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照相机的销售广告上有时注有"4倍焦距"之类的参数,如果从物理光学的角度应如何理解该参数的含义?

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照相机的销售广告上有时注有"4倍焦距"之类的参数,如果从物理光学的角度应如何理解该参数的含义?

正在学物理的中学生对此类表示不清楚,希望能明确其含义,比如,与凸透镜至胶片的距离有何关系?与凸透镜成像(倒立,缩小,实像)有何关系?等等

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  • 2005-03-01 22:16:38
      科技发展的日新月异,使生产出的照相机花样百出、种类繁多、结构复杂、机械精密,新产品层出不穷。
        无论各种照相机如何变化,结构如何纷繁,但它们的基本结构是一致的:
        一是要具备将特体结成光学影像的成像系统,即镜头;
        二是要具备由镜头至胶片之间的曝光通道,即暗箱;
        三是要具备一架能将各部件承装起来的载体,即机身;
        四是要具备一个能盛装感光胶片的装置,即后背。
      所以,一切照相机的基本结构均为四个部分--镜头、暗箱、机身与后背。关于这个四个部分,详述如下: ①镜头部分   用光学玻璃制成的镜头,把进入镜头的光线汇聚起来,在感光胶片上形成一个清晰的影像。比较复杂的镜头由两片或更多的光学玻璃组成的透镜,叫做透镜单元。
      透影单元组成一个整体,这就是摄影镜头。 照相机的镜头包括透镜组、光圈、快门三个部分。 镜头是由透镜构成的,透镜片数与组数的多少,决定着镜头的质量与优劣。 光圈是由多片多属叶片组成的。它用控制镜头纳光孔的大小,达到控制进入胶片光线的多少。
      在控制叶片的伸缩中,使得进光孔变大变小,从而来控制通过镜头投向胶片光束的大小。这种光孔大小的数值用光孔号码或f /值标注在镜头上。 快门是由金属片或胶质绸布制成的。它控制曝光时间的长短,即控制进入相机的光线和投射到胶片反经历的时间。
      正确的曝光,可使被摄对象获得清晰的影像。   镜头的种类:   镜头的种类很多,不存在一种“最好的”镜头。因为各种镜头都有独特的功能、适用范围和优点,针对拍摄需要去选择镜头,才是正确的。 依据拍摄画面的不同效果及照相机镜头焦距的长短,通常镜头的种类有:标准镜头、广角镜头、远摄镜头、鱼眼镜头、反射式镜头、变焦镜头和特殊镜头等。
         ●标准镜头   标准镜头属于校正精良的正光镜头,其焦距长度等于或近于所用底片画幅的对角线,视角与人眼的视角相近似。如135相机的画幅为56×56mm, 那么其标准镜头焦距则为50mm。因而,标准镜头的成像效果,诸如摄取景物的范围、前后景物的大小比例带来的透视感等,都与人眼观看的效果类同,画面影像较为真切自然,其成像质量相对来说比较高,故而在各种摄影中应用广泛,适应力强。
      凡是要求被摄景物必须符合正常的比例关系,均需依靠标准镜头来拍摄。它是使用最为广泛的一种镜头。   ●广角与超广角镜头   广角镜头的特点是:焦距短、视角广、景深长,而且均大于标准镜头。其视角超过人们眼睛的正常范围。 凡视角在70度至90度左右的镜头,即为广角镜头;其视角为100度左右的,即称为超广角镜头。
      这类镜头其最大的优点为在较近距离内拍摄较大的场景。 它具体的特性与用途表现在:景深大,有利于把纵浓度大的被摄物,清晰地表现在画面上;视角大,有利于在狭窄的环境中,拍摄较广阔的场面;景深长,可使纵深景物的近大远小比例强烈,使画面透视感强。
      其缺点是,影像畸变差较大,尤其在画面的边缘部分,因此在近距离拍摄中应注意变形失真。   ●远摄与超远摄镜头   这类镜头也称长焦距镜头,它具有类似望远镜的作用。 这类镜头的焦距长于、视角小于标准镜头。如135相机,焦距在200mm左右,视角在12度左右称为远摄镜头,焦距在300mm以上,视角在8度以下称为超远摄镜头。
       这类镜头具有的特点表现在:景深小,有利于摄取虚实结合的形象;视角小,能远距离摄取景物的较大影象,对拍摄不易接近的物体,如动物、风光、人的自然神态,均能在远处不被干扰的情况下拍摄;透视关系被大大压缩,使近大远小的比例缩小,使画面上的前后景物十分紧凑,画面的纵深感从而也缩短;影象畸变差小,这在人像中尤为见长。
         ●鱼眼镜头与反射式镜头   鱼眼镜头是一种极端的超广角镜头。对135相机来说是指焦距在16mm以下,视角在180度左右,因其巨大的视角如鱼眼而得名。它拍摄范围大, 可使景物的透视感得到极大的夸张。它使画面严重的桶形畸变,故别有一番情趣。
       反射式镜头是一种超远摄镜头,外观短而胖,比相同焦距的远摄镜头短一半,重量轻,使用灵活方便。它的缺点是只有一档光圈,故对景深控制不利。   ●变焦镜头   变焦是镜头可以改变焦点距离的镜头。所谓焦点距离,即从镜头中心到胶片上所形成的清晰影像上的距离。
      焦距决定着被摄体在胶片上所形成的影像的大小。焦点距离愈大,所形成的影象愈大。 变焦镜头是一种很有魅力的镜头。它的镜头焦距可在较大的幅度内自由调节,这就意味着拍摄者在不改变拍摄距离的情况下,能够在较大幅度内调节底片的成像比例,也就是说,一只变焦镜头实际上起到了若干只不同焦距的定焦镜头的作用。
      世界上第一只用于摄影的变焦镜头是1959年问世的,焦距变化为36--92mm,用于135相机。现代变焦镜头的种类已越来越多, 成像质量也越来越高,日益倍受摄影者亲睐。 1。变焦镜头的种类 现代变焦镜头的种类繁多,总体来说有自动变焦和手动变焦两大类。
      前者用于自动聚焦相机,后者用于手动聚焦相机。无论自动变焦或手动变焦,从广角变焦镜头直至远摄变焦镜头应有尽有。有关变焦镜头种类的实用常识包括以下方面。 变焦范围--从变焦范围的角度看,基本种类有:20--35mm左右的广角变焦镜头,35--70mm左右的标准变焦镜头、70--210mm 左右的中远变焦镜头,200--400mm左右的远摄变焦镜头等。
       变焦倍率--从变焦倍率的角度看,基本种类有2倍、3倍、4倍、5倍、 6倍等。2倍的主要有20--35mm,25--50mm,28--55mm,35--70mm, 75--150mm,100--200mm,200--400mm等;3倍的主要有28--85mm,35--105mm,70--210mm,85--250mm,100--300mm等;4倍的主要有50--200mm,150--600mm等,5倍的主要有28--135mm,50--250mm等,6 倍的主要有35--210mm,50--300mm等。
       变焦方式--手动变焦有“单环推拉式”与“双环转动式”两种。 “单环推拉式”的变焦环也是聚焦环,前后推拉为变焦,转动为聚焦。具有使用方便、有利快速拍摄的优点,但也存在缺点,如俯拍、仰拍时镜头简易滑动;当聚焦在先、变焦在后时,易使焦点发生偏移而影响成像清晰度。
       “双环转动式”的变焦环与聚焦环各自独立,转动操作互不影响,因而不存在单环推拉式的上述缺点,但操作不如单环式简便,尤其当采用“变焦拍摄爆炸效果”的特技时,不如单环推拉式。 2。变焦镜头的优缺点 变焦镜头最大的优点是一只变镜头能代替若干只定焦镜头的作用,因而携带方便,使用简便,既不必在拍摄中不断更换镜头,也不必为摄取同一对象不同景别的画面而前后跑动。
       变焦镜头的主要缺点是它的口径通党较小,党会因此而给拍摄带来麻烦,如想用高速快门速度时、想用大光圈时等,往往不能满足需要。使用变焦镜头后的取景屏也不如定焦镜头明亮,还常常会使裂像聚焦指示失灵。此外,在生产技术水平相同的前提下,变焦镜头的成像质量总比定焦镜头要差些。
       3。变焦镜头的选择 配备一只变焦镜头--除非专门为了远摄的需要,通常配备一只变焦镜头宜选择包含广角、标准与中焦的镜头,如28--85mm、28--135mm、35 --70mm、35--105mm、35--210mm等。
      “35--70mm”的虽然变焦倍率较小,但以轻巧见长,价格也相对较低,也能足以应付大量的日常拍摄需要,现代有些相机已将这种变焦镜头取代原先定焦的50mm标准镜头。“28--135mm ”的焦距变化范围是较为理想的,但偏重些,价格也相对较高。“28--85mm”对常有室内拍摄的摄影者较为理想;“35--210mm”虽然变焦范围极大, 适用性也相对较大,但体积过大过重,党给拍摄带来不便,仅考虑变焦倍率大小不是一种明智的选择方法。
       配备两只变焦镜头--手中有两只变焦镜头几乎能满足各种拍摄需要。选择两只变焦镜头的基本考虑是包括所有常用的焦距,并不使两只变焦镜头的变焦范围有过多的重复。从这一指导思想出发的基本选择有“35--70mm”加上“70--210mm”、“28--85mm”加上“85--250mm”、“24--50mm”加上“50--250mm”等。
      如果你的镜头主要用于远摄,那么“150--600mm ”是理想的,可以再配上“28--135mm”或“35--105mm”。 尽可能使两只变焦镜头的变焦操作方式一致也很重要。“推拉式”和“转动式”各有优缺点,只要一致,熟能生巧,便于使用。
         ●特殊镜头   党用的特殊镜头有“巨像镜头”、“透视调整镜头”、“柔焦镜头”和“变焦距附加镜”。 1。巨像镜头 “巨像镜头”又称“微距镜头”,能产生巨像效果的一种镜头。它有“专用型”与“通用型”之分。 专用型巨像镜头只能用于近摄,通党是结合近摄皮腔或近摄接筒使用的,能获取高倍率的放大影像。
      焦距有20、38、50、80、135mm等。焦距越短, 放大倍率越大。如“Zuiko 20mm”巨像镜头,结合近摄皮腔能摄取4--12 倍于原物大小的影像。12倍就是意味着能将“2×3mm”的被摄体充满“24×36mm”的135画幅。通用型巨像镜头既能近摄用作巨像镜头,也能远摄用作普通镜头。
      它的近摄放大率较小,不如专用型巨像镜头,如“Zuiko 135mm ”结合“自动近摄接筒65--116”的近摄最大巨像效果为0。5倍于原物大小;它能在37cm--∞范围内聚焦,用作通党的135mm镜头。 通党的定焦镜头使用近摄接筒后虽然也有巨像效果,但不能远距离聚焦了。
       变焦镜头中,有些也带有巨像功能,(镜头上有“Macro”标记), 但它的巨像放大率与成像质量都不如定焦巨像镜头。变焦镜头调巨像档的方法有三种:有些是变焦至长焦处,有些是变焦至短焦处,也有些可变焦距处调节巨像档。 2。透视调整镜头 指一种具有校正高大建筑物的垂直线向上收缩功能的镜头。
      这种镜头的光学系统的主光轴可进行横向或纵向移动调节,调节时机身与胶片平面的位置不发生移动。透视调整镜头主要用于建筑摄影。 3。柔焦镜头 “柔焦镜头”又称“软焦点镜光”、“柔光镜头”,是一种能使影像产生轻度虚化的镜头,主要用于人像与风景摄影。
       柔焦镜头的柔焦效果与通常镜头聚焦稍有不实的是不同的。柔焦镜头实质上是产生一种双重影像,一个清晰的实像与一个焦点不准的虚像,两者重合而成。 4。变焦距附加镜 “变焦距附加镜”简称“变距镜”,俗称“增距镜”,其实增距镜只是变距镜中的一种。
      变焦距附加镜按其功能主要分为“远摄变距镜”、“广角变距镜”和“巨像变距镜”。当你有了一只配有标准镜头的单镜头反光相机,添置这类变焦距附加镜既能取得类似远摄广角、巨像镜头效果,而花费的代又较小。 为了更好地使用镜头,有必要在这里强调谈谈焦距与成像效果。
       镜头焦距的含义从实用的角度可以理解为“镜头中心至胶片平面的距离”。理论上对焦距的计算是指“无限远的景物在焦平面结成清晰影像时,透镜(或透镜组)的第二节点至焦平面的垂直距离”。第二节点的位置与镜头中心十分接近,通常位于镜头中心略偏后一点点。
       “第二节点”亦即“光学中心”。镜头光学中心也有可能位于镜头体外。以这种原理设计的镜头又称为“后焦点镜头”。“后焦点镜头”是现代镜头发展中的一个关键。这也就是为什么同一焦距的镜头可以有不同长短的原因所在。 现代相机镜头焦距的变化幅度已经短至6mm,长至2000mm。
       面对同样的被摄体,对画幅相同的相机来说,焦距变化所带来的成像效果变化可归纳为以下两条规律。 1。焦距与视角成反比 焦距长,视角小;焦距短,视角大。视角小意味着能远距离摄取较大的影像比率;视角大能近距离摄取范围较广的景物。
       2。焦距与景深成反比 焦距长,景深小;焦距短,景深大。景深大小涉及纵深景物的影像清晰度,它是摄影中重要的实践与理论问题。 镜头上的光圈:   ●光圈的作用--光圈与快门都是用来控制通光量的,相互制约,互相配合,方能使感光片得到正确的曝光。
       在摄影镜头的结构中,其中光圈是重要的装置之一。 光圈的功能就是以不同的孔径来调节镜头的光通量。早期简易的新月形单透镜照相机的光圈,是在金属薄板上钻一些规格不同的圆孔,装在镜头前或镜头后,拨动金属片,使圆孔对准镜头中心,来达到调节通光量的目的。
      现代复式镜头的光圈,是由许多弧形金属叶片组成可变孔径,装在镜头的透镜组之间,根据需要可以随意调节光圈的孔径。 光圈的作用是:能使镜头的通光量得到准确的调节和控制,使感光村料得到正确曝光;在收缩光圈的情况下,可减少镜头残存的某些像差;可以利用光圈的收缩或放大来控制景深,光圈小景深长,光圈大景深短。
         ●光圈的刻标 光圈的刻标是以√2倍级数排列的。所以选用√2作为公比,是因为√22=2,也就是光圈每差一级,光孔的面积差一倍,透光力也差一倍, 这样每两个相邻的读数之间便成为倍数关系。 以√2倍级数排列,逐级数据如下:√2………………………………1。
      4√22………………………………2√23………………………………2。8√24………………………………4√25………………………………5。6√26………………………………8√27………………………………11√28………………………………16√29………………………………22√210………………………………32镜头的刻标系数,就是把这一系列数字以几何级数排列起来的。
      每一级系数的通光量均以光孔面积来计算,并未把镜头的透光率考虑在内。如在标准刻度上,将光圈开大一级,镜头透光力增为2倍;将光圈缩小一级,镜头透光力则减为1/2。光圈每差一级,其曝光量即差2倍。这在摄影实践中,易于掌握,使用方便。光圈的各级孔径系数,都是入射光束的直径与焦距的比例数,称作焦点距离数。
      近代镜头的光圈系数分为英国制和大陆制两种系统:英国制2。845。 32大陆制。3912。51825以上两种系统的各级系数,在摄影实践中,其用法是没有区别的。此外,光圈系数还有以等级系数来标度的,叫等比制。早期使用的简单快直光镜头,就是采用等级系数来确定光圈系数。
      现将光圈的焦点距离系数和等级系数作一比较:焦点距离系数45。6811。31622。632等级系数(等比制1 4从以上比较中可以看出,等级系数光孔之大小是按等比制顺序排列的,其孔径愈大,读数愈小,所需要的曝光时间愈少。这种标度是表示相对曝光时间,而不是表示相对孔径。
      在使用时计算起来很方便。有些专供拍文件资料用的摄影镜头,就是采用这种等级系数来标刻光圈系数。光学变焦与数字变焦的区别光学变焦是通过改变CCD与透镜的焦点距离来放大图像的。数字变焦采用了与光学变焦截然不同的结构。数字变焦有多种方式,其中最普通的是提取CCD拍摄到图像的局部,并通过数字处理来扩大图像的方式。
      但是,在这种方式下,进行修饰处理时总会出现图像画质恶化的现象。因此,在配备光学、数字两种变焦的相机中,只有在把图像放大到光学变焦无法完成的范围时,才会使用数字变焦。 目前,各相机制造商正在开发减少图像恶化的技术,并配备在自己的产品中。另外,图像放大后,用户在个人电脑上处理时就会即费功夫又耗时间。
      由于数字变焦在拍摄时能够自动进行上述处理,因此相当方便。 凸透镜至胶片的距离越远 焦距越大 角度越小 成像越大 景深越短 凸透镜至胶片的距离越近 焦距越小 角度越大 成像越小 景深越长 。

    1***

    2005-03-01 22:16:38

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