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光圈的奧義

GALLERY

光圈F1.8


光圈F2.8

光圈F5.6

光圈F8


光圈F11



光圈怎麼看

不要再當攝影知識遜咖
教你解讀光圈的真實定義



光圈值F-number

    光圈值並不像ISO或快門速度有一定的單位規格,也就是說光圈的大小並不是只取決於光圈孔徑的長短,這一點我們可以從以下例子來說明:
Samsung EX1的大光圈鏡頭F1.8Panasonic GF系列的20mm F1.7Canon EF 50mm F1.8 II
這三個的光圈孔徑完全不同,但都是大約有F1.8的大光圈,為什麼呢?
 
 

光圈相同,孔徑卻大不等?

    由這個例子中我們可以看到光圈值並不絕對等於光圈孔徑的大小。雖然跟光圈孔徑有關,還得視鏡頭的焦點與感光元件間的距離而決定。而一個光圈值(F)的定義也就是有效口徑(D)除以焦點距離(f),也就是俗稱的口徑比(aperture ratio=D/f),這也是我們常能在鏡頭上看到1:1.4之類的光圈值標示的原因。例如,光圈f1的鏡頭,就是有效口徑等於焦點距離,F1.4則是焦點距離為有效口徑的1.4倍,這些大家都不難理解。
以Canon EF 24mm F1.4L為例,鏡頭上看到1:1.4,就是標明有效口徑與焦點距離之間的長度比例。比較特別的是光圈口徑大於焦點距離的鏡頭,例如Leica Noctilux 50mm F0.95超大光圈神鏡,就是焦點距離為有效光圈的0.95倍。

 
現在以f/D來表示光圈大小

    越來越多的廠商為了讓使用者更容易看懂鏡頭上的標示,已不在使用D/f口徑比,反而是使用倒口徑比f/D,這是因為口徑比會有除不盡的小數點,但是以1做為分母的倒口徑比,卻不會有這樣的問題。
 
如果以口徑比D/f做為光圈值就會出現這樣的情況:
F=1(D)/1.4(f)=0.7142857……
因此我們習慣將口徑比倒過來做為光圈值的標示。
F=1.4(f)/1(D)=1.4


光圈葉片開孔與光圈值的關係
最大光圈縮光圈最小光圈
光圈進光量與光圈值的關係
F值F1.0F1.4F2F2.8F4F5.6F8F11
亮度比√1√2√4√8√16√32√64√128
每一級光圈值都是以2做為公比的等比數列,也就是F1.4的亮度為F1的兩倍;F2的亮度又是F1.4的兩倍……等等,每一級數光圈值的進光量都相差兩倍。由於攝影成像是平面的,也須將平方的概念帶入光圈孔徑上,例如光圈F1的兩倍亮度不是F2,而是F1.4,因為光圈孔徑1.4×1.4=2(√2也就是1.4);F1.4的兩倍就是F2,因為光圈孔徑2×2=4……以此類推。


RF、EVIL更容易做出大光圈鏡頭

    不論是RF(連動測距式相機,如Leica M系列)還是現在更流行的EVIL(電子觀景窗可交換鏡頭相機Electronic ViewFinder, Interchangeable Lens,如Olympus EP系列、Panasonic GF系列、SONY NEX系列、Samsung NX100)都比DSLR更容易做出大光圈鏡頭。相較於DSLR這兩類型的相機都少了反光鏡裝置,這縮減了鏡頭與感光元件的間距。離鏡頭越近接收的光量越強,反之則越微弱,這使得在同樣的光圈孔徑之下(所以別奢望它的散景會更漂亮), RF、EVIL卻能做出更大光圈鏡頭的原因。
EVIL與RF相機,後鏡片離感光元件更近,較容易接受到更多光量。一般SLR與DSLR,因必須裝載反光鏡使得後鏡片離感光元件較遠,較不容易接受到光。


實際光圈V.S. 有效光圈

    當我們在使用微距鏡頭,常會發現在使用最近對焦距離拍攝或是加裝近攝接環時,明明標示著F2.8的大光圈,為什麼這時相機就是顯示著F3.2或是更小的光圈值?

    當微距鏡頭進行最近對焦距離工作時,會拉長鏡頭藉此改變鏡頭焦點,此時鏡頭焦點與會遠離感光元件,降低感光元件的光量。雖然實際光圈仍是F2.8的孔徑,但感光元件所接受到的光量可能只相當於F3.2,這就是實際光圈與有效光圈。同樣的原理用來解釋非恆定變焦鏡頭也適用,如F2.8-4由廣角端推至望往端時,拉長了鏡頭焦點與底片的距離,即使光圈孔徑大小沒變,但感光元件所接受到的光量已減弱為F4的光量。

    我們可以將這上述原理想像成生活上的情景,例如當我們邀請Model坐在窗邊拍照時,要如何做才能使Model受到良好的光照呢?

方法一,窗戶的開口越大,Model的光線就越充足。
方法二,Model離窗戶越近,受光也越好。
理所當然的,不論是Model遠離窗戶或是窗戶開口減小,都會使Model的光照減弱。
當我們把窗戶開口當做光圈孔徑;Model則是感光元件;Model與窗戶的間距就像是感光元件與鏡頭焦點的距離。如此依來就能簡單地理解上述原理。
玩偶與遮板距離對於受光量的影響
遮板開口大
遮板開口小
    固定閃光燈出力,僅改變遮板開口大小與玩偶距離開口的距離來模擬Model坐在窗口上的情境。當我們改變開口大小,不移動玩偶位置,可以看到隨著開口變大,玩偶的受光也越充足。而若我們改變玩偶與遮板開口的距離,也能得到同樣結論,距離遮板開口越近,玩偶的受光越充足,反之受光越少。 
 


What is a Fast Lens?

    在英文裡看到解說鏡頭光圈時,常用到速度這個字眼,例如當描述到F2.8的鏡頭時,就會說fast lens。在這裡速度指的並非任何運動,而是說光線到達底片的強度差異;也可以解釋為,光線強度越強,底片、CCD或CMOS所需的感光時間越短,我們也就能使用越快的快門速度。


光圈的特性

F5.6
其實F4-5.6才是大多數鏡頭的最佳工作光圈
 
    F4-5.6這個範圍的光圈最大的特性在於,有最佳的中央解像力,同時比F8-11有更多的進光量,不讓快門速度變得太慢;也比F1.4-2.8有更深遠的景深與解像力。因此對於需要較高的快門速度以及深景深的街頭攝影或追焦題材,F4-5.6會是個不錯的光圈選擇。

    另外,在經過解像力線數MTF50(LW/PH)測試之下,大多數的鏡頭包含大光圈定焦鏡畫面中央最高解像力大多落在F4-5.6,而超過這個範圍的光圈值,解像力則呈現逐步下滑的現象。非恆定光圈鏡頭如18-55 F3.5-5.6或是18-200mm F3.5-6.3,望遠端最大光圈落在F5.6光圈的鏡頭,最佳解像力則在F8-11左右。照理說雖然光圈越小成像品質越細緻才對,但事實上隨著光圈縮小,光線在鏡頭內造成的漫射也就越多,當光線不再呈一直線進入感光元件,而是胡亂沒有規則的反射,我們所攝得的影像解像力自然下滑,例如F22所拍攝的解像力大約為F5.6的1/2。
 
畫質比較
    實際拍攝我們找了一個近乎平面的浮板雕刻,使用50mm F1.8鏡頭,分別用光圈F5.6與F11拍攝一張,比較兩個光圈下中央與周邊解析度的差異。拍攝結果顯示,F5.6的解像力無論在中央或是周邊都略勝F11。不過平時拍攝風景、人像帶景、商品皆屬於三次方的立體題材,這時F11廣闊的景深相較於F5.6,更能讓不同遠近的細節有更清楚的呈現。(所以我平時拍攝風景題材也還是用F8-11,畢竟要用肉眼去劃分2200(LW/PH)與2500(LW/PH)實在太過困難。)


F5.6中央
F11中央
F5.6左下角
F11左下角
 
 
 
PS
    關於本篇皆收錄於《CAMERA攝影誌》14期,2011年1月出刊。換算為雜誌篇幅的話,本部落格內容只佔雜誌12頁裡的3頁,因此如果對《光圈的奧義》主題有更多興趣的話,不妨前去書局翻翻本期《CAMERA攝影誌》(我不知道有沒有包膜,我自己都還沒拿到雜誌)。
    當然,如果你不小心發現裡頭還有更多吸引你的題材,而且又那麼剛好口袋裡多出幾張鈔票,那也不妨將他買回家。反正本期封面拍得也很讚,回家靠在床頭當作寫真作品集翻翻也頗有一番滋味。

這不是盜版喔!只是採用雙封面發行,所以發現自己手上的雜誌與人不同千萬別驚慌,也不用去檢舉。
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