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相機(jī)鏡頭光學(xué)中的一些疑難問(wèn)題的解釋
日期：2024-10-23 04:49
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摘要：1、變焦和對(duì)焦有什么區(qū)別？
變焦就是改變鏡頭的焦距（準(zhǔn)確說(shuō)是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說(shuō)的把被攝體拉近或推遠(yuǎn)。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長(zhǎng)，視角越窄。
對(duì)焦通常指調(diào)整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。
我們通常說(shuō)的“調(diào)焦”一般指“對(duì)焦”。有些人認(rèn)為定焦鏡頭不能調(diào)焦的說(shuō)法是錯(cuò)誤的。
2、為什么鏡頭的*大光圈處通常成像不佳，或者說(shuō)“成像比較肉”？
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1、變焦和對(duì)焦有什么區(qū)別？
變焦就是改變鏡頭的焦距（準(zhǔn)確說(shuō)是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說(shuō)的把被攝體拉近或推遠(yuǎn)。例如18-55mm和70-200mm鏡頭就是典型的變焦鏡頭。焦距越長(zhǎng)，視角越窄。
對(duì)焦通常指調(diào)整鏡片組和底片（傳感器平面）之間的距離，從而使被攝物在CCD/CMOS上成的像清晰。
我們通常說(shuō)的“調(diào)焦”一般指“對(duì)焦”。有些人認(rèn)為定焦鏡頭不能調(diào)焦的說(shuō)法是錯(cuò)誤的。
2、為什么鏡頭的*大光圈處通常成像不佳，或者說(shuō)“成像比較肉”？
追求成像的銳利應(yīng)該是所有鏡頭的追求。鏡頭的光圈值一般從F1.2 - F32不等，例如F1.8 - F16，對(duì)于普通的單反鏡頭來(lái)說(shuō)，通常成像*銳利的光圈值是F5.6或者F8，為什么呢？這涉及到2個(gè)概念，一個(gè)是球差、一個(gè)是衍射。
衍射：超小光圈處影響銳利度的因素。
衍射（diffraction）是指波遇到障礙物時(shí)偏離原來(lái)直線傳播的物理現(xiàn)象。在經(jīng)典物理學(xué)中，波在穿過(guò)狹縫、小孔或圓盤(pán)之類(lèi)的障礙物后會(huì)發(fā)生不同程度的彎散傳播。
與之相關(guān)的概念有愛(ài)里斑、瑞利判據(jù)，感興趣的可以自行搜索，在此不再展開(kāi)。
球差：大光圈處影響銳利度的因素。
我們通常看到的透鏡成像的簡(jiǎn)化圖中，平行光通過(guò)透鏡以后匯聚于一點(diǎn)，這點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，其實(shí)真實(shí)的情況并非如此。如下圖所示：
光線既然不能**匯聚，也就不可能產(chǎn)生銳利的成像。當(dāng)光圈大（光圈F值?。┑臅r(shí)候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線的匯聚處會(huì)非常分散，造成成像不銳利。當(dāng)光圈縮小的時(shí)候，透鏡接收光的圓面很小，這時(shí)候光線經(jīng)過(guò)透鏡以后，匯聚處相對(duì)來(lái)說(shuō)更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。
當(dāng)然一般來(lái)說(shuō)對(duì)焦不會(huì)非常準(zhǔn)確，光圈小的時(shí)候景深更深，也會(huì)顯得更銳利，但這是后話了。
當(dāng)然，對(duì)于實(shí)際的鏡頭來(lái)說(shuō)，鏡頭內(nèi)部的鏡片是很復(fù)雜的，可能有幾片甚至十幾片鏡片，有些鏡片的材質(zhì)還較為昂貴，例如螢石，它們的主要作用其實(shí)就是改善鏡頭的光學(xué)素質(zhì)，校正各種球差、彗差、色散、畸變等等。
例如EF 200mm f/2L IS USM鏡頭：
3、為什么有些微距鏡頭不能在遠(yuǎn)處對(duì)上焦？
這就要從成像的*基本公式講起了。
焦距的定義是：指平行光入射時(shí)從透鏡光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。
我們通常認(rèn)為定焦鏡頭的焦距不變，這種說(shuō)法當(dāng)然沒(méi)有什么問(wèn)題，但值得注意的是：焦距是在平行光入射的情況下定義的。另外一種準(zhǔn)確的說(shuō)法是：定焦鏡頭像距不變、視角不變。
普通定焦鏡頭可以認(rèn)為焦距不變。例如50mm F1.8， 它的*近對(duì)焦距離是450mm，物距比450mm小一點(diǎn)點(diǎn)。根據(jù)上面的公式，此時(shí)1/u就非常小了，可忽略，此時(shí)v≈F，即焦點(diǎn)落在像面上?？烧J(rèn)為焦距基本不變。
但是對(duì)于佳能“百微”和尼康“105微”這樣的微距鏡頭來(lái)說(shuō)，*大放大比例是1倍，此時(shí)對(duì)焦距離就很近了，此時(shí)相對(duì)于焦距來(lái)說(shuō)，1/u就不可以忽略了，這時(shí)算出來(lái)的實(shí)際的透鏡焦點(diǎn)到光心的距離就不等于之前的焦距了。
對(duì)于“百微”和“105微”這樣的鏡頭來(lái)說(shuō)，由于其極特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)，既可以在無(wú)窮遠(yuǎn)處合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。這是靠移動(dòng)鏡頭內(nèi)部的多組鏡片組實(shí)現(xiàn)的。
說(shuō)了這么多，還是沒(méi)有解釋為什么有些微距鏡頭只能在確定的位置對(duì)焦啊。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題且易于理解，我以單反加裝近攝接圈為例，很多玩單反的微距愛(ài)好者由于囊中羞澀應(yīng)該都買(mǎi)過(guò)近攝接圈進(jìn)行微距創(chuàng)作，如果是50mm定焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦距離就是一個(gè)確定的距離。如果是18-55mm變焦鏡頭加近攝接圈，那么鏡頭的合焦活動(dòng)范圍就是很小的一段距離。為什么呢？
插一句，接圈是什么？接圈就是一截接口處有螺紋或者卡口的鋼管。好比你想夠到高處的東西，所以你踩在一個(gè)凳子上面，腳底到地面的距離強(qiáng)行拉大了。接圈就相當(dāng)于凳子。
說(shuō)到接圈這又涉及到一個(gè)概念——法蘭距。法蘭距就是鏡頭卡口到相機(jī)底片的距離。那么你接了一個(gè)接圈就相當(dāng)于強(qiáng)行拉長(zhǎng)了法蘭距。
由于你強(qiáng)行拉長(zhǎng)了法蘭距，像距v必然變大很多。而焦點(diǎn)到光心的距離F基本變化不大，所以像距u會(huì)大大較小。假設(shè)加了接圈以后，像距v = 2F ，那么此時(shí)u = 2F ,也就是只有物距等于2F的時(shí)候才能**合焦。這就解釋了為什么有些微距鏡頭不能在無(wú)窮遠(yuǎn)處對(duì)焦。也解釋了，為什么變焦鏡頭加了接圈以后合焦活動(dòng)范圍有很小的一段距離，而不是固定的距離。（因?yàn)樽兘圭R頭的焦距變化范圍大一些）
