基础摄影光学.doc

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1、基础摄影光学这个章节是对于一些摄影会用到的光学原理做简单的介绍，目的在于使大家对摄影光学以及镜头结构有初步了解，以便在改装或维修镜头时更有概念。单透镜针孔虽然【可以】拍出照片来，但是实际玩一下就知道其实针孔要曝光很久，玩创意可以，但真正要实用就会有问题。如果要真正能实用的拍照，最简单是使用透镜，将凸透镜对着窗外景物会在后方呈现一倒立之影像，这个影像投射在感光组件（底片或CCD）上就可以将影像记录下来。简单的凸透镜，像一般的放大镜就可以作为照相的镜头，但是有色差、球面差、像场畸变、轴外向差等等的问题，这些问题使得影像不清楚或是边缘影像不清楚，或者是变形严重；因此一般

2、的单透镜并不是良好的摄影镜头。一个可以独立使用的镜头都是一个相当于凸透镜的镜头组，常由多片镜片构成，单眼相机用装在镜头与相机之间的加倍镜则是一个相当于凹透镜的镜头组。焦距在摄影用镜头中会用到许多种的透镜，长镜头还可能用到面镜。凸透镜可以凝聚光线，凹透镜则可发散光线，凸透镜是中间较边缘厚的透镜，凹透镜是中间较边缘薄的透镜；镜头基本上都是一个由凸透镜与凹透镜组成的透镜组。在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再量测透镜到影像的距离。物距与像距但是实际上的任何镜头都很少是单透镜，有些固然标示了焦距，

3、但是有些旧货不一定还能知道实际的焦距，所以要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算，因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经极接近焦距的数值。基础光学计算公式此处介绍两个基础光学计算的公式，不谈怎么导出来的，那太枯燥了，我们不是光学设计工程师，不需要知道那么深入，以下的原理知道了就可以自己玩很多东西了。此公式为高斯公式，其实高斯公式的原型并不是这样写，但是这样写比较容易看，也比较容易记忆，所以许多的书中都是这样写。公式如左，

4、p为物距，q为像距，f为焦距。在一般摄影时像距其实与焦距非常接近，但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此时放大率会超过1。利用此公式其实也可以导出放大率公式：放大率m﹦p/q等效焦距公式在一般的状况下不会用到，但是在自己玩微距摄影DIY时，如果了解此公式的意义，会比较能预估结果。f1及f2是各别透镜的焦距，d则为镜片间的距离，E.F.L为等效焦距。其意义是两片焦距不同的镜片以相距d的距离迭在一起时，综合起来的焦距即为等效焦距。透镜形状双凸透镜平凸透镜弯月形透镜双凹透镜平凹透镜透镜有各种形状如左，当然有些透镜两面弧面的曲度不一定一样，有时看起来像平凸，但实际上可能

5、不是，判断的方法是看镜面表面反射的影像，如果其中一面是平的，那一面的反射影像一定与原来的物体大小相同，否则一定有曲率。色差透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱镜会将白光分散为光谱，如左图，透镜的侧面看来其实也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清晰。一般为了消除色差都使用两片折射率不同的材质来组合成消色差透镜，如左图。一般天文望远镜因为在黑夜中黑暗的背景下紫色的部份不是很明显，所以较低价的消色差透镜都只

6、对红光到蓝光消色差，高价的天文透镜则有对全光谱消色的，有时需要三片镜片。有些称为APO或ED镜片的透镜组就是对全光谱消色能力较强，当然也比较贵。而摄影用的镜头则需要对红光到紫光的色差都需要消除，不过实际在技术上会有些困难，当然色差消的越好，价钱就越贵。像差透镜除了色差之外还有许多其他的影像变形，可通称为像差。垂直于透镜面的中心线称为光轴，如左上图。接近光轴处像差较小，越远离光轴处像差越大。在左中图中透镜边缘与中心所成之影像焦点不一致，称为球面像差；如果离光轴较远处红蓝焦点不一致，称为旁像色差。左下图中斜向的影像与中心影像不在同一平面，称为像场弯曲。以上这些都是透镜

7、质量不良、装配不良或是制造技术限制所产生的像差，当然还有其他的像差，但不管什么像差，反正影像看起来不清楚就是了。有时候则是中央清楚而边缘影像较模糊。一般摄影镜头都会尽量减少这些像差，而外加的加倍镜，不管是加在镜头前方的加倍镜或广角镜，或者是加在镜后的加倍镜，几乎都会增加像差，因此外加镜头都会造成画质降低，有些比较高级的外加镜是针对某一只或是某几只镜头设计的，那画质降低的程度就比较小。有些比较贵的外接镜头用的镜片数比较多，一般效果也会比较好，但是要看是否与原来的镜头相匹配，有些外加镜头在某些镜头上效果还好，但是在某些镜头上效果很差，所以如果要买外接附加镜头的话，最好

8、带着相机去