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科普:手机闪光灯周围的圆圈并非装饰

知乎2015-06-03 00:04我要吐槽
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  你看到的那些圆环是来自于菲涅尔镜。既然大家产生了“为什么会有这样的设计”的疑问,那下面就讲讲闪光灯的光路设计思想

  闪光灯的灯管发出的光自然是向任意方向散射的:

  但是闪光灯的目的就是为了照亮前方被摄物体,为了尽可能利用灯管所发出的光线,我们需要将这些光线集中射向前方。对于向灯管后方发射的光线,人们首先想到的是利用凹面反光镜:

  上图可以看到,光源射向后方的光线(蓝色)被凹面反光镜聚集以后水平射向前方,但是射向前方和侧方的光线(黄色)只有一小部分,也就是真正笔直向前的可以照到被摄物体,其它方向的也全都散失了。为了解决这个问题,最简单的方法就是加深反光镜:

  这样做虽然使得光线发射的问题得到改善,但是大大增加了闪光灯的厚度,并且还是有一部分光线(蓝色表示)散失了。因此这种方法一般用于探照灯这类对体积没有太多限制的设备。当然,我们还可以利用更复杂的光路系统,比如:

  但这些系统都更加复杂,并且也非常厚,显然不能适用在闪光灯上。那么为了解决“闪光灯射向前方的光线发散”这一问题,人们很自然的想到了利用凸透镜:

  为了使得透镜外表面与闪光灯外壳齐平,可以采用半球形的凸透镜:

  但是凸透镜对于一些闪光灯来说仍然较厚,比如追求超薄的手机,因此人们就用更薄的菲涅尔镜来代替凸透镜。菲涅尔镜的构造如下:

  这种神奇的镜片比凸透镜薄得多,但可以实现与凸透镜相同的光路:

  除了更薄之外,菲涅尔镜还有更少的色差,因此,许多闪光灯(包括手机)上都会利用较浅的反光凹面镜和菲涅尔镜一起来实现“任何方向的光线都向前方汇聚”的效果啦。菲涅尔镜看起来是这样的:

  这就是我们在手机闪光灯上看到的一圈一圈的同心圆。

(作者:王珏)
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