物距焦距f数和景深的关系

物距焦距f数和景深的关系

一、什么是焦距

大家知道，凸透镜可以成像，物点（要拍摄的景物）离开透镜的距离称为“物距”，像点（透镜的成像）离透镜的距离称为“像距”，物点和像点存在一一对应的关系，物距的改变像距也随之变化，当物点处于无限远时此时对应的像点叫焦点，焦点离开透镜的距离叫“焦距”。物距、像距、焦距的关系可近似的用：1/像距=1/物距+1/焦距的公式表示。因为它们之间存在以上关系所以当物点不同时要想清晰成像必须移动镜头和感光元件（胶卷、CCD等）之间的相对距离，这一过程叫对焦或聚焦，值得指出的是对焦是正确寻找像点的位置而不是寻找焦点，焦点只是一个特殊的像点，一般处于无限远处的物体总是成像在焦点上。

通过以上分析可指，焦距是一只镜头的焦点到镜头中心的距离，不能“简单的把它理解为相机有效拍摄的广阔度。”另外认为“数码相机的焦距和传统相机是不一样的”就更不对了，事实上同样的镜头它的焦距不会因为使用在数码相机和传统相机而产参生改变，同理数码相机的镜头包括焦距在内的各项光学指标和传统相机的镜头完全相同。如果说有什么不同，那就是感光材料（胶片或ccd）的幅面不同，因而造成具体的成像效果不同，如焦距为50mm

的镜头使用在135幅面的相机上，它的成像效果和人眼观看的效果相同所以业界称之为标准镜头，大于50mm的镜头称之为长焦镜头，拍摄效果相当于用望远镜观看小；小于50mm的镜头称为短焦镜头或广角镜，拍摄效果广大但是物体小。但是同样焦距的镜头用在120幅面的相机上效果就不同了，由于120胶卷的幅面大于135胶卷的幅面，所以120相机的标准镜头是75mm，而135的50mm标准头装在120相机上只能当广角镜头使用了。由于数码相机的CCD 幅面较135胶卷幅面小的多所以50mm的镜头对于数码相机可以称之为长焦镜头了。

二、什么是变焦

变焦自然就是指“焦距可以调整”，但无论怎么理解变焦也不等于“望远镜”。望远镜指的是利用焦距较长的凸透镜和焦距较短的凸透镜或凹透镜组合来实现“望远”功能，和变焦好像没有直接的联系。利用数码相机的变焦功能固然可以把远处的景物“拉近”，但也可以把近处的景物“推远”，这才是变焦的真正目的而不是单纯的“望远”。为什么镜头可以变焦呢？原来不论数码相机还是传统相机的镜头并不是一块简单的凸透镜，而是有若干块凸凹透镜组合成的一个透镜组。这样做的目的是为了得到合适的焦距但主要是为了获得最佳的成像效果，因为单片凸透镜成像的像场崎变和色晕较大。所以镜头的制造是很有科技含量的，幸喜我国在光学镜头制造方面还是居世界前列的。

在一组由不同凸凹透镜组中，移动其中一片透镜的位置那么整个透镜组的焦距就会发生变化，这就是变焦的原理。变焦技术可以使一个镜头实现不同的焦距，免除了为了改变焦距更换镜头的麻烦，可是变焦镜头的设计相当麻烦，需要繁重的科学计算。早期的变焦镜头成像质量比分立的若干个定焦镜头的成像质量差的多，当时的专业摄影师常常背着好几个长短不一的镜头而较少使用变焦镜头。正是计算机的出现是变焦镜头设计繁重的科学计算变得轻松了，变焦镜头的设计制造也有了飞速发展，可以和同类型定焦镜头的成像质量媲美。所以变焦镜头和数码真是很有缘，用在数码相机上就更有投桃报李的意味了。

三、景深与光圈

景深也是个光学概念，前面谈焦距时讲到，对焦时物点和像点存在一一对应的关系，尽观物点和像点是一一对应的可是只是一个近似的比，实际上在物点前后的一段距离也可以清晰成像，这段距离称之为“景深”。

为了说明景深和镜头的关系还要引入一个概念：“相对通光孔径”。相机的镜头通常用一个叫“光圈”的机构用于控制进入镜头的光线强度。通过推理和计算，得出一个规律：影像（在感光物上的成像）的照度除了与景物本身的亮度和像的放大（或缩小）倍率有关系，还近似的与镜头光圈的直径D的平方成正比；与镜头的焦距F成反比，D/F的值称之为镜头“相对通光孔径”，为方便起见把相对通光孔径的倒数F/D称为光圈数，也叫F数。以上是影响景深的几个光学指数，限于篇幅不做进一步的原理分析，大家只要知道这几个指数的名称和作用就不难理解下文对景深的分析。景深是一种物理现象，它和镜头有如下关系：

1、镜头（凸透镜）的焦距大景深小，反之景深大。有一种为针孔相机它的焦距可以看成无限小所以景深从相机到无限远都清晰无需对焦，缺点时相对通光孔径太小（针孔吗）同时成像质量也不好；

2、镜头设置的光圈指数大景深就大（即相对通光孔径小），反之景深小；

3、另外物距的大小也影响景深，一般物距越大景深也越大，通常在一个特定的物距之后到无限远的物体都可以清晰成像（具体物距由镜头的焦距和通光孔径决定当然控制光圈的大小也可以决定这个物距的具体大小），这段景深称之为“超焦距”，低端的数码相机就是利用“超焦距”原理省去了结构复杂的对焦系统来节省成本。

现举例说明景深和焦距、相对通光孔径（光圈）、物距之间的关系：图四是一只焦距f=50mm、光圈值为1.8至22之间的镜头（这个指数不同的镜头范围不同，但每个指数相对应通光孔径是一致的，光圈值越小相通光孔径越大，即光圈1.8时相对通光孔径大于光圈值22时的相对通光孔径），由于镜头焦距一定我们只有调节光圈来改变景深，当光圈为1.8时景深最小，超焦距范围是10m到无限远；当光圈为22时景深最大，超焦距范围从2m到无限远，即2m到无限远的距离都可以清晰成像。以上值并不是固定不变的只是针对焦距50mm的镜头有效，如果镜头焦距不同景深也会发变化，规律是焦距小（短）景深加大，反之减小。如焦距30mm的镜头相对应景深大于焦距50mm的镜头，焦距100mm的镜头相对应景深小于焦距50mm 的镜头，所以变焦镜头在不同焦距时景深也随之变大或变小。

以上是对镜头的各项指标的原理分析，数码相机虽然是数码产品但毕竟是相机，要想拍好数码照片了解一些摄影知识还是很有必要的。