探索数码摄影的奥秘－镜头的工作原理

第 3 章 相机镜头的工作原理




如果你的摄影作品有瑕疵，那么你的摄影技术仍需进一步提高。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—Robert Capa

　　如果你拥有最棒的广角镜头，那么后退两步，对着镜头准备大叫“茄子”吧！
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—Ernst Haas

　　组装一台没有镜头的相机是完全可能的。我们将这种相机称为针孔相机。要做这种相机只需找一个盖得很紧且不透光的箱子，然后用笔直的别针或针在箱子另一面的中心戳一个小孔。此外，你也可以自己制作一台针孔数码相机，先卸下相机的镜头，然后在相机盖的中心戳一个小孔。由于光线都是通过一个很小的洞孔进入这两台针孔相机，所以光线不容易发散或漫射，而会在盒子的另一面形成对焦的图像。针孔数码相机并不仅仅是一个有趣的试验，因为一些敬业的摄影师仍旧通过这种方法创造出非常完美的照片。如果你想获知更多有关这方面的信息或想自己制造一台针孔相机，你可以登录Bob Miller的网站www.exploratorium.edu/light_walk

　　由于针孔相机一侧放置有胶片或影像传感器，所以其成像的效果几乎与带有镜头的相机所拍摄出的照片效果一样。大家都知道，镜头是用塑料或玻璃制成的，那么多少片塑料或玻璃透镜才能组合成一个镜头呢？才能使相机具有高度的对焦和变焦能力呢？这都取决于相机的质量和价格。事实上，镜头最重要的功能是对焦入射相机的光线，并创造出清晰的图像，最终使它触击到位于相机后方的胶片或影像传感器。

　　你可以通过调焦环在镜筒上移动并通过取景器来查看是否已经对焦，或者你也可以什么都不做，让镜头进行自动对焦或不进行调焦。价格相对便宜的数码相机或传统相机都配备了定焦镜头（这类镜头的特点是不管被摄物距相机多近（可能只有几十厘米）或多远（无限远），镜头都会尝试着把它们进行对焦）。你第一眼看它所对焦的图像觉得还可以，但事实上没有一个被摄物被真正地对焦。此外，一个好摄影师不会采用对焦全部被摄物的方式来进行拍摄，因为优秀的摄影作品讲究虚实要恰到好处。

　　镜头并不是调焦的惟一主角；曝光系统、影像传感器以及相机在存入记忆卡之前处理拍摄图像的过程，都能够影响到照片最终的清晰度。

3.1 光线的工作原理

　　摄影是一门研究光的艺术，因为光包含了所有颜料和染料的色彩，并且它还能够穿过凝胶和滤镜，而缺光的时候就会产生阴影。光线是能够影响人类生活的最基本的元素之一，光是生命之源，没有光就没有地球上的能量，因为除了可见光之外，在地球内部还潜藏着诸多由光所产生的能量。事实上，直到现在为止我们还不能完全地了解什么是光，甚至当今的科学家对于光的理解仍存在诸多矛盾之处，如果你近近地凝视着一束光线，你会感受到世间万物的光怪陆离，我们不一定去探寻光的奥秘，只要能合理地利用光就足够了。



1.光是一种能量形式，它以电磁波的形式存在于宇宙之中，是诸多能源中的一种。光能以波的形式传播，我们把波的两个波峰间的距离称为波长，波长的长短决定了存在于大自然中能量的特殊形态。如上图所示，人类能够看到的光仅为图中一段很短的被称为可见光的波段。我们把这种光称为“波段光”，人类是看不到其波长的，我们只能以“热”的形式感受到它们的存在。我们根据波长的长短发明了很多测光仪器，不仅能够测到红外线，而且还能测到波长相对较短的紫外线等。



2.光谱中不同波段的光依据其特性有不同的用途，为人类带来了诸多便宜。波形决定了光波能量的大小和形状。微波的波长较长，它无法穿透微波炉上带有小孔的防爆玻璃而被隔离在了微波炉之中。然而可见光波常常足够短，易于穿过小孔。正是人类对波的这一特性的了解和掌握，才发明了微波炉。

3.光线也可以用粒子的形式来进行定义，每个粒子都携带着一定数量的能量。测光表就是根据上述特性来测光的。从本质上讲，测光表就是根据在感光表面上所测得的粒子数量来测出光的数值。光粒子中的能量大小与光的波长具有一定的关系，波长越短，波所具有的能量就越大（或许很多人会觉得红光和黄光的能量会比较大，因为它们是暖色，但事实上，蓝光所具有的能量比红光和黄光要更多一些）。光波中各种颜色的能量差异对摄影来讲并没有太大的关系和用处，所以我们可以忽略这层关系。

4.光照射到空气中会像池塘的涟漪一样渐渐散开。如果光照射过一个洞口或照射过一个物体的边缘，那么光会以洞口或边缘为中心（如上图所示）照射到前方。其实，光波不是完全步调一致的，它们之间的布列结构是不一致的。比如说，一些波长的顶端会触及到另一些波长的底端，从而彼此抵消并产生衍射现象。根据上述原理，我们可以解释为什么聚光灯和手电筒的光束并不能照射出完美的圆形光影。

5.由于光波会散射，所以光波会变得越来越薄，照射的范围也会越来越大，光波中所含的能量也会变得越来越弱。这一原理对摄影来说十分重要。例如，我们用闪光灯拍摄一个距离相机5英尺远的物体，其亮度会比在日常拍摄距离相机10英尺远的物体的亮度整整高出4倍左右，这就是摄影对上述原理的实际应用。

3.2 镜头折射光线的工作原理

　　镜头一直扮演着控制光线的角色。透过镜头才能使光线在相机中成像。此外，镜头中反映了所有拍摄物的影像并可以通过镜头来调节拍摄物的远近距离，同时，镜头还控制着相机的进光量以及对被摄物的调焦。在实际拍摄中，虽然有取景器和变焦镜头辅助取景，但是在取景时仍需要摄影师结合自己的美学修养和素质来判断与取舍，才能拍摄出构图完美、完整的照片。在调焦方面，现今大多数数码相机都可以进行自动对焦，不管你是采用自动对焦还是手动对焦，调焦是拍摄必要的环节，而且这一环节从光透过玻璃或塑料透镜入射相机的那一刻起就已经开始工作了。




1.当光线照射到一个物体上时，从物体上反射出的光线会均匀地向各个方向发散。

2.光线的照射速度在不同介质的影响下会产生微小的变化。例如，光线照射过玻璃、塑料或者其他透明介质（如水或空气）就会产生速度的变化。




3.当一束光线穿过空气进入玻璃片或塑料片（玻璃和塑料是镜头制作常用的两种原材料），光线仍然会在它们内部以极慢的速度穿过，就像光速受到了自然规律的限制一样。

4.但是当光束有角度地射入空气和玻璃的接合面时，光束的速度是不同的（因为光线在空气和在玻璃中的传播速度是不同的）。光线的一端触击到玻璃时其速度会立即变慢，但是光线的另一端仍然存在于空气中，所以，它的速度仍然很快。由于这种速度上的变化导致了光线不同的运动方向。这种状况就像一辆汽车的右轮压在沙子上，而左轮却压在石子路上。因为沙子的摩擦力较小，所以无论右轮怎样转动，都很难向前移动。而车子的左轮在石子路上产生的摩擦力较大，它就会向前移动并且比右轮的移动要快，最后导致汽车向右侧移动（如下图所示）。




5.改变光线方向的过程叫做光的折射。折射率则是物体能够引起光线折射的程度。光的折射是相机镜头清晰成像的主要条件。