確曝光的目的。
  • 控制景深:光圈的作用除了控制進光量外,另外一個很重要的作用是控制拍攝畫面的景深。關於景深以及相關的計算,參見 [景深概念與計算],景深示例如下
  • 控制像質:由於光學原理和製造成本的限制,攝影鏡頭在全開光圈時的像質並不是最佳的,通常在收縮光圈後,像質有明顯的改善。比如下圖是表徵鏡頭像質的MTF曲線,其中黑色線對應最大光圈的情形,藍色線對應f/8的情形,曲線位置越高越平直,像質越好。
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