此前聊鏡頭時有朋友提出了對“等效光圈”不同的看法，對鏡頭等效焦距能夠理解但卻無法理解光圈在各種條件下的不同定義，今天小胖就以此為由頭，來簡單聊聊關於光圈的一些不太熱絡，但也非常有助於理解攝影原理的知識點吧。
首先，什麼是光圈，根據單透鏡定義，直徑為D焦距為f的凸透鏡，F制光圈值就是f/D，比如一塊25mm直徑的50mm焦距透鏡，光圈就是F2。這也正是教科書上的光圈定義，但我們的鏡頭顯然不是單透鏡，於是有了延伸理解：F制光圈=焦距/光圈開孔徑，但這也忽略了一點：光圈基本都在鏡頭結構的中部，需要透過前鏡組才能看到，而前鏡組是有折射的玻璃，換句話說，你通過前鏡組看到的光圈開孔徑，跟你拆下光圈機構用尺量的直徑，並不一定相同。這就需要引入“入瞳徑”的概念。
如果把光圈比喻為人眼瞳孔，通過前鏡組看到的光圈開孔徑就叫入瞳徑，事實上，F制光圈的正確定義就是焦距/入瞳徑。入瞳徑可以通過更高折射率的前鏡組來放大，所以它並不直接與光圈結構的直徑相關，而且此前在聊增倍鏡的時候也聊到過這個話題：通過外掛鏡頭來實現的焦距增減並不會影響F制光圈數值，因為前置外掛鏡頭在改變焦距的同時也會縮放入瞳徑，因此基本上不會影響F制光圈，恆定光圈變焦鏡頭也是因為變焦時，光圈葉片前方透鏡位置改變讓入瞳徑隨之變化，所以不會影響到F制光圈。而後置的增倍鏡則只是單純增加焦距，也就是分子單調增大，F制光圈自然也是隨之增大，F值每增加1檔，焦距延長1.4倍，以此類推。
就拍攝實用性來看，快門速度是F制光圈最重要，甚至是唯一聯動的拍攝參數，但F制光圈在一定情況下會失去準確性，所以我們才需要使用到等效光圈的概念，等效光圈幾乎決定了景深和信噪比，對極限衍射也有一定影響。等效光圈計算主要跟畫幅有關，比如全畫幅鏡頭用在APS-C機身上，焦距就需要一定程度的等效計算（以全畫幅對角線43.2mm為基準值，M4/3的對角線為21.6mm，於是換算倍率為2），但景深和信噪比也同樣也會虛化，景深我們在主文後再進行延伸討論。信噪比其實也很好理解，它與畫幅直接掛鉤，比如都是F4，但全畫幅面積遠大於APS-C或M4/3，所以當快門速度恆定時，全畫幅F4時所獲取的信息量（即通光量）實際就基本等效於APS-C的F2.8，或M4/3的F2，這個數值會直接影響到暗部性能，比如弱光拍攝，快門速度不變的前提下，1/2.5英寸的手機開F1.7，ISO 1600的信噪比只能當M4/3 開F4.5，ISO 12800，也就是全畫幅的F9，ISO 51200。所以才有了不同畫幅之間需要用等效光圈來衡量的需求。
除了等效光圈之外，還可以聊一些特殊情況，比如在不改變畫幅，甚至不換鏡頭的前提下，實用光圈也會發生變化的情況——微距。
事實上F制光圈是在鏡頭對焦到無限遠處時的定義，但在對焦距離極近的時候，F制光圈並不準確。廣義的光圈定義叫“有效光圈”（注意與等效光圈的區別），它的定義是像距/入瞳徑，我們知道鏡頭在無限遠處對焦時，像距=焦距，而放大倍率又有像距/焦距-1的算法，低放大倍率的鏡頭像距變化幅度小，所以有效光圈變化也小，但對於動不動就1:2、1:1放大的微距鏡頭來說，像距變化就很大了，比如1:1放大時，像距是焦距的2倍，有效光圈F值就足足縮小了2擋如100mm F2.8在這時候的有效光圈只有F5.6而已，而如果是1:2倍放大微距的話就是1.5檔。
但像距是很難查到的數據，我們也能通過別的參數來推算，比如放大率，放大倍率m=物距v/像距u，即u = v/m，代入透鏡公式1/u + 1/v = 1/f（焦距），得到v/f = 1+m。設N表示標註F制光圈，亦即N = f/d，此地d是入瞳孔直徑，於是d = f/N。所以，在放大率m時的有效光圈N’=v/d，代入d的值就得到N’=N(1+m) ，比如光圈F2.8拍攝1:1放大的微距，有效光圈就是F5.6。如果要把入瞳徑的相關概念：出瞳徑（從鏡頭後部所看到的光圈孔徑）也納入到公式中去的話，由出瞳徑/入瞳徑可以得到一個比值p（出瞳入瞳比），可得更精確的有效光圈公式就是N’=N（1+m/p）。
但有效光圈其實嚴格來說算是“老黃曆”了，因為它起源於大畫幅相機，在通過延伸皮腔長度，也就是改變像距來調整曝光時所用。對於現代鏡頭來說，上述有效光圈的算法適用於移動整個內鏡組來進行對焦的鏡頭（比如大部分經典徠卡M口蔡司鏡頭），但事實上目前所有微距鏡頭都是內對焦，放大倍率增大的時候焦距會縮短，像距自然也會隨之縮短，因此有效光圈的隨著放大倍率的變化程度沒有那麼劇烈 ，不少微距鏡頭在1:1放大時有效光圈只比標註的F值降低1檔而已，但光圈變化是一定存在的，道理大家明白就OK。
光圈數值還有一種比較獨特的制式是為T制，大家在電影鏡頭上很容易看到，美能達/索尼的135mm F2.8（T4.5）是相機鏡頭裡少有標註T制光圈的。它的作用是什麼？從前文中F制光圈的簡要計算裡不難看出，它壓根沒有把透鏡透光率給納入進來，這對於動輒十數片透鏡構成的鏡頭來講顯然是不準確的，即便相同F2.8的鏡頭也會因為內部設計的具體不同而導致真正的通光量不同，而對於電影拍攝來說，要儘量減少更換鏡頭後調整參數的時間，所以才重視T制光圈。
它的定義是F制光圈/透光率開方。因為把透光率給納入進來，因此相同T制光圈鏡頭曝光更準確，相同T制光圈鏡頭之間的更換不需要更改參數，節省時間，增強準確性。================分割線================
畫幅切換，等效光圈帶來的景深問題，在這裡集中延伸，就不單獨開文章了，先看理論：以單透鏡為參考系的景深公式裡需要代入焦距、F制光圈、物距以及彌散圓直徑這四項參數，而彌散圓直徑又是由畫幅尺寸決定的，大多數品牌的定義是傳感器對角線長/1500。以APS-C畫幅0.0201mm彌散圓直徑為例，若焦距為100mm、光圈為F2.8、並且對焦3000mm處，通過公式計算可得景深約為101mm，而如果拍攝參數完全相同，但只是把相機換成0.0289mm彌散圓直徑的全畫幅相機，景深變成了145mm左右，也就是說相同的機位相同的鏡頭，只是從全畫幅換成APS-C，理論上景深反而會變小，但因為這個算法只是理論，對實際複合鏡頭只有參考意義，至少方向是對的，只是精度不夠。實際上如果你親自實驗一下不難發現，此時因為
等效焦距不同所以構圖並不相同，但APS-C的出片基本上就是直接裁切全畫幅中心部分放大，比如上圖其中有一張就是全畫幅裁剪中央區域後放大，你能看出它跟APS-C在虛化上的區別麼？
但大家可能更多討論的是把被攝主體拍成一樣大，也就是它的像在全畫幅上佔高度一半，在APS-C畫幅上也佔高度一半的情況。其實自己拍一拍也不難發現，這種情況下使用同一顆鏡頭開啟相同光圈，全畫幅的景深要比APS-C來得更淺。數學意義上簡單一點來說：設A相機的對角線長是B相機的N倍，拍攝相同放大倍率M的物體時，相機A的景深=1+NM/N（1+M）X相機B的景深，此時若N>1，也就是A相機畫幅大於B相機時，可以算出A的景深小於B，同時物距也可以使用此公式，即：相機A的物距=1+NM/N（1+M）X相機B的物距，當N>1時，A相機的對焦距離也是更近的。所以
畫幅越大，景深越淺虛化越強的前提就是被攝主題在畫幅上的放大倍率一致，也就是拍得一樣大。最後再複習一下等效光圈的意義吧，它主要是方便理解不同畫幅間切換時景深和信噪比的變化關係，我們以全畫幅和M4/3為例，如果以相同構圖相同主體放大倍率進行拍攝，全畫幅100mm F2和M4/3的50mm F2相同ISO出片亮度一樣，但全畫幅信噪比高2檔，景深更淺。如果想要景深相同，全畫幅需要縮小光圈到F4，但這時候快門速度比M4/3慢了2檔，雖然出片亮度一致，景深相同，但全畫幅的信噪比依然高兩檔，所以就需要全畫幅再加2檔ISO，這時候兩者的快門速度、出圖亮度、景深和信噪比全部相同。所以我們可以簡單粗暴地把全畫幅的F4景深等效為M4/3的F2（相同放大倍率）、全畫幅的ISO 400信噪比等效於M4/3的ISO 100，這就是等效的意義所在。
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