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从红圈百微说开去——镜头焦距、对焦距离和放大倍率的数学关系

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楼主
  • 0pin008 老会员 虚线
  • 积分:6064 经验值:18607 帖子:405 精华:3 粉丝:525 地区:暂无 注册日期:2004-06-23
0银羽六级
精华帖楼层
1 2010-05-17 14:35:03

前天有个摄友问了撞针关于红圈百微焦距和放大倍率的问题。他有两点疑惑:

1.他认为根据镜头成像原理,红圈百微最大放大倍率为1,此时焦距应该等于拍摄距离,但他用红圈百微对最近处拍照时,镜头与被摄物体的距离绝对不止100mm,难道红圈百微的放大倍率达不到1:1?

2.他看资料查到非红圈USM百微的最近对焦距离为31cm,红圈百微则为30cm,这个对焦距离为被摄物体到成像元件的距离。他认为如果两款百微镜头放大倍率都是1,焦距都是100mm,那么对焦距离至少应该相等,按理说红圈百微本身更长,对焦距离也应该更长才对,难道红圈百微的实际焦距缩水了?

其实这些并不是个生僻的问题,估计很多人都知道,撞针本想找个相关的网页糊弄一下,结果一时还找不到说的特明白的,少不得撞针自己写一个,明白的同志略过就好了。

问题中有好几个概念被误解:

1. 估计中学光学太久远忘了,透镜只有对无穷远成像时焦距才等于像距,否则像距就大于焦距。像距=焦距+焦像距(如图,物距=∞时焦像距=0)。




2.镜头不是“薄透镜”,计算对焦距离时我们可以把镜头简化为分裂成两个平面(两个主面)的薄透镜,两个平面的间距也就是虚拟透镜的厚度,这个厚度与镜头本身长度没有直接关系。

3.两个主面并不一定和镜头最前、最后的镜片重合,因此物距也不等于镜头前端到对焦物体的距离(工作距离)。

4.今天大部分镜头标注的焦距是其对无限远处对焦时的焦距,镜头对近处对焦时需要改变实际焦距。红圈百微在对0.3m对焦时,焦距一定不到100mm。此时镜头的主面位置也会变化,主点间距当然也在变。

这样我们就知道:

1.镜头工作距离并不是真正的物距。只有知道前主面的位置才能知道物距是多少。

2.对焦距离=物距+主点间距+焦距+焦像距(d=u+p+f+i)。对焦距离和镜头工作距离、镜头长度没有直接关系。

3.根据相似三角形原理(图中浅红色两个三角形),放大倍率M=h':h=i:f。

只要我们知道了镜头在某一放大倍率M时的实际焦距f,带入透镜成像公式1/f=1/u+1/v,我们就能算出像距和物距,如果我们再知道此时镜头的主点间距p,就能算出镜头的对焦距离:


不幸的是,厂家从不公布镜头某一放大倍率或某一对焦距离的主点间距是多少、实际焦距是多少,因此我们是不可能算出通过计算把对焦距离和放大倍率联系起来的。一个悲哀的结局...

  • yqlyql-007
    +5分
  • 平老虎
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  • 0seyou2009 初级会员 虚线
  • 积分:159 经验值:975 帖子:9 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2009-01-24
0铜羽三级
2 2010-05-17 14:36:10

学习~~~~~!

  • 0cqflucky 封禁用户 虚线
  • 积分:114 经验值:489 帖子:15 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2009-09-08
0铜羽二级
3 2010-05-17 14:36:51

支持蜂鸟网!

  • 0sdon 中级会员 虚线
  • 积分:1342 经验值:5425 帖子:119 精华:3 粉丝:4 地区:暂无 注册日期:2008-06-16
0银羽五级
4 2010-05-17 14:42:35

学习,努力消化中。

  • 0asbrock 初级会员 虚线
  • 积分:290 经验值:1784 帖子:17 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2009-03-04
0铜羽三级
5 2010-05-17 14:48:30

好强大的分析啊
高中的物理都放出来了

  • 0哥是个传说 新会员 虚线
  • 积分:0 经验值:119 帖子:暂无 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2010-01-01
0铜羽二级
6 2010-05-17 14:49:54

不懂,围观。

  • 0忧郁的米 中级会员 虚线
  • 积分:767 经验值:3180 帖子:44 精华:暂无 粉丝:1 地区:暂无 注册日期:2010-01-10
0银羽四级
7 2010-05-17 15:24:53

好好学习,天天向上!多谢

  • 0上传了这张照片 初级会员 虚线
  • 积分:220 经验值:548 帖子:15 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2010-03-07
0铜羽三级
8 2010-05-17 15:42:12

前排观望..学习!

  • 0mayvac 新会员 虚线
  • 积分:1 经验值:33 帖子:1 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2006-10-30
0铜羽一级
9 2010-05-17 15:49:16

好东西啊。学习ing
。。。

  • 0yqlyql-007 高级会员 虚线
  • 积分:24468 经验值:52587 帖子:236 精华:19 粉丝:20 地区:天津,塘沽 注册日期:2007-11-01
0金羽八级
10 2010-05-17 15:54:59

虽是摸摸糊糊但支持008版主是坚定的,往下来是学习领会!

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