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相機(jī)鏡頭光學(xué)中的一些疑難問題的解釋
日期：2024-11-23 12:39
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摘要：1、變焦和對焦有什么區(qū)別？
變焦就是改變鏡頭的焦距（準(zhǔn)確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說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，視角越窄。
對焦通常指調(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。
我們通常說的“調(diào)焦”一般指“對焦”。有些人認(rèn)為定焦鏡頭不能調(diào)焦的說法是錯誤的。
2、為什么鏡頭的*大光圈處通常成像不佳，或者說“成像比較肉”？
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1、變焦和對焦有什么區(qū)別？
變焦就是改變鏡頭的焦距（準(zhǔn)確說是像距），以改變拍攝的視角，也就是通常所說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，視角越窄。
對焦通常指調(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。
我們通常說的“調(diào)焦”一般指“對焦”。有些人認(rèn)為定焦鏡頭不能調(diào)焦的說法是錯誤的。
2、為什么鏡頭的*大光圈處通常成像不佳，或者說“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，對于普通的單反鏡頭來說，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個概念，一個是球差、一個是衍射。
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偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象。在經(jīng)典物理學(xué)中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發(fā)生不同程度的彎散傳播。
與之相關(guān)的概念有愛里斑、瑞利判據(jù)，感興趣的可以自行搜索，在此不再展開。
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化圖中，平行光通過透鏡以后匯聚于一點，這點叫做焦點，其實真實的情況并非如此。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候，透鏡接收光的圓面很大，于是光線的匯聚處會非常分散，造成成像不銳利。當(dāng)光圈縮小的時候，透鏡接收光的圓面很小，這時候光線經(jīng)過透鏡以后，匯聚處相對來說更集中一些，這樣成像也就更加銳利了。
當(dāng)然一般來說對焦不會非常準(zhǔn)確，光圈小的時候景深更深，也會顯得更銳利，但這是后話了。
當(dāng)然，對于實際的鏡頭來說，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：指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離。
我們通常認(rèn)為定焦鏡頭的焦距不變，這種說法當(dāng)然沒有什么問題，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*近對焦距離是450mm，物距比450mm小一點點。根據(jù)上面的公式，此時1/u就非常小了，可忽略，此時v≈F，即焦點落在像面上。可認(rèn)為焦距基本不變。
但是對于佳能“百微”和尼康“105微”這樣的微距鏡頭來說，*大放大比例是1倍，此時對焦距離就很近了，此時相對于焦距來說，1/u就不可以忽略了，這時算出來的實際的透鏡焦點到光心的距離就不等于之前的焦距了。
對于“百微”和“105微”這樣的鏡頭來說，由于其極特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)，既可以在無窮遠(yuǎn)處合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。這是靠移動鏡頭內(nèi)部的多組鏡片組實現(xiàn)的。
說了這么多，還是沒有解釋為什么有些微距鏡頭只能在確定的位置對焦啊。為了簡化問題且易于理解，我以單反加裝近攝接圈為例，很多玩單反的微距愛好者由于囊中羞澀應(yīng)該都買過近攝接圈進(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。
說到接圈這又涉及到一個概念——法蘭距。法蘭距就是鏡頭卡口到相機(jī)底片的距離。那么你接了一個接圈就相當(dāng)于強(qiáng)行拉長了法蘭距。
由于你強(qiáng)行拉長了法蘭距，像距v必然變大很多。而焦點到光心的距離F基本變化不大，所以像距u會大大較小。假設(shè)加了接圈以后，像距v = 2F ，那么此時u = 2F ,也就是只有物距等于2F的時候才能**合焦。這就解釋了為什么有些微距鏡頭不能在無窮遠(yuǎn)處對焦。也解釋了，為什么變焦鏡頭加了接圈以后合焦活動范圍有很小的一段距離，而不是固定的距離。（因為變焦鏡頭的焦距變化范圍大一些）
