2009年3月4日 星期三

光圈

要討論閃光燈之前,不可避免的得先說說曝光,特別是光圈和快門。當然隨便 google 都可以找到一堆,多多參考。這裡就只挑個比較 geeky(宅?)的地方談起。

相機的快門從 1/10 到 1/250 秒大概是比較常用的範圍。有時候會相機上簡寫成 10、60、500,表示 1/10、1/60、1/500 秒的意思。相對的長曝光則會補上「"」單位,2"、10"、30",則是表示整秒數。數字大小對應的時間的長短,或是說短長,這方面比較不會產生疑問。

光圈就沒有那麼幸運了。一開始接觸到光圈,最常出現的疑問便是,為什麼數字大表示光圈小?因為跟快門的 10、60、500 一樣,數字都是代表著分母。快門的分子是一秒,好懂好記;光圈的分子則是焦距 f;這也是為什麼常常寫做 f/2.8、f/16(或是比較老式的 1:2.8,f 1 比 2.8)的原因。而為了避免搞混,通常用大寫的 F(全名是 F number,或 F#,是個比例,沒有單位)來代表光圈數這個分母數字,用小寫的 f 來代表焦距長度。

焦距是在描述鏡頭時第一個提到,也是最重要的一個特性。從另一方面來說,每支鏡頭都不相同,要定義一個大家都可以通用的單位,自然要考慮到焦距的差異。再換句話說,一支 50 mm 的鏡頭光圈是 4 的時候,他的開口便相當於直徑 50/4=12.5 mm 的圓形。300 mm 的鏡頭光圈同樣開在 F4,他的等效口徑大小則是 75 mm。這也是為什麼長焦鏡頭都跟個大砲一樣,不僅長,口徑也大。鏡頭內部設計是門複雜的學問,實際上可以透過光圈環擺放的位置,來達到這裡所強調「等效」的效果。但我們也可以很粗略地想像這個 300 mm、F4 的鏡頭相當於一片直徑 7.5 公分的透鏡。

我們從光線的被鏡片折射角度來看。當平行光直射到 F2 鏡片的時候,最邊緣的光線會以 atan( (f/2)/2/f )=14 度的入射角度聚焦到底片上(再除以二是取半徑)。F11的話,這個角度只有 2.6 度。這也可以想像是所有的光線入射到底片的角度的變化範圍。在小光圈 F11 的時候,即便是失焦,也和準焦的成像落點相差也只有大約 3 度的固體角(想像一個頂端是 3 度的圓錐)。然而大光圈的話,這個圓錐的差距會有十幾度,失焦點跟小光圈比起來散得更開,也就是大家所追求的散景,淺景深。這當然是個很粗糙的模型,但也不失為一個了解景深的方法。

再來我們說光圈大小,可以透光多少,其實是在指他的面積大小。既然 F 代表著長度的比例,當計算對光線的影響時,便得要平方。所以 F2 是 F1 開口的 1/4(記得是分母!)。F2 則是 F2.8 的兩倍。人的眼睛對亮度的感覺並不是線性的,而是類似於倍數的判斷。像是天文學上星星亮度的星等,每級之間亮度相差 2.512 倍。所以光圈快門的「格數」也是同樣的道理,需要用比例的觀念去理解。當我們說曝光差「一格」,表示曝光量是兩倍或二分之一。所以在其他條件完全相同的情況下,F8(F1 的 1/64)跟 F5.6(1/32)差了一格;F1.7跟 F3.5 數字差一倍,曝光上(1/3 和 1/12)差了兩格。

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