光學儀器相機

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相機部件

一台簡單的相機由凸透鏡、光圈、快門和底片組成。

凸透鏡的作用是在底片上形成實像和倒立像。與焦距可變的眼球水晶體不同,相機鏡頭的焦距是固定的。相機鏡頭是凸透鏡,而不是凹透鏡,因為凹透鏡成像總是虛像。而凸透鏡成像則在物距大於焦距時為實像。實像是指能夠被底片記錄下來的實像。相反,虛像是一種虛假的影像,因此無法被膠卷記錄。凸透鏡所產生的實像和倒立像的位置與底片上的位置一致。

光圈或光圈值。光圈的作用是控制照射到底片上的光量。光圈的直徑大小取決於鏡頭尺寸,並以光圈值(f值)表示。光圈值定義為鏡頭焦距 (f) 與光圈直徑 (D) 的比值:光圈值 = f / D。若鏡頭焦距為 100 毫米,光圈直徑為 20 毫米,則光圈值為 100 毫米 / 20 毫米 = 5。在這種情況下,鏡頭設定為 f/5。若鏡頭焦距為 100 毫米,光圈直徑為 25 毫米,則光圈值為 100 毫米 / 25 毫米 = 4。在這種情況下,鏡頭設定為 f/4。根據此計算可知,光圈直徑越大,光圈值越小,照射到底片上的光量也越少。最小的光圈值(最大光圈直徑)決定了鏡頭的速度。

快門速度。快門開啟的時間間隔會影響照射到底片上的光量,因為當快門打開時,底片也會隨之打開並接收光線。快門速度也稱為「曝光時間」。快門速度與快門開啟的時間間隔密切相關,因此通常以秒為單位。快門速度的範圍從幾秒到一秒不等。快門開啟的時間間隔越短,快門速度就越快,照射到底片上的光就越少。當光線不足時,需要使用高速快門。高速快門還可以消除因相機震動造成的影像模糊。

膠片。底片的作用是記錄相機鏡頭形成的真實影像。幾年前,相機還在使用底片,但現在已經不再使用底片了。目前,相機鏡頭形成的影像是透過電子方式記錄的。以電子方式記錄影像的相機稱為數位相機。使用底片記錄影像的相機稱為類比相機。

影像的聚焦與形成

除了光圈大小和快門速度外,拍攝品質也受對焦的影響。在講解相機鏡頭對焦之前,首先需要先理解以下說明。對於凸透鏡,當物距(s = do)非常遠,可以視為無限遠時,凸透鏡所成的實像將與凸透鏡的焦點重合。因此,當物距無限遠時,像距(s' = di)等於焦距(f)。關於凸透鏡的成像,當物距減少時,像距會增加,影像尺寸也會增加。

光學儀器相機 1相機鏡頭對焦與人眼水晶體對焦不同。人眼晶狀體對焦是透過改變水晶體的曲率(即改變水晶體的焦距)來實現的,直到影像正好落在視網膜上,從而獲得最清晰的影像。如果相機使用單鏡頭(而非多片透鏡組成的變焦鏡頭),則無法改變鏡頭的焦距。相機鏡頭對焦是透過改變像距(英吋)來實現的,直到獲得最清晰的影像。

如果物距(s = do)非常遠或無窮遠,則像距(di)等於焦距(f)。參見圖1。

若物距小於無窮大,則像距(s' = di) 大於焦距 (f)。 光學儀器相機 2物體距離(s = (do),像距(di)越大,像的尺寸也越大。基於此解釋,可以得出結論:如果物體與鏡頭之間的距離較近,則必須增加鏡頭與底片之間的距離。如果物體與鏡頭之間的距離較遠,則應減少鏡頭與底片之間的距離。參見圖2。

對焦相機鏡頭時,也需要注意所用鏡頭的焦距。鏡頭焦距越長,像距(s' = di)就越遠。焦距越長的鏡頭成像也越大。如果想要在拍攝遠處物體時獲得精確的影像,則應使用焦距較長的鏡頭。焦距較長的鏡頭通常曲率較小,成像也較平。

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