摄影科普:镜头光圈、孔径、焦距的关系

大家好,今天咱们从头聊聊相机镜头的光圈。
光圈是镜头的一个重要参数,通常用 F 表示,F 后面的数字越小,光圈越大。(比如:F2.8 光圈大于 F4 光圈。)

01、光圈的两个作用
①控制着传感器上单位面积的光线照度。(其实“光圈控制进光量”的说法不准确,光圈控制的是“照度”)。光圈越大,照射在相机传感器上的光线就越亮。
②控制着景深。景深就是清晰成像的范围。与之相反的是焦外,虚化模糊的范围。光圈越大,景深越小,虚化能力越强。

02、光圈的计算方法
光圈的专业术语是“相对孔径”,也就是镜头通光孔径和焦距的比值,在镜头正前方都会写出来。

假如比值是 1:2.8,那就代表孔径为 1 时,焦距就为 2.8。再代入实际数值,孔径是 8.57mm,焦距就是 24mm。
为了便于书写,通常会用相对孔径的倒数来表示光圈的大小,所以就可以用 24÷8.57≈2.8 来表示,所以 1:2.8 可以用 F2.8 表示。
同样的,1:4 可以用 F4 表示。1:2.8≈0.357,1:4=0.25, 很明显 F2.8 更大。
03、通光孔径的影响
通光孔径决定了进光量。
大孔径可以让更多的光线进入镜头,进来的光线多,亮度自然就高。

小孔径会阻挡一部分光线,导致到达传感器的的光线减少,亮度降低。

04、焦距的影响
焦距决定了光线的投射面积。根据光通量守恒的原则,孔径决定了进光量(透镜左),光线投射的总面积越大(透镜右),单位面积内的光线照度就会越低。

综上所述,大的通光孔径可以提高进光量,短的焦距可以将光线集中到更小的面积,两者均能提高传感器接收到的光线的亮度。
光圈则是综合了这两者的影响,得到了统一的衡量标准。只要光圈相同,传感器接收到的光线亮度就相同。
05、虚化的影响
把一个点射向不同方向的光线重新汇聚到一个点就能成像。如果没有完全汇聚成一个点,那就会在传感器上形成一个弥散圆(光斑),照片看起来就虚化了。

通过光路图,也能得出大孔径、长焦距可以获得小景深的结论。
为何长焦镜头的光圈总是比较小呢,因为把孔径开到最大后,焦距变长就会导致光圈变小。但是孔径不变,焦距加长,虚化效果会增强,所以非恒定光圈的变焦镜头(如 18-50mm,F3.5-6.3),长焦端的虚化效果更好。

06、光圈档位计算
当我们保持焦距不变调整光圈时,就是在调节通光孔径的大小。想要让光圈提高 1 档,就要让通光孔的面积变为原来的 2 倍。
假设原来的光孔半径是 R,那么面积就是 πR²。面积变为 2 倍,就是 2πR²,半径就是✓2R,也就是约等于 1.4R。
假如现在光圈时 F2.8,那么提高 1 档就是 F2.0,因为 2×1.4=2.8。F2.0 再提高 1 档是多少你会算吗,可以在评论区给出你的答案。
本文来自微信公众号:摄影研修社(ID:shoujiPhotography),作者:摄影研修社摄影研修社
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