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谈谈镜头与镜头焦距

摄影 684℃ 0 3年前 (2015-04-16)

焦距

照相机镜头的焦距是镜头的一个非常重要的指标。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质(胶片或CCD等)上成像的大小,也就是相当于物和象的比例尺。当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时,镜头焦距长的所成的象大,镜头焦距短的所成的象小。根据用途的不同,照相机镜头的焦距相差非常大,有短到几毫米,十几毫米的,也有长达几米的。

照相机镜头的焦距是镜头的一个非常重要的指标。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质(胶片或CCD等)上成像的大小,也就是相当于物和象的比例尺。当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时,镜头焦距长的所成的象大,镜头焦距短的所成的象小。根据用途的不同,照相机镜头的焦距相差非常大,有短到几毫米,十几毫米的,也有长达几米的。较常见的有8mm,15mm,24mm,28mm,35mm,50mm,85mm,105mm,135mm,200mm,400mm,600mm,1200mm等,还有长达2500mm超长焦望远镜头。

镜头根据其焦距的长短,也即拍摄时的视角,可分为标准镜头,广角镜头和长焦距镜头等。

标准镜头的视角约50度左右,这是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角,从标准镜头中观察的感觉与我们平时所见的景物基本相同。35mm相机的标准镜头的焦距多为40mm,50mm或55mm。120相机的标准镜头焦距一般为80mm或75mm,相机片幅越大则标准镜头的焦距越大。而数码相机由于其成像介质(CCD或CMOS)有大有小,标准镜头的焦距也不一致。为了方便直感,说起DC镜头时经常采用等效于35mm相机的所谓等效焦距,这个等效就是指视角上的等效。以下就只说35mm相机的镜头,其他片幅的相机以及数码相机可以类推。

广角镜头,顾名思义就是其摄影视角比较广,适用于拍摄距离近且范围大的景物,有时用来刻意夸大前景表现,强烈远近感以及透视。35mm相机的典型广角镜头为焦距28mm,视角为72度。常用的还有比28mm略长一些的35mm,38mm的所谓小广角(多见于傻瓜机)。 比一般广角镜头视角更大的是超广角镜头(如焦距为24mm,视角84度)以及所谓的鱼眼镜头,其焦距为8mm,视角可达180度。

长焦距镜头适于拍摄远距离景物,景深较小,因此容易使背景模糊,主体突出。35mm相机长焦距镜头通常分为三级,135mm以下称中焦距,如85mm,视角28度,105mm,视角23度以及135mm,视角18度。中焦距镜头经常用来拍摄人像,有时也称为人像镜头。135-500称长焦距,如200mm,视角12度,400mm,视角6度。500mm以上的称为超长焦距,其视角小于5度,适用于拍摄远处的景物。如球场上的特写以及野生动物的拍摄,因无法靠近被摄物,超长焦距镜头就大有用武之地。

焦距的定义

镜头焦距的定义是什么呢?一般我们说:焦距就是透镜是中心到焦点的距离。但这仅仅是单片薄透镜的情况,由于照相机的镜头都是由许多片透镜组合而成的,因此,情况远不是那么简单。

镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。像方焦距是像方主面到象方焦点的距离,同样,物方焦距就是物方主面到物方焦点的距离。必须注意,由于照相机镜头设计,特别是变焦距镜头中广泛采用了望远镜结构,物方焦距与像方焦距是不一定相等的。我们平时说的照相机镜头的焦距是指像方焦距。

下图表示如何来确定主面和焦距:入射平行光线(或其延长线)与出射会聚光线(或其延长线)相交,就能确定折射主面,这个想象的平面与镜头光轴相交处就是主点。像方主点和无穷远光线形成的焦平面(焦点)之间的距离称为复合镜头的焦距(严格说是有效焦距)。用同样的原理也可以确定物方主面和物方焦距。

主面的位置根据设计可能出现在镜头之外。这在许多场合下是很重要的。

例如8mm鱼眼镜头,像方主平面应位于焦平面正前方8mm处,但是8mm内无法容纳反光镜、曝光窗、及焦平面快门的厚度。因此8mm鱼眼镜头事实上采用了前面加负组光学系统的设计(也称倒置望远结构),使镜头能够安装在像面定位距比8mm大得多的机身上去。

同样,如果是500mm的超长焦镜头,不采用望远镜结构的话,镜头就要长达500mm以上,使用是无疑是十分不便的。望远镜结构的设计可以使主面远在镜头之前,大大地减小了镜头的长度。

变焦镜头

说到焦距,就不能不说一说变焦镜头。

变焦镜头由于固定透镜组和可变透镜组两部分组成。通过移动可变透镜组,改变成象光路,可以在一定的范围内改变镜头的焦距,从而也改变了拍摄的视角。

变焦镜头的倍率是指长焦端的最大焦距与广角端的最小焦距之比。

变焦镜头由于视角可变,给拍摄取景带来很大的方便,深受一般摄影爱好者的喜爱。但是由于变焦镜头结构复杂,相对运动的光学组件较多,而且光学设计时也无法保证各焦距段的成像质量、分辨率和畸变等参数的一致性。所以,变焦镜头的总体成像质量难以达到较高水准。特别是变焦倍率大的变焦镜头更难以获得较高像质。因此,在相同的技术水准条件下,变焦镜头的成像质量低于定焦镜头,大倍率变焦镜头的成像质量低于小倍率变焦镜头。

在FC(以35mm相机为例)的情况下,高质量的摄影往往采用定焦镜头,即使采用变焦镜头,其变焦倍率也是不大的。但是在DC的情况下,由于CCD的成像面积相对较小,因此其变焦镜头的几何尺寸(焦距,镜头直径)也较小,在光学设计时就比较容易实现大变焦倍率。

由此可见,变焦倍率与焦距是两个不同的概念。下图上边是一支70-210mm的变焦镜头,倍率为3X,下边是一支28-105mm的变焦镜头,倍率为4X,但是,远摄能力显然是3X变焦的(210mm)要强于4X变焦的(105mm)。本论坛有时出现的“用10X变焦来欺负人家的5X变焦”,“10X变焦的拍摄”的说法是不正确的。

数码变焦

顺便再说一说数码变焦。所谓的数码变焦实际上是一种数字图象处理的手段,把拍摄的图象中间截出一部分来,以达到改变视角的效果。如一张1280X960的图象中间截出640X480的一部分,就可以看作是2X数码变焦。在目前存储介质容量比较大的情况下,完全可以采用较大的尺寸拍摄后再进行切割来达到同样或者更好的效果。因此本人认为,在DC中的数码变焦是没有什么意义的。只有在DV中,由于拍摄的尺寸是由制式决定的,数码变焦才是有一定意义的。

附件

镜头的焦距有时还可以通过加上一些附件来改变,以达到拍摄的要求,如增倍镜,近摄镜等。增倍镜可以把镜头的焦距增加一倍。增倍镜实际上是一个负透镜组(图上),在FC中是接在机身与镜头之间的。一个28-105mm镜头接上了增倍镜后变焦范围就成了56-210mm了(图下)。近摄镜(Close Up)是接在镜头前面的,实际上的一个正透镜,它能够增大拍摄时的横向放大率(即像与物的大小之比)。由于目前大多数DC(DSLR除外)都是不可更换镜头的,因此,在DC中,这些附件都采用加接在镜头前端的形式,如增倍附加镜,广角附加镜等。

由于DC的镜头实际焦距比较小,DC镜头的微距拍摄功能就显得更加突出。在本论坛中就有许多微距拍摄的作品。从光学上来说,微距摄影所改变的并不是镜头的焦距,而是拍摄时的像距。根据成像公式,物距的倒数加上像距的倒数等于焦距的倒数。当像距增加到等于焦距的2倍时,物距与像距相等也是焦距的2倍,此时的像与物的大小相等,横向放大率为1(即1:1)。当DC镜头设到微距档时,焦距不变而改变像距,也就是把镜头中固定透镜组与可变透镜组的相对位置锁定而移动整个透镜组。因为物距为无穷远时的像距等于焦距,由于可知,从对焦在无穷远到1:1微距,透镜组要移动的距离约为焦距的长度。对DC而言因为其焦距较小,就相对比较容易做到。

FC的镜头也是有微距功能的。但是由于FC镜头的焦距比较大,要做到1:1的微距就比较困难。如前面所贴的图中那支28-105mm镜头微距只做到了1:5。除了镜头的微距功能外,SLR相机还能在机身与镜头之间接入近摄接图(图下)或者专用近摄皮腔(图上)来改变像距,以达到大于1的横向放大率。当然如果横向放大率很大(6:1至10:1以上),就属于显微摄影的范畴了。

除了上述的附件外,微距摄影还可以能过用专用的微距镜头或者镜头倒置等其他办法来做到。但其原理都是一样的,即使像距增加以达到横向放大率的增加,就不细说了。

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来自为知笔记(Wiz)

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