光学基础知识：STF原理

史蒂芬粥

STF的具体含义是：Smooth Trans Focus，影象平滑。

通常的镜头在焦外的部分光线的扩散是均等的，所以其虚像的光亮分布也是均匀的。对此，在STF镜头上通过一片安装在光圈附近位置上的称作Apodization Filter(变迹滤镜)的光学元件，使得镜头中心部分的通光量较多，而越趋向周边时通光量较少。为此，在焦外成像部分形成轮廓渐淡，形成比较理想的柔软虚像。








图1：STF原理图



此外，该STF镜头与通常的镜头不同，从图1来说明STF镜头与普通镜头的差异。一个实际的影像点通过镜头在a点成为实像，而在其前后的b点和c点显示为虚象。普通镜头在b点和c点的虚像皆为亮度均匀的圆形，而STF镜头的焦外成像由于Apodization的光学元件的缘故，圆形像越往周边亮度越低，能够实现柔和美丽的前后景成像。另一方面由于避免了恶化前后景成像的所谓的“二线性散焦”的发生，使得该镜头特别适合人像以及像贵金属那样对质感表现要求高的摄影。

通常在合焦的主体的前后都是表现为虚像的。在一些场合下会发生称之为“二线性”的倾向而损害前后景成像。对此通过移动一部分的镜片群能够调节球面像差达到改善前后景成像的，但是通常仅能够改善背景成像或者前景成像其中的一种，这种方式无法实现同时改善前后的虚化程度。虚化程度的好坏取决于焦外部分其像的亮度分布。

普通镜头的亮度分布是均等的，但是如果相对于虚像中心部分周边亮度低而显示高斯分布的话，实践证明这样能够美化背景成像。当然，背景成像也同时取决光圈叶片的形状。为此将具有使得虚像部分中心和边缘亮度分布理想化的特殊光学元件放置于光圈的位置。这种光学元件与在天体观测中使用的Apodization滤镜具有相同功效，具有中心部光线畅通而周边配有适当浓度的渐变灰镜功效(参见图3)。

这种滤镜状的光学元件发挥着改善虚化程度的效果。按照一般常识这样的光学元件可以采用镀膜的方式制作，但是由于浓度分布以及染色的原因不适合批量生产。为了制作这样的中灰镜片，首先将具有一定浓度(低透光率)的材料加工成中心厚度仅仅0.3mm的凹透镜，之后采用一片普通光学凸透镜与之贴合成为一组两片的复合镜片。这种特殊的光学元件被称之为Apodization。采用它而开发的Minolta STF 135/28[T4.5]镜头，点光源所形成的背景成像非常柔和，在合焦的实像以外的虚象部分，由于光斑的边缘极难观察到，所以形成的画面极为柔和。








图2：STF 135/2.8[T4.5]的光学结构以及光路图






图3：STF 135/2.8[T4.5]的镜片



该镜头的特长不仅仅使背景成像柔和，而且这样的柔和的虚象在整个画面内都能得到，因为STF 135/2.8[T4.5]镜头也消除了一般镜头在大光圈下画面边缘容易产生口径食的现象。从图2光路图可以看出，它的前後镜片直径很大，达到一般135/2镜头的程度。通常由于口径食的缘故画面边缘的光线受到遮挡，对补偿各种像差有一定的帮助。但STF 135/2.8[T4.5]消除了口径食，即使在画面边缘也要对全部的光线保证获得清晰的图像。正因为如此，该镜头在设计上，注重背景虚化的同时，在最大光圈时的清晰度方面也能得到最高的描写力。该镜头的标称最大光圈是f/2.8，由于特殊光学元件的关系导致通光量下降，其有效光圈实际为f/4.5，它由透过率修正系数T制光圈来表示。

注：T制光圈：

由于镜头结构、光学元件数量、镀膜类型等因素，实际镜头的透过率不可能达到100%的，而相对孔径或者f数值只是从几何光学的定义而来，没有考虑到上述因素，所以不能够真正表达镜头的透射能力(也就是通光能力)。两支具有相同f数值的镜头可能会有不同的透射率，透过率用透射系数T来表示，这里T≤1，对于一个圆形光圈透射系数为T的镜头，实际有效光圈是：

T实际 = f数值/√(T)

对于STF 135/2.8[T4.5]，说明该镜头的相对孔径是f/2.8的，但是实际光圈只有T4.5。

神有病经好所转

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扬州府才子

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狂狼小丑

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灿龄佩cyy

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