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攝影教程 光學(xué)基礎(chǔ)知識:STF原理

文章來源:瀠利丹   我要投稿  
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STF的具體含義是:Smooth Trans Focus,影象平滑。

通常的鏡頭在焦外的部分光線的擴散是均等的,所以其虛像的光亮分布也是均勻的。對此,在STF鏡頭上通過一片安裝在光圈附近位置上的稱作 Apodization Filter(變跡濾鏡)的光學(xué)元件,使得鏡頭中心部分的通光量較多,而越趨向周邊時通光量較少。為此,在焦外成像部分形成輪廓漸淡,形成比較理想的柔軟虛像。


圖1:STF原理圖

此外,該STF鏡頭與通常的鏡頭不同,從圖1來說明STF鏡頭與普通鏡頭的差異。一個實際的影像點通過鏡頭在a點成為實像,而在其前后的b點和c點顯示為虛象。普通鏡頭在b點和c點的虛像皆為亮度均勻的圓形,而STF鏡頭的焦外成像由于Apodization的光學(xué)元件的緣故,圓形像越往周邊亮度越低,能夠?qū)崿F(xiàn)柔和美麗的前后景成像。另一方面由于避免了惡化前后景成像的所謂的“二線性散焦”的發(fā)生,使得該鏡頭特別適合人像以及像貴金屬那樣對質(zhì)感表現(xiàn)要求高的攝影。

通常在合焦的主體的前后都是表現(xiàn)為虛像的。在一些場合下會發(fā)生稱之為“二線性”的傾向而損害前后景成像。對此通過移動一部分的鏡片群能夠調(diào)節(jié)球面像差達(dá)到改善前后景成像的,但是通常僅能夠改善背景成像或者前景成像其中的一種,這種方式無法實現(xiàn)同時改善前后的虛化程度。虛化程度的好壞取決于焦外部分其像的亮度分布。

普通鏡頭的亮度分布是均等的,但是如果相對于虛像中心部分周邊亮度低而顯示高斯分布的話,實踐證明這樣能夠美化背景成像。當(dāng)然,背景成像也同時取決光圈葉片的形狀。為此將具有使得虛像部分中心和邊緣亮度分布理想化的特殊光學(xué)元件放置于光圈的位置。這種光學(xué)元件與在天體觀測中使用的Apodization濾鏡具有相同功效,具有中心部光線暢通而周邊配有適當(dāng)濃度的漸變灰鏡功效(參見圖3)。

這種濾鏡狀的光學(xué)元件發(fā)揮著改善虛化程度的效果。按照一般常識這樣的光學(xué)元件可以采用鍍膜的方式制作,但是由于濃度分布以及染色的原因不適合批量生產(chǎn)。為了制作這樣的中灰鏡片,首先將具有一定濃度(低透光率)的材料加工成中心厚度僅僅0.3mm的凹透鏡,之后采用一片普通光學(xué)凸透鏡與之貼合成為一組兩片的復(fù)合鏡片。這種特殊的光學(xué)元件被稱之為Apodization。采用它而開發(fā)的Minolta STF 135/28[T4.5]鏡頭,點光源所形成的背景成像非常柔和,在合焦的實像以外的虛象部分,由于光斑的邊緣極難觀察到,所以形成的畫面極為柔和。


圖2:STF 135/2.8[T4.5]的光學(xué)結(jié)構(gòu)以及光路圖


圖3:STF 135/2.8[T4.5]的鏡片

該鏡頭的特長不僅僅使背景成像柔和,而且這樣的柔和的虛象在整個畫面內(nèi)都能得到,因為STF 135/2.8[T4.5]鏡頭也消除了一般鏡頭在大光圈下畫面邊緣容易產(chǎn)生口徑食的現(xiàn)象。從圖2光路圖可以看出,它的前後鏡片直徑很大,達(dá)到一般 135/2鏡頭的程度。通常由于口徑食的緣故畫面邊緣的光線受到遮擋,對補償各種像差有一定的幫助。但STF 135/2.8[T4.5]消除了口徑食,即使在畫面邊緣也要對全部的光線保證獲得清晰的圖像。正因為如此,該鏡頭在設(shè)計上,注重背景虛化的同時,在最大光圈時的清晰度方面也能得到最高的描寫力。該鏡頭的標(biāo)稱最大光圈是f/2.8,由于特殊光學(xué)元件的關(guān)系導(dǎo)致通光量下降,其有效光圈實際為f/4.5,它由透過率修正系數(shù)T制光圈來表示。

注:T制光圈:

由于鏡頭結(jié)構(gòu)、光學(xué)元件數(shù)量、鍍膜類型等因素,實際鏡頭的透過率不可能達(dá)到100%的,而相對孔徑或者f數(shù)值只是從幾何光學(xué)的定義而來,沒有考慮到上述因素,所以不能夠真正表達(dá)鏡頭的透射能力(也就是通光能力)。兩支具有相同f數(shù)值的鏡頭可能會有不同的透射率,透過率用透射系數(shù)T來表示,這里T≤1,對于一個圓形光圈透射系數(shù)為T的鏡頭,實際有效光圈是:

T實際 = f數(shù)值/√(T)

對于STF 135/2.8[T4.5],說明該鏡頭的相對孔徑是f/2.8的,但是實際光圈只有T4.5。

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關(guān)鍵詞: 光學(xué) 原理 基礎(chǔ)知識

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