光圈縮到 f/16,艾里斑(Airy disk,繞射在感光元件上形成的亮斑)直徑約 21.5 微米,是 4,500 萬畫素全片幅(像素間距約 4.39 微米)的近 5 個像素寬;同樣的 f/16 在 2,400 萬畫素全片幅(約 6.0 微米)上只糊掉約 3.6 個像素。這些數字都是我用單一公式自算的(不是查來的測試數據),下面把公式、代入過程與假設講清楚,讓「幾號光圈開始被繞射拖累」變成可以自己驗算的事。
📖 學
公式與假設(自算,公式為標準光學結論,本次沒有重新查證頁面)。 圓形光圈的繞射斑,第一暗環的直徑約為 d = 2.44 × λ × N,λ 是波長、N 是光圈值。取綠光 λ = 550 奈米(0.55 微米),每一級光圈值對應 2.44 × 0.55 ≈ 1.342 微米。這是單色光、理想鏡頭、對焦完全準確下的下限;真實鏡頭還有像差,白光也混有紅藍,實際只會更糊,不會更銳。
各光圈的艾里斑直徑(自算,d = 1.342 微米 × N)。
| 光圈 | 艾里斑直徑 |
|---|---|
| f/4 | 約 5.37 微米 |
| f/5.6 | 約 7.51 微米 |
| f/8 | 約 10.74 微米 |
| f/11 | 約 14.76 微米 |
| f/16 | 約 21.47 微米 |
| f/22 | 約 29.52 微米 |
對應到像素(自算,假設全片幅寬 36 毫米,像素間距 = 36 毫米 ÷ 水平像素數)。 以下三個畫素數是我挑的代表性規格,不是特定機種資料:水平 6,000 像素(約 2,400 萬畫素)間距 6.0 微米;水平 8,192 像素(約 4,500 萬畫素)間距 36000 ÷ 8192 ≈ 4.39 微米;水平 9,504 像素(約 6,100 萬畫素)間距 36000 ÷ 9504 ≈ 3.79 微米。
一個常用的粗略門檻是「艾里斑直徑等於 2 個像素間距」,此時繞射開始明顯限制 100% 放大檢視的銳度。這個門檻是經驗準則,不是嚴格定律,我只拿它當比較基準。令 1.342 × N = 2p:6.0 微米時 N = 12 ÷ 1.342 ≈ 8.9;4.39 微米時 N = 8.78 ÷ 1.342 ≈ 6.5;3.79 微米時 N = 7.58 ÷ 1.342 ≈ 5.6。也就是畫素越高,越早進入「繞射限制」:6,100 萬畫素約 f/5.6 就碰到,2,400 萬畫素約 f/9。
繞射與景深的取捨(自算)。 景深的容許模糊圈(CoC)常用全片幅 0.03 毫米(30 微米,這是業界常見慣例,不是標準)。艾里斑等於 CoC 時 N = 30 ÷ 1.342 ≈ 22.4,所以以「縮小後印 8×10 吋以下」的標準,f/22 附近才會明顯被繞射吃掉。若要看 100% 像素,門檻低很多。縮光圈換景深有代價:f/8 到 f/16 景深加倍,但艾里斑也加倍(10.74 到 21.47 微米),像素級銳度下降。
跨片幅的等效(自算)。 微型四三的 CoC 約為全片幅一半(0.015 毫米,同樣是慣例),令 1.342 × N = 15 得 N ≈ 11.2。所以微型四三的 f/11 大致對應全片幅 f/22 的繞射比例,同時景深也大致對應,這跟「等效光圈」的邏輯一致:畫面相同、景深相同時,繞射的相對傷害也相同。小片幅沒有繞射上的便宜可占。
🧠 記
- 公式: 艾里斑直徑 d ≈ 2.44 × λ × N;λ = 550 奈米時每級光圈值約 1.342 微米。
- 自算結果: f/8 為 10.74、f/11 為 14.76、f/16 為 21.47、f/22 為 29.52 微米;6.0、4.39、3.79 微米間距下「2 像素」門檻分別約在 f/8.9、f/6.5、f/5.6;全片幅艾里斑等於 30 微米 CoC 約在 f/22.4;微型四三約在 f/11.2。
- 未核對: 本次沒有重新讀取任何頁面核對公式,數字是公式代入,不是實測;2 像素門檻與 CoC 數值皆為經驗慣例;真實鏡頭像差與拜耳濾鏡、去馬賽克都會讓實際銳度與純理論值不同。
✍️ 實踐
一、自己跑一次光圈階梯。 把相機架在腳架上,對一面有細紋理的牆,從 f/4 拍到 f/22 每級一張(固定 ISO 與對焦,用光圈優先),以 100% 檢視中央,記下哪一級開始變糊,與上面按自己機身畫素算出的門檻比一比。
二、用自己機身算門檻。 照「像素間距 = 感光元件寬 ÷ 水平像素數」算出自己的間距,代入 N = 2p ÷ 1.342,得到你的「繞射警戒光圈」,之後風景拍攝時把它當上限,除非確實需要更大景深。
三、需要大景深時改用對焦堆疊。 若 f/16 以上才夠景深,而你的門檻是 f/8,可以在 f/8 拍多張不同對焦距離、後製堆疊,代價是要用腳架且被攝體不能動。
🔗 延伸學習
- Airy disk(Wikipedia):艾里斑與 1.22 λ N 半徑公式的來源頁面(本次未重新讀取,點開前請以內文為準)。
- Diffraction-limited system(Wikipedia):繞射限制系統的定義(本次未重新讀取)。
- Circle of confusion(Wikipedia):容許模糊圈與景深的關係(本次未重新讀取)。
💬 問 AI
我用 d = 2.44 × λ × N、λ = 550 nm 自算艾里斑直徑:f/8 約 10.74 µm、f/16 約 21.47 µm、f/22 約 29.52 µm。全片幅 36 mm 寬下,水平 6,000、8,192、9,504 像素的間距為 6.0、4.39、3.79 µm;以「艾里斑 = 2 像素」為門檻,對應約 f/8.9、f/6.5、f/5.6。以 CoC 30 µm(全片幅)與 15 µm(微型四三)算,艾里斑等於 CoC 約在 f/22.4 與 f/11.2。
(a) 已知:公式為標準光學結論;2 像素門檻與 CoC 皆為經驗慣例。
(b) 我的推論:畫素越高越早受繞射限制。
請:
1. 檢查我的算術與公式代入。
2. 說明拜耳濾鏡與去馬賽克如何影響「2 像素門檻」是否合理。
3. 區分「標準公式」「攝影慣例」「你的推論」,查不到就說不確定,不要編造連結。