基本光學原理：光圈介紹 Part 1

光圈 (Aperture)

光圈在相機系統中的功能很像是人眼的瞳孔(Pupil)，主要功能為控制光線從鏡頭進到相機系統的進光量，而用來做為控制光圈變化的裝置稱為光圈葉片(Blades)。

• 人眼： 當處於強光下，虹膜（Iris）會收縮，使瞳孔變小以減少進光量，保護視網膜；在昏暗環境中，瞳孔則會放大，吸收更多光線。
• 相機： 當光圈被調大時，進入相機的光線變多，進而使得照片變得較亮；相反地，當光圈被調小時，進入相機的光線變少，進而使得照片變得較暗。

以下將一起學習光圈的相關應用。

 f-number (f/值 / 焦比)

我們經常在相機規格中會看到f/值 (f/1.4, f/2.0, f/4.0…)，這個數值是用來表示焦距和光圈直徑大小的關係，f/值越大代表光圈越小；f/值越小代表光圈越大。

不同直徑下的光圈

f-number 計算公式：

f-number = f / D

f: 焦距 (Focal Length)

D: 光圈直徑 (Aperture Diameter)

簡單的記法：f-number 與光圈尺寸成反比關係，因此分母（光圈直徑）越大，數值越小

曝光量 (Exposure)

光圈大小會直接影響進光量：

• 光圈越大 → 面積越大 → 進光越多 → 影像越亮
• 光圈越小 → 面積越小 → 進光越少 → 影像越暗

光圈面積可用圓面積公式表示：

A ＝ π × (D / 2)² = π × (f / 2・f-number)²

因此曝光量可表示為：

Exposure ∝ t / (f-number)²

t: 曝光時間

等曝光條件 (Exposure Equivalence)

如果希望在不同光圈下拍出相同亮度的照片，就需要透過調整曝光時間來補償光圈變化。

舉例來說，當我們將光圈調小同時希望維持相同亮度：

• f/1.4 → f/2.8
• f-number 增加 2 倍（光圈面積變為 1/4）
• 曝光時間需要增加 4 倍（因為進光量 1/4）

Reference

https://en.wikipedia.org/wiki/Aperture