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相机镜头光学中的一些疑难问题的解释

日期：2025-06-17 02:46

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摘要：1、变焦和对焦有什么区别？变焦就是改变镜头的焦距（准确说是像距），以改变拍摄的视角，也就是通常所说的把被摄体拉近或推远。例如18-55mm和70-200mm镜头就是典型的变焦镜头。焦距越长，视角越窄。对焦通常指调整镜片组和底片（传感器平面）之间的距离，从而使被摄物在CCD/CMOS上成的像清晰。我们通常说的“调焦”一般指“对焦”。有些人认为定焦镜头不能调焦的说法是错误的。 2、为什么镜头的*大光圈处通常成像不佳，或者说“成像比较肉”？ ...

1、变焦和对焦有什么区别？

变焦就是改变镜头的焦距（准确说是像距），以改变拍摄的视角，也就是通常所说的把被摄体拉近或推远。例如18-55mm和70-200mm镜头就是典型的变焦镜头。焦距越长，视角越窄。

对焦通常指调整镜片组和底片（传感器平面）之间的距离，从而使被摄物在CCD/CMOS上成的像清晰。

我们通常说的“调焦”一般指“对焦”。有些人认为定焦镜头不能调焦的说法是错误的。

2、为什么镜头的*大光圈处通常成像不佳，或者说“成像比较肉”？

追求成像的锐利应该是所有镜头的追求。镜头的光圈值一般从F1.2 - F32不等，例如F1.8 - F16，对于普通的单反镜头来说，通常成像*锐利的光圈值是F5.6或者F8，为什么呢？这涉及到2个概念，一个是球差、一个是衍射。

衍射：超小光圈处影响锐利度的因素。

衍射（diffraction）是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。在经典物理学中，波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。

与之相关的概念有爱里斑、瑞利判据，感兴趣的可以自行搜索，在此不再展开。

球差：大光圈处影响锐利度的因素。

我们通常看到的透镜成像的简化图中，平行光通过透镜以后汇聚于一点，这点叫做焦点，其实真实的情况并非如此。如下图所示：

光线既然不能**汇聚，也就不可能产生锐利的成像。当光圈大（光圈F值小）的时候，透镜接收光的圆面很大，于是光线的汇聚处会非常分散，造成成像不锐利。当光圈缩小的时候，透镜接收光的圆面很小，这时候光线经过透镜以后，汇聚处相对来说更集中一些，这样成像也就更加锐利了。

当然一般来说对焦不会非常准确，光圈小的时候景深更深，也会显得更锐利，但这是后话了。

当然，对于实际的镜头来说，镜头内部的镜片是很复杂的，可能有几片甚至十几片镜片，有些镜片的材质还较为昂贵，例如萤石，它们的主要作用其实就是改善镜头的光学素质，校正各种球差、彗差、色散、畸变等等。

例如EF 200mm f/2L IS USM镜头：

3、为什么有些微距镜头不能在远处对上焦？

这就要从成像的*基本公式讲起了。

焦距的定义是：指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。

我们通常认为定焦镜头的焦距不变，这种说法当然没有什么问题，但值得注意的是：焦距是在平行光入射的情况下定义的。另外一种准确的说法是：定焦镜头像距不变、视角不变。

普通定焦镜头可以认为焦距不变。例如50mm F1.8，它的*近对焦距离是450mm，物距比450mm小一点点。根据上面的公式，此时1/u就非常小了，可忽略，此时v≈F，即焦点落在像面上。可认为焦距基本不变。

但是对于佳能“百微”和尼康“105微”这样的微距镜头来说，*大放大比例是1倍，此时对焦距离就很近了，此时相对于焦距来说，1/u就不可以忽略了，这时算出来的实际的透镜焦点到光心的距离就不等于之前的焦距了。

对于“百微”和“105微”这样的镜头来说，由于其极特殊的光学结构，既可以在无穷远处合焦，也可以在很近的“不同”位置合焦。这是靠移动镜头内部的多组镜片组实现的。

说了这么多，还是没有解释为什么有些微距镜头只能在确定的位置对焦啊。为了简化问题且易于理解，我以单反加装近摄接圈为例，很多玩单反的微距爱好者由于囊中羞涩应该都买过近摄接圈进行微距创作，如果是50mm定焦镜头加近摄接圈，那么镜头的合焦距离就是一个确定的距离。如果是18-55mm变焦镜头加近摄接圈，那么镜头的合焦活动范围就是很小的一段距离。为什么呢？

插一句，接圈是什么？接圈就是一截接口处有螺纹或者卡口的钢管。好比你想够到高处的东西，所以你踩在一个凳子上面，脚底到地面的距离强行拉大了。接圈就相当于凳子。

说到接圈这又涉及到一个概念——法兰距。法兰距就是镜头卡口到相机底片的距离。那么你接了一个接圈就相当于强行拉长了法兰距。

由于你强行拉长了法兰距，像距v必然变大很多。而焦点到光心的距离F基本变化不大，所以像距u会大大较小。假设加了接圈以后，像距v = 2F ，那么此时u = 2F ,也就是只有物距等于2F的时候才能**合焦。这就解释了为什么有些微距镜头不能在无穷远处对焦。也解释了，为什么变焦镜头加了接圈以后合焦活动范围有很小的一段距离，而不是固定的距离。（因为变焦镜头的焦距变化范围大一些）

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