卷 III · 空间CH 09深度 9/24

f/2.8 为什么比 f/8 大

这是新手期最恼人的一件事:数字越小光圈越大。它不是设计者故意刁难——f 值本来就是一个分数,而写成分数是有理由的。

f = 焦距 ÷ 孔径入瞳恒定光圈T 值

那个斜杠是真的除号

f/2.8 里的 f 就是焦距,斜杠就是除号。它在说:

入瞳直径 = 焦距 ÷ 2.8

50mm 镜头开到 f/2.8   →   50 / 2.8284 = 17.7 mm
50mm 镜头收到 f/8     →   50 / 8      =  6.3 mm

17.7 比 6.3 大,所以 f/2.8 是大光圈。分母越大,分数越小。写全了就一点都不反直觉了——问题只出在相机上把 f/ 省掉了,只显示「2.8」和「8」。

为什么要用分数,而不是直接标直径

因为直径本身不能告诉你照片会有多亮

17.7 mm 的孔装在 50mm 镜头上很亮,装在 500mm 的长焦上就很暗——因为长焦把同样多的光摊到了更大的像面上。

而 f 值把这两件事一起考虑了:

◆ f 值的意义

f 值相同 = 像面上每单位面积的照度相同。

所以 f/2.8 在 14mm 广角、在 600mm 长焦、在手机、在电影机上,需要的快门完全一样。这就是为什么测光可以只报一个 f 值,而不需要问你用的是什么镜头。

这是一个了不起的抽象:它把光学参数变成了一个可以跨设备通用的曝光刻度。

但注意这句话的边界:f 值相同只保证「每单位面积的照度」相同,不保证「一共收到多少光子」相同。后者由入瞳的物理直径决定,而它才是决定噪声的那个量(第 14、20 章)。这个区分是全书最容易搞混、也最值钱的一个。

面积翻倍,直径只需要乘 1.414

demo 右边那排条子是通光面积。每收一档,条子正好短一半

50mm 镜头
  f/1.4    直径 35.4 mm    面积 982 mm²
  f/2.8    直径 17.7 mm    面积 245 mm²     ← 面积是上面的 1/4(差 2 档)
  f/8      直径  6.3 mm    面积  31 mm²     ← 又少了 3 档

这就是第 3 章那串 √2 数列的物理来源。光圈这一栏所有的怪数字,都来自「面积 ∝ 直径²」这一条。

✎ 入瞳不是光圈叶片本身

严格说,f 值里的「孔径」指的是入瞳——你从镜头前面看进去,看到的那个光圈孔的(它被前组镜片放大或缩小过)。

所以你把一支 50mm f/1.4 举起来对着光看,那个亮孔会明显大于 35.4 mm 的物理叶片开口。拿尺子量镜头前面那个亮圆,除进焦距,你能自己验证 f 值。这是一个很好玩的小实验。

「恒定光圈变焦」为什么贵

现在你可以理解镜头名字里那串数字了。

一支 18-55mm f/3.5-5.6 的套头,意思是:18mm 端最大 f/3.5,55mm 端最大只有 f/5.6。为什么会变?

18mm 端: 入瞳 = 18 / 3.5 = 5.1 mm
55mm 端: 如果还要 f/3.5,入瞳需要 55 / 3.5 = 15.7 mm

要在长焦端保持同样的 f 值,镜片必须做到三倍粗。玻璃的体积按立方涨,重量和成本一起飞。所以厂商在便宜的变焦上让 f 值随焦距滑走。

而一支 24-70mm f/2.8「恒定光圈」变焦,意思是它在 70mm 端也硬扛住了 25 mm 的入瞳。这就是它又大、又重、又贵的全部原因——不是「用料好」这种玄学,是几何上必须那么粗。

✎ f 值和 T 值:理论 vs 实测

f 值是几何算出来的:焦距除以入瞳。它假设光穿过镜头没有损失。

实际上,每一片镜片都会反射掉一点光,一支镜头有十几片。所以真正到达传感器的光比 f 值算出来的少——通常少 0.1 到 0.5 档。

T 值(Transmission)是实测的:T2.0 意思是「实际通光量相当于一支理想的 f/2.0」。电影镜头都标 T 值,因为拍电影必须保证换镜头时曝光完全连续。

所以你会看到「50mm f/1.2 / T1.4」这样的标注——它们说的是同一支镜头,前者管景深,后者管曝光。

⌗ 到你手上

景深预览键是这一章最该找出来的按钮。平时取景时镜头是全开的(为了取景明亮和对焦准确),只有按下快门那一刻才收缩到设定值——所以你在取景器里看到的景深总是比实拍浅。按住这个键,才是真相。

◎ 现在去拍一张

拿手机手电筒当光源,把镜头摘下来(或者对着镜头前端),从正面看进去,一边转光圈环/拨轮,一边看那个亮孔的大小。

然后拿尺子量一下 f/2.8 时的孔径,用焦距去除——看看是不是接近 2.8。这是全书唯一一个能用一把尺子验证的公式。

这一章的一句话

f 值是焦距除以孔径。分母越大数越小,而它保证的是「每单位面积的照度」——不是「一共收到多少光」。

下一章是这本书最实用的一章。光圈的第二副面孔叫景深,它能薄到只有几厘米——而算出这个厚度的公式,和厂商景深表逐位对得上。