照相机构造原理10——调焦与测距原理

1、照相机构造原理（ 10）调焦与测距原理编者按：实际照相时，被照物体与照相机的相对距离，每次总是有变化的。由高斯公式 1/l'-1/l=1/f' 可知，对于不同的照相距离I，其照相光学系统的象距I'也将随着变化。为了使不同距离的被摄物体能够正确地成象在焦平 面（即胶片平面）上以得到清晰的影像，必须随时调整镜头与胶片平面之间的距离I'来适应物距I的变化。一、调焦原理实际照相时，被照物体与照相机的相对距离，每次总是有变化的。由高斯公 式 1/I'-1/I=1/f' 可 知 ， 对 于 不 同 的 照 相 距 离 I ， 其 照 相 光 学 系 统 的

2、象 距 I' 也将随着变化。为了使不同距离的被摄物体能够正确地成象在焦平面（即胶 片平面） 上以得 到清晰的影像 ，必须随时 调整镜 头与胶片平面之间的 距离 I' 来适应物距I的变化。镜头的这种调整过程就称为调焦。为了正确地进行调 焦，一般在调焦前还要测定出被摄物体到胶片平面之间的距离，这个过程便 称为测距。二、照相机镜头的调焦方式照相机镜头的调焦通常采用下述三种方式来进行：（1）改变象距的调焦方式 照相机镜头对无穷远物体对焦时，它成象在镜头的 焦平面上，即 I'=f' 。当摄影距离缩短成有限距离时，如 7m，3m，, （指 被摄 体到照相机胶平面之间的距离）

3、，象距 I' 都会拉长。实际上 135 照相机的胶片 位置是相对不变的，因此只能将整个镜头向前伸出有限距离 x' ，此增大量只 有这样才能保证象点正确地落实在胶片平面上，以保持象面的清晰度。这种 保持镜头焦距不变而改变象距的调焦方式又称整组调焦。此增大量X'称调焦 量。这种调焦方式在使用时，只需转动镜头上的调焦环，调焦环上刻有与调焦量 对应的底片与被摄景物之间的距离标尺，调焦环带动镜筒上的多头螺纹，让 镜头产生轴向移动，使镜头的焦点落实在胶片平面上。由于是整组移动镜头， 镜片之间的相对位置固定不变，因此能始终保持镜头的成象质量处于最佳状 态。(2) 改 变焦距 的调焦

4、方式 这种调焦 方式是 通过移 动镜 头中某 组镜片的轴向 位 置，从而稍微变动了镜头的焦距，以使物距变化时能保持象距不变。为前组 调焦示意图，它是最常采用的调焦方法之一。可以前组单片调焦，也可以前 组一齐移动调焦。此外还有采用中组或后组的调焦形式。这种调焦方式的优 点是调焦时整个镜头可保持不动，调焦量小，调焦机构也较简单。变焦镜头 由于镜片多，体积大，整组移动有困难，往往多采用这种方式调焦。(3) 固 定焦点 方式 目前市场上供应 的简易 型照相机的 镜头位置大多是固定 不 变的。即不管物距多少，照相机的镜头与胶片之间的距离始终固定不动，这 种调焦方法称为固定焦点法。尽管这样，由于限制了弥散

5、圆的大小，照相机 的拍摄质量也还是有一定保证，实际上此类照相机是利用“景深”调焦，又 称超焦距法。三、照相机的调焦方法无论采用 何种调 焦方式，我们 都必须使被 摄体的 物距 l 和象距 l' 满足高 斯公 式，只有这样才能在胶片平面上获得清晰的象。通常用下述方法来获得正确 的调焦。1、测距法这种方法是首先测出被摄体至胶片平面之间的距离，根据调焦方式确定此时 的调焦量，然后再使整个镜头或前组作相应的转动，以使在胶片平面上获得 清晰的影像。根据测距方式的不同又可分为估测法和三角测量法：(1) 估 测 法 就 是摄 影 者 根 据 目 测或 步量 的 形式 ， 首先确 定摄 影 距离 ，并

6、 据 此 来转动或调节镜头上的调焦环，使其距离刻度或远景、中景、近景标记与镜 头上的基准标记对准。这种调焦方法用在镜头焦距较短。相对孔径较小的照 相机上，可获得足够清晰的照片。(2) 三 角 测量 法 就 是 利 用 数 学 中的 三 角关 系来 进 行测 距、调 焦 。主 要 应用 于 带测距器的照相机中，这种照相机的测距和调焦是联动的，只要使取景器中 的双象重合，测距和调焦即告完成。这种方法可以使镜头得到准确的调焦， 从而保证底片上影像的清晰度。此方法常用在带有逆伽利略式取景器的照相 机上。(3) 视 差 由 于 旁轴 取 景 器的 取 景光 轴位 于 摄影 镜 头光轴 的旁 侧 ，故 视

7、界 范 围有所偏移，因此有视差存在。设取景器光轴与摄影镜头光轴相距为v。当对物 距 l 的物 平 面摄 影 时 ，在 胶 片 上 的成 象 范围 为 TT' ，而 取 景范 围 却是 SS' 。此 时取景光轴上的点P通过摄影镜头成象，其象点不在胶片中心0,而是偏离一 个距离£,£称为视差量。由相似三角形关系，有£ /V=l'/I, S =I'V/I 。又由 几何 光 学可 知， 1/l+1/l'=1/f'于是 可 有 £ =Vf'/(I-f')式 中 , V 与 f'为结构常数，因此

8、视差量£随物距I而变化。I越大，视差就越小。当对无 限远处调焦时，I- > m ,由视差£ ->0。2、聚焦检测法 这种方法是通过人眼观察象面或对焦板上的影像是否清晰来判断聚焦是否合 适的方法。 它又分为对比法和裂像法。(1) 对 比 法当我们观察一个景物的轮廓时， 影像轮廓边缘越清晰， 则它的亮度梯度就越 大， 或者说景物边缘处与它的背景之间的对比度就越大。 反之， 离焦的象， 它的轮廓边缘就模糊不清， 亮度梯度或对比度就下降。 如毛玻璃对焦板就是 采用这种方法。(2) 裂 像 法在对焦板位置上放置裂像光楔或微棱镜， 当焦点正好位于裂像光楔的交点上 或微棱镜的顶点上的时候， 我们看到的只是一个清晰的象点；当焦点偏离上 述位置时， 通过裂像光楔看到的是两个分开的象， 而通过微棱镜看到的则是 许许多多分开的象， 造成一种影像模糊的感觉。 用裂像光楔和微棱镜对焦板 对焦就是根据这个原理进行的。因为对焦平面与胶片平面完全共轭， 人们只需通过眼睛来观察相当于胶片成 象