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認識光圈與光圈值【相機鏡頭購買指南之焦比f值f-number的基本觀念】

攝影曝光三要素是指光圈大小、快門速度、感光度 ISO，其中光圈的規格是由鏡頭決定。

以全級光圈刻度而言，一個 ƒ 值就代表 1 EV (曝光值) 之調整。

購買鏡頭時，同廠牌同一焦段的大光圈 (ƒ值數字越小)版本，表示光學技術等級越高，價格也越貴。

還有一個大家常見的問題，除了ƒ/1.4 以外，還有更大的 ƒ/1.2、ƒ/1、ƒ/0.95......，它們的進光量差異是如何呢?

為方便各位讀者檢索閱讀，本文將分成多個部份說明 (現在支援文章內跳躍，請點擊目錄小標直接切換段落/Part): 

[目錄，請點擊]

#1 ƒ值與進光量的關係

#2 光圈葉片

#3 光圈與景深

#4 光圈級數的定義

#5 大光圈鏡頭特色

#f 心得與感想

#1 ƒ值與進光量的關係

鏡頭光圈的首要控制，為進光量。

以 ƒ/2 為基準，ƒ/1.4 的進光量為它的兩倍，ƒ/2.8 則是 ƒ/2 的一半。(點擊參考: 全級光圈值刻度)

ƒ/1.4 與 ƒ/2.8 相比，進光量為後者的 4 倍。

(註: 以下圖片為 KoeppiK  的作品，符合創用CC授權)

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#2 光圈葉片

「光圈」是鏡頭內一個控制孔徑大小的機構，實際上由數個可動光圈葉片所組成。它們可用來調節光線進入機身的量，簡稱進光量。

具體來說，光圈運作類似於動物瞳孔。視覺為了應付不同的明亮環境，人的瞳孔在陽光下會自動縮小以避免不適、黑暗中則會放大以獲取更大的進光量。其他動物也是如此，如家貓的瞳孔更為明顯。

以正確測光條件為參考基準，若故意調大光圈會使進入鏡頭的光量變多，照片會變得比正常更亮 (過曝)；反之縮小光圈則會使得照片變得暗一些 (曝光不足)。

越大的全開光圈能捕捉更多光線，因此會與夜拍能力劃上等號。

以下照片是 Canon Eƒ-M 32mm ƒ/1.4 STM 使用的 7 片光圈葉片。

理論上鏡頭的孔徑應是圓形，但只靠光圈葉片做不到真圓，實際上鏡頭的光圈是一個多邊形。 

星芒效果是夜拍常見的一項表現手法，條件需要有正面強光源(例:路燈)，搭配縮光圈 (ƒ值數字大)越顯著。其成因是光的繞射，奇數光圈葉片，星芒條數是葉片的雙倍，例: 7 片葉片就是 14 條。若鏡頭光圈葉片是偶數，星芒條數則與葉片數量一致。

(註: 以下圖片為 D-Kuru 的作品，符合創用CC授權)

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#3 光圈與景深

鏡頭光圈的第二個控制，為景深。

實際上，景深是透過改變光圈大小做調整。

縮小光圈開口 (ƒ值數字大)，會使景深範圍增大，也就是背景越清楚。

反之，開大光圈開口 (ƒ值小)，則讓景深範圍變淺，背景越模糊。

(註: 以下圖片為 Cbuckley 的作品，符合創用CC授權)

光圈大小與景深範圍的深淺變化。

同時，縮光圈會造成進光量變小。如果不延長快門時間做補償，曝光將會不足 (太暗)。

(註: 以下動態圖片為 Markus Mayer; ApolloWissen 的作品，符合創用CC授權)

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#4 光圈值/ƒ值(ƒ-number)與光圈級數的定義

ƒ 是焦距，D 是鏡頭光圈開口之直徑。

N =  ƒ/#  即ƒ值，或英文的 ƒ-number，通常用小寫的鉤狀 ƒ 表示，格式為 ƒ/#。

若焦距值是光圈直徑的 16 倍，那樣 ƒ 值用 ƒ/16 表示，或 N = 16。

ƒ值是相對光圈的倒數 (光圈直徑除以焦距)。

光圈級數及曝光關係，是進光量的比值。
 

以下是以 1 EV 為單位的光圈級數。

ƒ/1 相當於 2 平方根的 0 次方，ƒ/1.4 則是 2 平方根的 1 次方，ƒ/2 則是 2 平方根的 2 次方，餘此類推。

一般來說，ƒ/2.8 或以上的全級光圈，是一般使用者較為熟悉的 ƒ 值。

每一相鄰之全級ƒ值均表示進光量加倍或減半。或稱加減一個 EV (曝光值)。

以下是以 1/4 EV 為單位的光圈級數。

本 1/4  表格可與半級光圈值刻度共用 (只看綠欄 & 灰欄部份)

每一相鄰之 1/4 級 ƒ值，均表示進光量加或減 25% (1/4 檔)。

每一相鄰之 1/2 級 ƒ值，均表示進光量加或減 50% (半檔)。

從本表中，可以看到 ƒ/2 到 ƒ/1.4 中間的 ƒ/1.8、ƒ/1.7、ƒ/1.5......。它們的差異為加減四分之一 EV (曝光值)。

同理 ƒ/1.2，則會比 ƒ/1.4 多二分之一 EV (曝光值)。

以下是以 1/3  EV 為單位的光圈級數。

每一相鄰之 1/3 級ƒ值，均表示進光量加或減三分之一 EV (曝光值)，或 1/3 檔。

有些 1/3 級ƒ值跟 1/4 級ƒ值，看起來類似，例: ƒ1.8。實際上是存在些微差異的，因為兩者都是採用四捨五入到小數點一位。實際上用戶不用擔心，因為自動曝光會調整快門速度。不管那一種算法，ƒ1.8 都是比較靠近 ƒ2 的。

小學堂 ƒ/0.95 是如何算出來的?

它是依照公式: 光圈 f 值 = 鏡頭的焦距除以光圈口徑。 

套入數字: 焦距 50mm / 光圈口徑 52.63mm。答案是 ƒ/0.95。

ƒ/0.95 跟 ƒ/1 之檔數差距很小，但低於 ƒ/1 的數字感覺更厲害!

光圈檔數差異公式: log(兩個f值相除) / log(根號2)。套入 ƒ/0.95 跟 ƒ/1 後，算式成為 log(1 ÷ 0.95) ÷ log(√2)，答案為 0.148 = 1/6.75 = 6.75 分之一。

實際上 ƒ/0.95 只比 ƒ/1 多 1/6.7 檔位的 EV (曝光值)。

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#5 大光圈鏡頭特色

大光圈鏡頭製作不易，光學材料與技術皆有高度要求。從 ƒ/1.4 到 ƒ/1.2，甚至到 ƒ/0.95，需要數倍的努力。

光圈大小會直接反映到鏡頭重量與售價。例: 

AF-S NIKKOR 50mm f/1.8G 標價 NT$8900。相容 DX 格式，鏡頭結構 11 組 14 片，包含 3 塊非球面鏡片。

NIKKOR Z 50mm f/1.8 S 標價 NT$20400。相容 FX 格式，鏡頭結構 9 組 12 片，包含 2 塊 ED 鏡片、2 塊非球面鏡片及附有奈米結晶塗層的鏡片。

NIKKOR Z 50mm f/1.2 S 標價 NT$72800，相容 FX 格式，鏡頭結構 15 組 17 片，包含 2 塊 ED 鏡片、3 塊非球面鏡片及附有納米結晶塗層和 ARNEO 塗層的鏡片。

NIKKOR Z 58MM F/0.95 S NOCT，標價 NT$279800。相容 FX 格式，鏡頭結構 10 組 17 片，包含 4 塊 ED 鏡片、4 塊非球面鏡片、附有納米結晶塗層及 ARNEO 塗層的鏡片，以及附有氟塗層的前端鏡片。

ƒ/1 跟 ƒ/4 相比，其實進光量足足多了 4 檔!

相同 EV 曝光值 & 不變動 ISO 之條件下，假設 EV = 6，一顆全開光圈為 ƒ/4 的鏡頭，需要搭配 1/4 秒快門才能達到正確曝光。

然而，一顆全開光圈為 ƒ/1 的鏡頭，同樣的 EV = 6，只要設定 1/60 秒快門便可達到同樣曝光量。因為此緣故，大光圈鏡頭也被稱為快速鏡頭 (fast lens)。

大光圈或超大光圈鏡頭在夜晚使用相對有利，通常會有夜神、夜之眼......等美稱。此類鏡頭會被廠商加上 Noct 字頭 (來自 nocti- 字首 = night = 夜晚)，如 Leica 的 Noctilux 或 Nikon，Noct-Nikkor 或福倫達 Voigtländer 的 Nokton。

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#f 心得與感想

控制光圈可決定以下的事情:

(1)鏡頭光圈的大小

(2)光圈大小會改變進光量 

(3)光圈開口越大，即 ƒ值越小則景深越淺

(4)景深越淺則背景越模糊，即散景或虛化之程度越明顯 (bokeh)

(編按: bokeh 這個字源自於日文「暈け」之羅馬字化，直譯為模糊)

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#2 2023年4支f/0.95超大光圈鏡頭推薦【平價f/0.95超大光圈鏡頭購買指南】

#1 認識光圈與光圈值【相機鏡頭購買指南之焦比f值f-number的基本觀念】

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Title:認識光圈與光圈值【相機鏡頭購買指南之焦比f值f-number的基本觀念】

 log(F ratio) / log(square root of two) = difference in F/stops

https://www.calculator.net/scientific-calculator.html

pixnet-1286

http://bit.ly/3WslGoG