摄影中常用的知识(二):相机为什么有最近的拍摄距离?

文摘   Science/technology   2024-05-14 11:58   江苏  

使用单反相机或者手机都可以拍出令人可以欣赏的图片,例如图片1的人像

图1 车模

图片2的蝴蝶:

图2 蝴蝶

图片3的哈尔滨太阳岛:

图3 哈尔滨太阳岛风景

这些普普通通的摄影图片会给平凡的生活带来快乐!拍照现在已经成为日常生活中最常见的一件事情了,时时刻刻就拿出手机拍一下瞬间和大家分享,有时候也会上课听讲座拍照板书做笔记使用。今天从光学的角度来和大家讨论稍微专业的问题,拍照的时候相机为什么有最近的距离?
一、什么是“相机拍摄的最近距离”?
相机拍摄的最近距离是指:从被摄物体到镜头前端的距离(没有考虑镜头的主面)。图片4是三颗单反相机的镜头:

图4 三颗单反镜头的信息
图4左一镜头是焦距f28毫米,最近距离是0.25米;中间镜头是焦距f50毫米,最近距离是0.35米;右面的镜头焦距f135毫米,最近距离是1.0米。这说明不同镜头的焦距,对应的最近拍摄焦距离不一样。但是不难看出有其规律可循: 镜头焦距越长,最近拍摄距离越长;镜头焦距越短,最近拍摄距离越短(这个规律不适用于微距镜头,因为微距镜头的设计不一样。未来还将推出一期内容,专门介绍微距镜头),这是为什么呢?
二、相机拍摄的最近距离
2022-09-13锐光凯奇推送了“单反照相机上的像是怎么看到的?”内容中得知,无论是多么复杂的一个照相机镜头,都可以等效为一个单透镜,图5是一个物在2倍焦距位置的特殊情况:

图5 透镜成像的2f位置
物在2f(物方)的位置,物的像也是在2f(像方)的位置,但是一个倒像,物和像的大小一样。这是非常特殊的一种情况,图6是中学课本物体在焦点不同位置时,像的位置和大小:

图6 物体在焦点不同位置其像的位置和大小


总结可以得到:

图6-A中物体是在2F点之外,像在焦点F和2F之间一个缩小的倒像;

图6-B中物体是在2F位置,像在2F位置得到了没有放大和缩小的1:1倒像;

图6-C中物体是在焦点F和2F之间,像在焦点2F之外一个放大的倒像;

图6-D中物体是在焦点F和透镜之间,像在焦点F之内得到了一个放大虚像。

通过以上的总结可以看出:

图6-A就是照相机的情况,要拍摄的物体必须是在2F之外,这个2F就是相机拍摄的大概最近距离,但是还不够准确,因为没有考虑像面探测器的尺寸,图4中以焦距135mm镜头为例, 2f是270mm(0.27米),而实际最近距离1.0米(1000mm)。这就完整的解释了相机拍摄的时候为什么有最近距离的限制。感兴趣的读者可以设定像面尺寸,精确计算出来使用透镜的最近距离。

图6-B是一个特殊的情况,对于理解非常的有帮助;

图6-C也是很有意思,与图6-A就是相反的情况,物体是在焦点F和2F之间,像在焦点2F之外一个放大的倒像。聪明的读者是不是已经意识到它的实际应用?Yes,投影仪的原理!

照相机是把一个大的物体成像缩小到探测器(胶片、CCD)上达到记录的目的;投影仪恰恰相反是把一个小尺寸的物体经过透镜得到一个放大的图像。

至于图6-D中物体是在焦点F和透镜之间,像在焦点F之内得到了一个放大虚像,它的应用大家也是很熟悉,放大镜和显微镜目镜的应用。

三、相机有最远拍摄距离吗?

既然相机有最近的拍摄距离,有没有最远距离的限制?没有最远拍摄距离的说法,大家可以试试拿着相机对着天空拍摄,你会发现仍然可以对焦拍摄,所以相机没有最远拍摄距离。大家会在镜头上看到这个符号“ ∞”,这个符号的意思就是无限远,表示最远对焦距离是无限远。至于为什么也是不难,就是成像透镜的基本原理,无限远的像会在透镜的焦点位置(小时候大家都有使用放大镜汇聚太阳光的经历吧?)

这一期我们推送了相机为什么有最近的拍摄距离,也适用手机上的相机。后续还会推送有关相机拍摄的有关内容,例如微距透镜的原理、光圈、快门、感光度等等,敬请关注。

PS 
1、图5和图6使用了f和F,f是表示焦距(距离),F表示焦点;
2、本文图片和原理图(除图6中学教科书内容)全是原创,图片1和图片2使用索尼900机身,镜头是Minolta STF 135mm f/2.8 [T4.5] ,这是一支由美能达于1998年发布的摄影镜头,可用于索尼 AF系统。镜头中的STF表示 Smooth Transition Focus ,直译为平滑焦点变化。STF镜头中包含了一片特殊的切趾镜片(由中央往周边渐厚减光),以确保从焦点内到焦外的变化平滑而不会显得突兀,从而也造就了极高的焦外质量。  这是一只世界上柔焦非常有名的镜头,有机会可以给大家专门介绍;图片三是使用美能达镜头Minolta 28-85mm f3.5/4.5 拍摄。

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