'關於光圈，這是我為你整理的最詳盡的乾貨，值得攝影愛好者們收藏'
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
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接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
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接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
圖2-6
這也就是為什麼我們在相機上調節光圈檔位時光圈係數並未隨之呈整數級連續變化的原因。
那麼，不同檔位的光圈到底如何影響成像效果呢？這便引出了「景深」的概念。
三、光圈與景深
談到光圈，幾乎無法不提景深，因為光圈的增減可以直接影響圖像景深的變化。
景深的英文為Depth of field，簡稱DOF，它表示的是物體前後人眼可接受的清晰範圍。從理論上來說，只有處於同一焦平面的物體才是清晰的，其餘都模糊。而實際上，由於人眼的分辨率有限，我們會覺得焦點前後附近的一些區域，其清晰度依然是可以接受的，並認為其依然處於銳聚焦（sharp focus）內[3]。這種可接受的銳聚焦內的最近與最遠物體間的距離便定義為景深。
如圖3-1，三支鉛筆都在人眼的清晰可視範圍內，則前後兩支鉛筆之間的距離即為景深距離。
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
圖2-6
這也就是為什麼我們在相機上調節光圈檔位時光圈係數並未隨之呈整數級連續變化的原因。
那麼，不同檔位的光圈到底如何影響成像效果呢？這便引出了「景深」的概念。
三、光圈與景深
談到光圈，幾乎無法不提景深，因為光圈的增減可以直接影響圖像景深的變化。
景深的英文為Depth of field，簡稱DOF，它表示的是物體前後人眼可接受的清晰範圍。從理論上來說，只有處於同一焦平面的物體才是清晰的，其餘都模糊。而實際上，由於人眼的分辨率有限，我們會覺得焦點前後附近的一些區域，其清晰度依然是可以接受的，並認為其依然處於銳聚焦（sharp focus）內[3]。這種可接受的銳聚焦內的最近與最遠物體間的距離便定義為景深。
如圖3-1，三支鉛筆都在人眼的清晰可視範圍內，則前後兩支鉛筆之間的距離即為景深距離。
圖3-1。Photo by Oscar Durand[3]
景深的計算比較複雜，我們只需理解它的定義即可。它的計算公式如圖3-2所示：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
圖2-6
這也就是為什麼我們在相機上調節光圈檔位時光圈係數並未隨之呈整數級連續變化的原因。
那麼，不同檔位的光圈到底如何影響成像效果呢？這便引出了「景深」的概念。
三、光圈與景深
談到光圈，幾乎無法不提景深，因為光圈的增減可以直接影響圖像景深的變化。
景深的英文為Depth of field，簡稱DOF，它表示的是物體前後人眼可接受的清晰範圍。從理論上來說，只有處於同一焦平面的物體才是清晰的，其餘都模糊。而實際上，由於人眼的分辨率有限，我們會覺得焦點前後附近的一些區域，其清晰度依然是可以接受的，並認為其依然處於銳聚焦（sharp focus）內[3]。這種可接受的銳聚焦內的最近與最遠物體間的距離便定義為景深。
如圖3-1，三支鉛筆都在人眼的清晰可視範圍內，則前後兩支鉛筆之間的距離即為景深距離。
圖3-1。Photo by Oscar Durand[3]
景深的計算比較複雜，我們只需理解它的定義即可。它的計算公式如圖3-2所示：
圖3-2
其中，u為鏡頭至物體間的距離，N為我們前文介紹過的光圈係數，C為彌散圓大小，f為焦距。
由公式可知，景深與光圈係數成正比關係，亦即：在其餘參數不變的情況下，光圈係數越大，景深也越大，反之亦然。如圖3-3所示，焦點在人物上，景深大小隨光圈係數的變化而變化：
文章原創首發於頭條號【影像派】，版權所有，未經許可，不得轉載。
請關注【影像派】
前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
圖2-6
這也就是為什麼我們在相機上調節光圈檔位時光圈係數並未隨之呈整數級連續變化的原因。
那麼，不同檔位的光圈到底如何影響成像效果呢？這便引出了「景深」的概念。
三、光圈與景深
談到光圈，幾乎無法不提景深，因為光圈的增減可以直接影響圖像景深的變化。
景深的英文為Depth of field，簡稱DOF，它表示的是物體前後人眼可接受的清晰範圍。從理論上來說，只有處於同一焦平面的物體才是清晰的，其餘都模糊。而實際上，由於人眼的分辨率有限，我們會覺得焦點前後附近的一些區域，其清晰度依然是可以接受的，並認為其依然處於銳聚焦（sharp focus）內[3]。這種可接受的銳聚焦內的最近與最遠物體間的距離便定義為景深。
如圖3-1，三支鉛筆都在人眼的清晰可視範圍內，則前後兩支鉛筆之間的距離即為景深距離。
圖3-1。Photo by Oscar Durand[3]
景深的計算比較複雜，我們只需理解它的定義即可。它的計算公式如圖3-2所示：
圖3-2
其中，u為鏡頭至物體間的距離，N為我們前文介紹過的光圈係數，C為彌散圓大小，f為焦距。
由公式可知，景深與光圈係數成正比關係，亦即：在其餘參數不變的情況下，光圈係數越大，景深也越大，反之亦然。如圖3-3所示，焦點在人物上，景深大小隨光圈係數的變化而變化：
圖3-3：光圈與景深。Photo by Laimis Urbonas
知道了兩者的關係之後，我們便可以在實際拍攝中加以運用：
若希望畫面中有更多的景物處於清晰的視野中，我們便可以調大光圈係數（即收縮光圈孔徑），常見場景有風光攝影、建築攝影等；反之，若只想主體清晰，其它區域模糊，則可以減小光圈係數（即增大光圈孔徑），如人像攝影、局部特寫等。
大光圈的鏡頭不僅可以獲得柔和細膩的虛化效果，有利於突出主體，而且還能駕馭一些低照度的場景，因此頗受許多攝影愛好者的青睞。
那問題來了：是不是鏡頭的光圈越大越好呢？
答案當然不是。
光圈孔徑大縱然有以上優點，但也存在缺陷。光圈越大，單位時間內進入鏡頭的光線也越多，但未必光線越多越好，因為現實中的光線往往來自不同光源和方向，十分複雜，這便意味著鏡頭出現色散的概率也在隨之增大，而色散則是畫質的最大殺手。有關色散對畫質影響可參見影像君的上一篇文章《一份有關定焦鏡頭的硬核科普，迅速提升你對攝影器材的認知水平》[4]。因此，鏡頭的光圈開得太大（如全開f/1.2等），容易對焦不準，出現「跑焦」的現象，這也是為什麼許多大光圈鏡頭往往需要收縮一至兩檔的光圈才能獲得最佳銳度的影像。
此外，一些專業的大光圈鏡頭因需要克服更多複雜光線帶來的不確定性，因此需要使用一些低色散材料以緩解色散和像差的影響，從而導致產生成本和工藝難度大大增加，所有這些，最終都需要消費者為此埋單。鑑於此，沒必要過度沉迷於大光圈的成像效果，畢竟，攝影的世界如此廣闊，她的精彩又豈止於「虛化」呢？
結語
我們常常會下意識地對一些不瞭解的、複雜的事物進行概括和簡化，以緩解不確定性帶來的認知焦慮，而結果往往便是以偏概全、一葉障目。有關「光圈」的知識點亦是如此，看似只是一個小小的圓孔、幾片葉片而已，實則涵蓋了許多光學領域的知識，凝聚了無數研究者的專注與智慧。
參考文獻
[1]Louis Derr, Photography for students of physics and chemistry London: The Macmillan Co., 1906
[2]Rob Roy，Aging Eyes and Pupil Size，Archive.org.
[3]Nanette Salvaggio,Basic Photographic Materials and Processes，2009,Focal press.
[4]影像派，《一份有關定焦鏡頭的硬核科普，迅速提升你對攝影器材的認知水平》，頭條號。
【往期文章精選】
25張圖，4000餘字，全面拆解各類「線條」在攝影構圖中的運用技巧
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前言
接觸過攝影的人，想必對「光圈」一詞並不陌生，但也只是停留在「聽過」的層面。而一些進階攝影者又可能覺得它太熟悉、太基礎了，以至於對它不屑一顧。
如果你覺得「光圈」是一個沒有太多深入學習價值的參數，那麼只能說明你對攝影靠得還不夠近，你對攝影的愛還不夠深。
光圈究竟是什麼？
光圈是如何計算的？
光圈與成像有什麼關係？
為什麼大光圈可以帶來虛化？
大光圈鏡頭為什麼大部分都售價不菲？
這些有關光圈的問題都是本文嘗試探討並回答的問題。深入瞭解之後你會發現，原來光圈也是一個「有故事的人」。
一、光圈
1.1 概念
攝影中所謂的「光圈」，是指鏡頭中用於控制光線強度的一種孔洞狀光學元件。
對應到現代的鏡頭設計中，光圈大致處於鏡筒中部靠前的各組透鏡之間，具體位置因鏡頭而異。圖1-1為兩枚不同型號鏡頭的光圈物理位置示意圖：
圖1-1
1.2 構成及演化
隨著光學物理與攝影技術的發展，光圈的結構與設計也在不斷地演化與迭代。
在早期，光圈就是指一塊金屬板上的一個圓孔。那時候想要調節光圈大小是一種非常麻煩的事，需要先把鏡頭擰下來，然後再將另一塊不同圓孔尺寸的金屬片裝上去。
到了1850年代，英國天文學家兼攝影愛好者約翰-沃特豪斯（John Waterhouse，1806–1879）發明（準確說應該是「改良」）了一種新的光圈調節機制，他在銅製鏡筒上開了一條縫隙，用於插入不同孔徑的金屬片，從而改變不同的光圈「檔位」，達到改變光線強度的目的。後人將其稱之為「沃特豪斯式光圈檔」（Waterhous stops）。如圖1-2所示：
圖1-2，Photo by Geoff Harrisson
後來，德國光學設備製造商卡爾-蔡司（Carl Zeiss）生產了一種旋轉式光圈（亦稱為「光圈撥盤」，aperture dial）[1]，它由一個鑽有5個不同孔徑的金屬圓盤構成，圓盤中心固定於底座上，旋轉圓盤即可改變光圈大小。如圖1-3所示：
圖1-3：旋轉式光圈。Photo by Louis Derr
從另一個角度看，它是長這樣的（如圖1-4）：
圖1-4：旋轉式光圈。Photo by Dirk HR Spennemann
比起之前「插鞘式」的光圈，這種旋轉式的設計既不用拆卸鏡頭，也不用更換金屬片，明顯更加方便和高效，可謂是進步了許多。
英文中的Aperture通常被譯為光圈，但它的本意其實是指光線傳播的孔徑或開口。從這個角度而言，「孔徑」不僅簡單易懂，而且也更能反映出「光圈」在歷史上的初期形態。
大約到了19世紀70年代，出現了設計更加複雜、技術更加先進的虹膜隔膜葉片式（Iris diaphragm blades）光圈，它直接內置於鏡筒，通過側邊的機械撥杆可連續調節孔徑大小，葉片少則2片，多則20片（今天的鏡頭設計多為5-10片），孔徑呈多邊形。如圖1-5所示：
圖1-5：虹膜隔膜葉片式光圈。
其設計和工作原理有些複雜，大概是這樣的（如圖1-6）：
圖1-6，工作原理。Photo by Pasimi
這種活動葉片式的設計，靈感來源於人眼的視覺生理機制。人眼通過虹膜改變瞳孔的大小，從而調節進入眼球的光線強度。在光線充足的情況下，瞳孔的直徑在2-4mm之間，而在昏暗環境中，瞳孔的直徑將會擴大至3-8mm之間，因人的年齡而異[2]。葉片類似於眼球中的虹膜（iris），孔徑類似於瞳孔，透鏡類似於水狀體和玻璃體，而相機傳感器或其它感光元件則類似於視網膜，如圖1-7所示。
圖1-7，人眼內部結構示意圖。
二、光圈係數
在攝影光學領域，定義鏡頭焦距與光圈孔徑直徑之比為光圈係數（f-number）。這是是一個用於衡量鏡頭速度的無單位數值。想要更全面地瞭解這個參數，我們要先弄清楚什麼是鏡頭的「焦距」。
2.1 焦距
當一束平行光線進入凸透鏡，經摺射後在前方匯聚於一點，此點即為焦點，焦點至凸透鏡中心點的距離即為焦距。因凸透鏡匯聚光線且焦點在透鏡前方，故又稱為正透鏡（Positive lens），如圖2-1所示：
圖2-1，凸透鏡的焦點與焦距。
反之，若平行光線進入的是一枚凹透鏡，經摺射後則會發散出去，發散光的反向延長線在透鏡後方相交於一點，此虛擬點即為焦點。因其發散特徵且焦點在透鏡後方，故又將凹透鏡稱為負透鏡（Negative lens），如圖2-2所示：
圖2-2，凹透鏡的焦點與焦距。
鏡頭中的焦距與之相似，但又有區別。相似之處在於都是以焦點作為其中一個測量基點，區別在於，鏡頭焦距並非指焦點至前一塊或後一塊透鏡的距離，而是指從光線匯聚點至影像傳感器（成像平面）之間的距離。如圖2-3所示：
圖2-3，鏡頭中的焦距。Photo by Josh
2.2 光圈係數
瞭解完了鏡頭的焦距，我們再回來看光圈係數。
光圈係數通常用N表示，公式為：
N = f / D。其中，f 為鏡頭焦距，D 為光圈孔徑直徑。
由此可知，孔徑直徑D = f / N。這便是我們經常在鏡頭上所看到的標值，用一個小寫的「f」（事實上，剛開始規定用斜體的小寫f表示，後因印刷等原因在傳播上出現了差異和分化）和一個斜槓「/」表示。
此外，我們還能由此得出，在焦距不變的情況下，N與D呈反比關係，說白了就是：光圈係數越大，相應的孔徑面積越小，反之亦然。圖2-4為不同光圈係數與對應的孔徑大小：
圖2-4
那這些光圈係數具體是如何得來的呢？
光學中約定，每減小一檔光圈值（Aperture Value，AV），亦即收縮一檔光圈，通過孔徑的光強度便相應減少一半。因此，在鏡頭焦距不變的情況下，根據圓面積計算公式可知，相鄰兩檔光圈係數之間存在一個根號2的比值關係。其推導過程如圖2-5所示（不感興趣者可直接跳過）：
圖2-5
因此，各檔位的光圈係數構成了一個等比數列：
圖2-6
這也就是為什麼我們在相機上調節光圈檔位時光圈係數並未隨之呈整數級連續變化的原因。
那麼，不同檔位的光圈到底如何影響成像效果呢？這便引出了「景深」的概念。
三、光圈與景深
談到光圈，幾乎無法不提景深，因為光圈的增減可以直接影響圖像景深的變化。
景深的英文為Depth of field，簡稱DOF，它表示的是物體前後人眼可接受的清晰範圍。從理論上來說，只有處於同一焦平面的物體才是清晰的，其餘都模糊。而實際上，由於人眼的分辨率有限，我們會覺得焦點前後附近的一些區域，其清晰度依然是可以接受的，並認為其依然處於銳聚焦（sharp focus）內[3]。這種可接受的銳聚焦內的最近與最遠物體間的距離便定義為景深。
如圖3-1，三支鉛筆都在人眼的清晰可視範圍內，則前後兩支鉛筆之間的距離即為景深距離。
圖3-1。Photo by Oscar Durand[3]
景深的計算比較複雜，我們只需理解它的定義即可。它的計算公式如圖3-2所示：
圖3-2
其中，u為鏡頭至物體間的距離，N為我們前文介紹過的光圈係數，C為彌散圓大小，f為焦距。
由公式可知，景深與光圈係數成正比關係，亦即：在其餘參數不變的情況下，光圈係數越大，景深也越大，反之亦然。如圖3-3所示，焦點在人物上，景深大小隨光圈係數的變化而變化：
圖3-3：光圈與景深。Photo by Laimis Urbonas
知道了兩者的關係之後，我們便可以在實際拍攝中加以運用：
若希望畫面中有更多的景物處於清晰的視野中，我們便可以調大光圈係數（即收縮光圈孔徑），常見場景有風光攝影、建築攝影等；反之，若只想主體清晰，其它區域模糊，則可以減小光圈係數（即增大光圈孔徑），如人像攝影、局部特寫等。
大光圈的鏡頭不僅可以獲得柔和細膩的虛化效果，有利於突出主體，而且還能駕馭一些低照度的場景，因此頗受許多攝影愛好者的青睞。
那問題來了：是不是鏡頭的光圈越大越好呢？
答案當然不是。
光圈孔徑大縱然有以上優點，但也存在缺陷。光圈越大，單位時間內進入鏡頭的光線也越多，但未必光線越多越好，因為現實中的光線往往來自不同光源和方向，十分複雜，這便意味著鏡頭出現色散的概率也在隨之增大，而色散則是畫質的最大殺手。有關色散對畫質影響可參見影像君的上一篇文章《一份有關定焦鏡頭的硬核科普，迅速提升你對攝影器材的認知水平》[4]。因此，鏡頭的光圈開得太大（如全開f/1.2等），容易對焦不準，出現「跑焦」的現象，這也是為什麼許多大光圈鏡頭往往需要收縮一至兩檔的光圈才能獲得最佳銳度的影像。
此外，一些專業的大光圈鏡頭因需要克服更多複雜光線帶來的不確定性，因此需要使用一些低色散材料以緩解色散和像差的影響，從而導致產生成本和工藝難度大大增加，所有這些，最終都需要消費者為此埋單。鑑於此，沒必要過度沉迷於大光圈的成像效果，畢竟，攝影的世界如此廣闊，她的精彩又豈止於「虛化」呢？
結語
我們常常會下意識地對一些不瞭解的、複雜的事物進行概括和簡化，以緩解不確定性帶來的認知焦慮，而結果往往便是以偏概全、一葉障目。有關「光圈」的知識點亦是如此，看似只是一個小小的圓孔、幾片葉片而已，實則涵蓋了許多光學領域的知識，凝聚了無數研究者的專注與智慧。
參考文獻
[1]Louis Derr, Photography for students of physics and chemistry London: The Macmillan Co., 1906
[2]Rob Roy，Aging Eyes and Pupil Size，Archive.org.
[3]Nanette Salvaggio,Basic Photographic Materials and Processes，2009,Focal press.
[4]影像派，《一份有關定焦鏡頭的硬核科普，迅速提升你對攝影器材的認知水平》，頭條號。
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