光学调焦与测距的原理

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/l'-1/l=1/f'可知，对于不同的照相距离l，其照相光学系统的象距l'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 清晰的影象，必须随时调整镜头与胶片平面之间的距离l'来适应物距l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l'=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)，象距l'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。图1-3-1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 象。 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 上影象的清晰度。此方法常用在带有逆伽利略式取景器的照相机上。 三角测量法的工作原理，如1-3-2所示。当物体在无穷远(∞)时，进入反射镜3 的光线与取景系统光轴是平行的，此时光线经反射镜3、半透镜5和目镜4进入眼瞳 后，其影象与取景器所成的影象是重合的。当物体处于有限距离时，物体进入反射 镜3的光线与取景系统光轴不平行，此时光线经反射镜3、半透镜5和目镜4进入眼瞳 后，其影象与取景器所成的影象不重合，在观察时就出现两个影象。只有使反射镜 3摆动一个角度θ才能使影象重合。设此时物体对基线上A、B两点之夹角为α，这 样就可得出 l＝b/tgα，α＝2θ 当基线b一定时，即可根据反射镜3摆动角度θ，测出物体距照相机的距离l。

(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，故视界范围 有所偏移，如图1-3-3所示，因此有视差存在。