景深究竟是由誰決定的？光圈的一個有趣思考題

我覺得人類在某些需要普及的概念創造上很有趣，比如「光圈值」這個概念——不過其創造是有實在價值的。我們知道，光圈是用於控制光通量的一個東西，這個孔徑越大則成像系統單位時間內的進光量越多。但另一方面，這還需要考慮到焦距的長短——很容易想見，如果鏡筒很長，則它對最終成像的亮度必然是有影響的。

所以光圈值（F制光圈）的出現就是為了統一和解決這個問題。

光圈值=入瞳直徑/焦距

其實沒有必要去深究這裡的入瞳直徑究竟是個什麼鬼（也不用管什麼像方焦距是什麼鬼）。一般情況下入瞳直徑與光圈孔徑（或稱光闌直徑）是共軛的關係——說句人話，就是這兩個值是存在關聯的。所以這裡的入瞳直徑，很多情況下可以理解為光圈孔徑，雖然這兩者並非同一個東西。

有了光圈值，不同焦距和光圈的鏡頭都可以用來相對統一地表達照度。所以無論是手機攝像頭的F/1.8，還是全幅單反鏡頭的F/1.8，這兩者拍下來的畫面，其他值相對一致時，最終畫面亮度應該是一樣的。

所以我們說，光圈值是個好東西啊。不過這裡說個有趣的思考題：如果你有仔細看《紐約攝影學院教材》會發現，其中有提到景深的決定因素一共3個，分別是光圈、焦距和物距（可簡單理解為被攝物體和相機的距離）。

景深究竟受哪些因素影響？

這裡的「光圈」已經普遍被人理解為光圈值。所以我們說F/1.8光圈鏡頭的虛化效果要好過F/2.0的光圈鏡頭。但這話聽起來是有毛病的，在剛才的公式中我們知道了，光圈F值本身就包含了焦距這個分母，爾後我們又說光圈值和焦距對景深都有影響，這關係豈不是很混亂？

另一方面，實際情況也更加複雜，比如說iPhone 7的攝像頭光圈值為F/1.8，但其虛化效果表現也不怎麼樣（或者說哪談得上什麼虛化效果？），比單反F/5光圈的鏡頭都差得遠了。

於是有人會說，那是因為iPhone 7的圖像感測器尺寸比單反要小得多了。這是很多成像入門人士都有疑惑的問題，圖像感測器（成像面）的尺寸似乎的確和景深是有關係的，你看中畫幅的相機，那景深都淺到什麼程度了？所以我們在和人聊天的時候也會說，景深也受到圖像感測器尺寸的影響，尺寸越大則虛化效果越好——雖然《紐約攝影學院教材》可沒有這麼說過。

那麼這樣看來，成像景深受到了物距、焦距、光圈值和圖像感測器尺寸的影響。聽起來真是荒謬啊，不過我們為什麼這麼說？是因為這幾個概念是所有人都易於理解的，而且無論如何，從我們的實踐來看，它們的確都影響景深深淺。

如果你在成像領域還稍稍有那麼點研究，一定知道，等效光圈的推論中提過（無論你是否接受等效光圈這個概念），景深實際上只受到物距和光圈孔徑（或光闌直徑）的影響，而與圖像感測器尺寸、焦距無關。這個問題咱就不展開細說了。不過難不成《紐約攝影學院教材》存在錯誤？

在這一點上，回到開頭說的：人們創造了某些概念是為了便於理解，而說景深與焦距、光圈和物距相關，甚至還提到圖像感測器尺寸，更多的是因為它們易於被人理解。所以我們就這樣說了，它們同樣具有價值，而不應該由於僅存在間接相關性就被認為是錯的。

恆定光圈的有趣思考題

這裡來說個有趣的思考題。熟悉單反和鏡頭的同學應該知道，有一類變焦鏡頭的最大光圈值是恆定的，比如騰龍17-50 F2.8鏡頭，無論是廣角端還是長焦端，其最大光圈值都是F2.8。這類鏡頭就叫恆定光圈鏡頭。

其實不難理解，之所以有這類鏡頭的存在，是因為絕大部分鏡頭在不同焦距下的最大光圈值是浮動的，這主要考慮到了焦距變化對F值的影響——所以焦距變化，而光圈孔徑卻不變，F值必然是要產生變化的，再回顧下文首的公式。

那麼這種恆定光圈的鏡頭，究竟是如何實現不同焦距下光圈F值的恆定不變的呢？實際上，恆定光圈鏡頭結構不止一類，這裡我們只說其中一類。

（圖片來源：恆定光圈的變焦頭在變焦時進光孔是一檔檔變的還是柔和的變的？ - 知乎）

如上圖所示，這個變焦鏡頭的後鏡組是固定的，而前方有兩組鏡片位移負責對焦與變焦的實現。而光圈就位於後鏡組中間，那兩條豎線示意的就是光圈。在這個設計中，當焦距發生變化時，光圈不變。這裡的不變，不止是F值不變，連光圈孔徑大小都不變。

於是就有人說了，這怎麼可能呢？既然光圈孔徑不變，焦距卻變了，按照公式，F值肯定也要變啊。實際上光圈F值是等於入瞳直徑/焦距。在這個鏡頭的設計中，雖然光圈孔徑沒有變，但隨著焦距的變化，入瞳直徑也在發生變化，兩者的變化相互抵消，實現了光圈的恆定。早年的恆定光圈鏡頭都是這麼設計的，因為這種設計很簡單。

那麼在這個問題上，有意思的事情就發生了。我們已經知道，焦距本質上並不對景深產生影響，光圈孔徑（光闌）才會。那麼在這種鏡頭設計中，進行變焦，光圈孔徑卻並不放大縮小，那麼最終的成像，景深是否會隨著焦距的變化而產生變化呢？（紐約攝影學院教材明明說焦距會影響景深啊！）

——實際上，這還引出了更多有趣的問題。比如說早前有人曾經提問，焦距與光圈對背景虛化的影響（對焦外成像的影響）是怎樣的？這個問題所謂的「光圈」是指光圈值，其有趣之處就在於，光圈值的分母就是焦距。也就演化為光圈孔徑（實際上是入瞳直徑）/焦距，與單獨的光圈孔徑大小變化，他們對背景虛化效果的影響是怎樣的。

有興趣可查看這個回答：長焦虛化與大光圈虛化 僅從焦外來說 有什麼區別？