光圈系数

-

.z.

照相机的主要结构

照相机的结构示意图

①机身②镜头③光圈④快门

⑤胶卷⑥卷片器⑦取景框

照相机是一种集光学、机械、化学、电子、材料于一体的仪器，大小部件很

多，但其主要部件有镜头、光圈、快门、取景器、测距器、机身、卷片装置、

闪光連动和自拍机等。

一、镜头的结构和成像原理

镜头是照相机的眼睛，它和人的眼睛一样，能使被摄物体形成一定的景象，

并如实地记录在感光片或者磁盘上。现代照相机机的镜头是一种复式镜头，它是

由三、四片或者六、七片不等的凹凸透镜组成。这些镜头口径大，并其表面有镀

膜，大大提高了镜头的透光能力和成象的清晰度，克服了单透镜照相机容易出现

的变形现象。镜头分为固定镜头和活动镜头两种，都安装在照相机的前端。

1、镜头的成像原理：

-

.z.

构成镜头的主要成分是玻璃透镜。透镜又分凹透镜和凸透镜两种。凹透镜只

能发散光线，不能成像；凸透镜有聚光的作用，能把外界的各种光线会集起来，

形成一定的影像。现代照相机的复式镜头都具有聚光成像的作用，而凹透镜虽然

没有聚光成像作用，但它有校正镜头成像时出现的各种像差的功能。

从凸透镜成像原理图可以看出，凸透镜左边有一个光点，透镜将它的发散

光线分别向主轴折射，最后所有的光线会集成一个很清晰的小亮点。这个小亮点

就是透镜左边光亮点的"像”，也就是光学上讲的"焦点”。

假如透镜左边的光点换成一个物体，则在透镜右边就不是一个小光点了，

而是这个物体的影像了。

影像倒置：经过透镜聚成的物体的影像，其各个部分的位置和原物体恰恰

相反，上下颠倒，左右移位。这是因为光线都是直线传播的，这些光线穿过透镜

分别向主轴折射后，到达成像屏上就会聚成一定的影像。这时从图中可看到，从

物体下部射来的光线并不会聚在下边，而是在上面；从物体左边射来的光线也不

会聚在左边，而是在右面。所以说，物体通过透镜会聚成的影像，其各部分的位

置都是和原物体相互倒置的。

2、镜头的焦距：

透镜成像在理想的情况下，同一物点发出的全部光线，通过透镜后仍相交于

一点，每一条直线都相对于惟一的一条直线，每一个平面，都对应于惟一的一个

平面。这种物与像一一相对应的关系，叫做共轭关系。一般地说，被摄物体离镜

头30米以上，即称之为无穷远，用符号"∞”表示。无穷远处的物体散射出来的

光线，通过镜头的透镜形成的像点，就是焦点。从焦点到透镜中心的距离，就

-

.z.

是焦距。焦距用符号"F”来表示。除了变焦镜头

以外，其它的镜头的焦距都是固定的。常见的镜

头的焦距有2.8cm、3.5cm、5cm、9cm、13.5cm等

多种。

镜头焦距的长短，直接影响物体成像的大小。在同一地点，用不同焦距的

镜头拍摄同一物体，其形成的影像的大小是不一样的。这个变化的规律是，用的

镜头的焦距越长，其物体成像就会越大。反之，镜头的焦距越短，其拍摄物体的

影像就会越小。即物体成像的大小与镜头的焦距的长短成正比。镜头焦距增加一

倍，物体成像也就增加一倍。如下图所示。

镜头焦距的长短还影响到镜头的透光量、镜头的视角大小和景深的长短。凡是焦

距长的镜头，其透光的能力较弱，视角较小，景深较短；而焦距短的镜头，其透

光能力就较强，视角也较大，景深较长。因此，在摄影时就要根据不同的需要，

选取不同焦距的镜头。

3、镜头口径的光圈系数：

镜头的口径就相当于房子的窗口，窗子越大，进入房子里的光线就越多，室

内就越明亮。镜头的焦距就相当于房子

的深度。镜头的焦距越长，感光片上得到的光线照度就越弱；镜

头的焦距越短，感光片上得到的光线照度就越强。例如，有两个

口径都为一吋的镜头，但它们的焦距不一样，分别为8吋和16吋，口径与焦距

的比值为1：8和1：16，显然，焦距为8吋的镜头比焦距为16吋的镜头的光通

-

.z.

量要大。

我们通常把1：8和1：16的比值写成f8和f16，"f”是一个系数，它表明

镜头焦距对镜头口径的倍数。口径相同的镜头，焦距越长，f系数的数值就越

大，而f系数的数值就越大，镜头的透光能力就越弱。如f2.8>f3.5>f5.6>f8>

f11>f16>f22。

自然界的光线是瞬息变化的，时强时弱。在拍摄时，为了能让所需要的光

线完全通过透镜，折射到感光片上，使物体清晰成像，最理想的办法是使镜头的

口径能随意调节，控制进入镜头光线的多少，于是，人们就在镜头上安装上了"

光圈”装置。

光圈一般都是由十几片微薄的钢片组成，装在复式透镜的中间，由按钮调

节圆孔的大小。这些不同口径的圆孔，其主要的功能就是控制通过镜头的光通量。

圆孔的大小由数字表示，分别为1.4、2.8、4、5.6、8、11、16、22等，这些光圈

的读数与镜头的相对口径大小是一致的。这样，虽然镜头的口径不变，但由于光

圈的调节圆孔的大小，也就是调节了镜头口径的大小，以此来调节透过镜头的光

通量，使到达感光片上的光的强度始终保持在一个恒定的量上，感光片也就得到

了正确的感光。

以上光圈各档的数值通常又称之为光圈系数，都刻在了镜头的边缘上。从

光圈系数的排列上可以看出，光圈越小，其通过镜头的光通量就越小，而f系数

的比值却越来越大，从1.4一直递增为22。f系数比值大小，和实际镜头的光通

量成反比，也就是说，光圈的读数越大，光圈开的就越小，通过镜头的光通量也

就越少。

-

.z.

4、镜头的视角：

镜头的视角*围有一定的限度。镜头视角的大

小，取决于镜头焦距的长短和用底片尺寸的大

小。焦距短，底片尺寸大，视角也就大，拍摄

*围广；反之，焦距长，而底片小，视角也就小，拍摄*

围自然也就小。(右图所示)一般标准镜头的视角大约在

50度左右。测定镜头视角的方法是：当镜头与底片保持

在焦点距离时，由镜头中心到底片对角线两端所形成的

夹角，即是镜头的视角。例如焦距为6mm、f/2.8

Fisheye-NikkorAIS的尼康超广角镜头，（左图）极适合于用来创造特别效果，220°

的视角比一般的鱼眼镜大出40°，f/2.8的最大光圈使这支镜头能够在极暗的光

线条件下进行拍摄。近摄距离：28厘米，5片滤镜内置于镜头中的旋转塔上。

5、加膜镜头：

相机镜头的透镜表面，往往呈紫色、米黄色、深蓝色等，

这是在镜头透镜的制作时，让氟化物在高度真空中蒸发，在透

镜的表面上就形成了一层带色的薄膜。其目的就是为了尽量减

少光线通过镜头时的反射，降低光线的损失，把尽量多的光线

都通过透镜到达感光片，让感光片正确感光（左图）。

二、镜头的景深和超焦距

-

.z.

（1）景深的形成：

在摄影过程中，需要调准镜头的焦

距才能拍摄出清晰的照片，由于视场中

的物体离镜头的距离是不一样的，也就

是说它们的焦点是不在一个焦点平面

上的，由于镜头有共轭焦点（如左图所示）。图中A、B、C分别表示场景中的

三个物点，若以A为目标聚焦，则A的像落在焦点平面上的就是A＇，则在A

点前后的B、C两点，其落在焦点平面上的就是B＇和C＇，是一个光斑，叫做

弥散圈。当这个弥散圈的直径小到人的肉眼分辩不出来时，B、C的光斑也被认

为是清晰的像点，在焦点平面上，B＇、C＇的成像清晰*围叫做焦深。与焦深相

对应的被摄景物的清晰*围叫做景深。从被摄物到最近清晰点的距离叫前景深，

被摄物到最远清晰点的距离叫后景深。前后景深的和叫全景深，简称景深。

把不影响成像清晰度的最大模糊圈称为容许的弥散圈。弥散的直径是决定摄

影焦深和测距精度的重要参数。这个量值，由观看照片的距离、放大倍率和眼

睛的分辩率来决定的。从计算和实验的结果证明，人眼观看任何物体，当人眼距

离越过被观察物体直径3450倍时，这个物体成像就是一个小点。一般的照片，

（照度为50－200L*，照片的最大密度是1.9）以0.1mm作为照相容许弥散圈的

直径，就是按照345mm视线距离来决定的，这时，视角正好为1＇，而平时明

视距离观察即250mm，观察0.1mm物体时，其相应的视角比人眼的极限分辩角

稍大一点(人眼的鉴别角2＇-3＇)也是容许的。

135胶卷的弥散圈应在1/20－1/30mm,120胶卷则在1/10－1/20mm。通常规定

的弥散圈直径以不超过该照相机标准镜头焦距的1/1000为原则。135照相机的

-

.z.

标准镜头为50mm，它的1/1000就是1/20mm。如在135照相机上换上一个500mm

长焦距镜头，仍按50mm计算，因为胶片的尺寸未变。

（2）影响景深的因素

景深的大小是由光圈的大小、镜头的焦距和镜头到被摄物体之间的距离而决

定的。

光圈大小也決定了景深的大小。光圈越大，景深越短；光圈越小，景深越长。

在拍摄中，欲取最小景深的最简单的方法是使用最大光圈。如果由于光线太亮，

使用最大光圈配合相机上的最快速度，曝光仍然过度的话，解决的方法之一是使

用"灰色滤镜”，方法之二是换用片速低一些的胶卷。

要想使所有的被摄景物在画面上都能较为清晰地显现，则需要尽可能大的景

深，景深越大，被摄景物的清晰度也就越高。欲取最大景深的最简易的方法就是

缩小光圈，尽可能使用相机上的最小光圈。

焦距的长短，直接影响着景深的长短，在同一个光圈、同一地点拍摄同个景

物，镜头焦距越长，它的景深就越短。用长焦距镜头拍摄，镜头伸出的长度，比

短焦距要长，在焦点平面上形成的弥散圈直径也大，焦深和景深也就变小了。

物距的远近。在光圈和镜头焦距不变的条件下，镜头到被摄物越远，其景深

就越大，反之，则越小。

因为物距和像距是共轭关系，焦距由近向远处调，焦点平面上形成的一系列

的弥散圈变化不大。这样可容许的弥散圈的*围较大，景深也较大；而物距逐渐

减小时，焦点平面上形成的一系列的弥散圈变化明显。这样可容许的弥散圈的*

围较小，景深也较小。因此，在实际应用时，根据创作的要求，把光圈、焦距和

物距综合起来考虑，把景深控制在所要求的*围内。

-

.z.

（3）超焦距

当镜头调焦到无穷远时，从照相机

到最近处清晰物面之间的距离H叫超焦

距。超焦距是一个变量，它的长短是由

照相机镜头的光圈大小、镜头焦距的长

度和拍摄时的物距来决定的。光圈开度越大，超焦距越大，成正比例关系；镜头

焦距越短，超焦距越短；在弥散圈大小不变的情况下，超焦距和焦距成正比。所

以，要与景深区别开来，即超焦距越大，景深则越小，成反比关系。两者不能混

淆（左图）。

由形成景深的原理可知，当调焦点放在无穷远时，前景深到无穷远时是超焦

距，而后景深没有发挥作用。当调焦点移到景深前界限处，使最远清晰点仍在无

穷远，而最近清晰点到镜头的最近距离，恰好是超焦距的1/2，景深也就增大到

1/2超焦距处，所以，用超焦距扩大景深，在摄影中被广泛地应用。

发挥超焦距的作用，可以从两个方面考虑。一方面能最大限度地扩大景深*

围，如在抓拍运动的物体时即可运用。另一方面，适当开大光圈，可以相对提高

胶片的感光度。一般来讲，要想得到从3.12米到无穷远的景深，必须用f16的光

圈，如果运用超焦距，则可以运用f8的光圈就可以得到同样的景深*围。这样相

对地增加了两级光圈。因此，在光线较暗的环境里拍摄，为了增加曝光量，由开

大光圈，利用超焦距增大景深，就可以同样达到预期的目的。

三、镜头的质量

-

.z.

镜头的优劣直接影响到照片的质量，而镜头的质量表现在镜头的透镜结像的

清晰度、准确度和通光量。一枚质量好的复合式镜头，是由多片凸透镜和多片凹

透镜组成。凸透镜是具有聚光成像的能力，凹透镜是具有校正像差的作用。但组

合起来仍然相当于一个成像的凸透镜。

镜头的分辩率是指镜头对物像细微影纹的分辩能力。一般是利用镜头的分辩

率的高低来评价镜头的质量优劣。通常是在成像面上每一毫米的距离内所能清晰

地分辩出黑白线条的条数，其单位是"线对/mm”。国家规定，135、120照相机

摄影物镜的分辩率标准分为三个等级，见下表：

标准

像幅视场

一级二级三级

60×60(mm)

中心视场

条/mm

262115

中心以外

条/mm

1396

24×36(mm)

中心视场

条/mm

373126

中心以外

条/mm

221512

由于镜头的结构十分严密，要精确地鉴别镜头的质量，需要有专门的光学仪

器。通常有一个简便的鉴别方法：

-

.z.

(1)察看镜头的最大口径。镜头的口径越大，说明它的感光能力越强。

可以适应较暗的拍摄环境，进行较快的速度曝光。

(2)观察镜头的分辨力。镜头在视场中心和视场边缘部分的分辨力是不一样

的。镜头中心的强，边缘的弱。镜头的质量越高，其分辨力就越强。根据这一原

理，可以拍摄一块线板，看其照片的清晰度，以此来测定镜头的分辨力，即可判

断镜头的质量。

(3)观察像界的清晰度。像界的清晰度就是指镜头成像清晰和影纹纤

细的程度。鉴别时，可以在照相机的后面放感光片的地方，放置一块磨

沙玻璃，通过它观察书报上的字迹，检查影像的清晰程度。