单反相机手动调焦原理

(2009-01-08 14:36:25)转载
标签：摄影
单反相机
调焦方式
裂像对焦
分类：技术知识
调焦原理与调焦屏应用
调焦原理与调焦屏应用
磨砂玻璃调焦 这是反光取景与机背取景相机通用的调焦方法。在反光取景相机中，镜头所成的影像被反光镜反射到磨砂玻璃上调焦，由于从反光镜到磨砂面与到胶片乳剂平面的距离相同（图1），

MF01单反相机测距的原理
因此只要磨砂面上能调准焦点，也就能在胶片上清晰成像。磨砂玻璃调焦的精度是由磨砂面的微观结构确定的：磨砂面越细。成像越清晰、亮度越高。但是影像离焦后清晰度变化缓慢，调焦精度较低。为了解决影像清晰度与调焦精度的矛盾，现代自动调焦单反相机都使用了增亮调焦屏(又称为锐利调焦屏)，屏幕的磨砂面由无数规则排列的微小圆锥体组成。新型的调焦屏不仅透过率高。而且离焦光斑呈环状，比传统的磨砂玻璃更大，因此调焦精度也更高。

MF02各种调焦屏的弥散斑
图2显示了传统磨砂调焦屏与新型增亮调焦屏的微观结构与离焦光斑的形态。 裂像调焦

MF03裂像调焦的原理
在单反相机的调焦屏中心交错设置了两块半圆形的光楔(图3a)，光楔的斜面对着镜头。来自镜头的光线被两块楔镜折射，成为一对分离的影像a与b(图3b、3d)。焦点在裂像棱镜之后时形成一对实像，焦点在裂像棱镜之前时，形成一对虚像，而且像的位置与实像相反。调焦时这两个影像互相错位横移，仅当焦点在楔镜斜面的交点上时，裂像重合(图3c)。从图4b中可见，从镜头射人光楔的各条光线中，只有两条特定角度的光线能够经过光楔折射后，同时进入眼睛的瞳孔形成裂像，其余光线折射后或偏转过大、或偏转过小，无法同时进入眼睛的瞳孔，因此不能同时形成一对裂像。形成裂像的两条特定光线的夹角称为临界角，它所对应的孔径称为临界孔径，当镜头的孔径小于临界孔径时，从镜头边缘射入的光线，由于夹角小于临界角，折射后不能平行地射入取景器目镜，致使眼睛无论在目镜的左侧还是右侧都只能看到其中一条光线，看不见光线的半个光楔呈黑色（图4a），无法正常调焦。为了是多数中、小孔径的镜头都能使用裂像调焦，一般相机的临界孔径都设计在f/5.5-6.3之间。使用景深预测功能缩小光圈直至裂像开始变暗，此时的孔径即为临界孔径值。经常使用中小孔径的业余摄影爱好者在购买时应自带小孔径的镜头，注意检查相机的临界孔径值能否与自己的镜头匹配。

MF04裂像调焦的临界孔径与裂像变黑现象
能够形成裂像的两条特定光线在进入镜头之前是一对相互平行的光线，这两条平行光线之间的距离就是单反相机调焦的基线长。从图5中不难发现基线长与临界角及镜头焦距有关，临界角越大，焦距越长，基线越长，调焦精度也越高。为了与中小孔径匹配，临界角不能过大，因此焦距是影响基线长度的主要因素。

MF05裂像调焦的基线长

MF06测距系统的基线长
实际影响单反相机调焦精度的是有效基线长，计算表明：有效基线长与焦距的平方成正比。调焦精度随镜头焦距而变化，这是裂像调焦的最大特点。图6a是用一束激光射入取景器的目镜，激光被单反相机（图6b）的裂像棱镜与旁轴取景相机（图6a）调焦系统的半透半反镜分裂成两束光射出。根据光的可逆性原理，这两束光线对应于参加调焦的两束光线，它们之间的间隔就是几何基线长度。从图中还显示，单反标准镜头的基线长度明显地小于旁轴取景相机的基线长。图10表中列出常见旁轴取景相机与单反相机使用不同焦距镜头时的有效基线长。从表中可见，在使用广角与标准镜头时，旁轴取景相机的有效基线比单反相机长得多。因此调焦精度更高；中焦段相差无几；长焦段单反相机明显更好。正是受有效基线长的限制旁轴取景135相机镜头焦距最长仅到135毫米。也正是由于单反相机广角与超广角镜头的有效基线太短，目测调教经常比使用裂像更快捷、精确。

MF07典型单反相机的调焦屏
水平分界的裂像只能对垂直线条调焦，当目标为水平线时，需将相机转90度换为竖幅调焦，为同时兼顾水平和垂直线条的调焦，有的相机使用45度裂像（图7），但无论水平还是垂直线条调焦，调焦精度均下降30%。 微棱镜调焦 用微小的四棱锥群调焦（图8c，），合焦时形成清晰的影像。离焦时光点迅速变为离散的斑点，景物的边界则呈现锯齿型（图8a）。微棱镜的原理与裂像类似，调焦精度大于普通的磨砂玻璃，同时在小孔径下也存在半明半暗的现象（图8d），无法使用。

MF08微棱调焦与小孔径下的失效现象
三合一屏调焦 标准的单反相机调焦评上同时设置和毛玻璃、裂像与微棱镜三种调焦装置（图7）。毛玻璃调焦精度较低，但不受孔径限制，可以对各种目标进行全屏幕调焦，可观察景深状况，因此是单反相机的基本调焦装置，更是小孔径超长焦镜头的唯一调焦选择。裂像适合对清晰的线条精确调焦，微棱镜特别适合对缺少明显线条的柔和表面（如图8的手部）调焦。当物体上有细密的网格时，离焦后网格上不属于同一条线的裂像由于相互错位仍能对准，造成误判，此时微棱呈斑状，可以可靠地工作。 可换调焦屏 为了满足各种特殊条件下调教的需要，高档或专业的单反相机还可以更换多种调焦屏，其中最典型的有：

MF09各种可更换的调焦屏
1、     全磨砂调焦屏（图9a），专供使用裂像会变黑的小孔径超长焦镜头使用。 2、全微棱或中心微棱（图9b、图9c），供缺少纹影、影调变化柔和或由细蜜条纹组成的物体调焦，还适合一般景物的快速调焦。 3、透明玻璃十字线调焦屏（图9d），在显微摄影等暗光静态技术摄影中，磨砂玻璃因亮度太低，无法调焦取景。用透明玻璃取景，用十字线调焦。调焦是眼睛在取景器目镜上左右晃动，观察景物影像与十字线之间有无相对位移，当移动眼睛观察不到二者间的相对错动时，表示景物影像与十字线平面重合，调焦成功。 4、网格调焦屏（图9e），供建筑摄影或技术摄影使用，以便实现横平竖直的构图。 5、刻度调焦屏（图9f），便于在技术摄影中严格控制影像的尺寸。其中的各类相互混合还能派生出其他的调焦屏，图中的同心圆环在自动调焦的相机上已被新型高亮度调焦屏取代。不同的调焦屏透光率不同，多数相机更换调焦屏后，须重新摄定曝光补偿，以保证测光、曝光的精度作为小结，下表列出了各种测距方法的特点，供参考。

MF10各种手动测距方法性能对照
补充：两种测距系统基线长度对照表（单位：毫米）

MF11两种测距系统基线长度对照表(mm)
附图：

水平裂像微冷增亮 三合一 对焦屏放大照片

45°裂像微冷增亮 三合一 对焦屏放大照片