你看到的那些圆环是来自于菲涅尔镜。既然题主问了“为什么会有这样的设计”,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。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:
上图中上半部是凸透镜,下半部是等价的菲涅尔镜。实物如下:
这就是我们在手机闪光灯上看到的一圈一圈的同心圆。
注意:上面的光路图均为示意图,实际中的闪光灯发出的并不是完全的光行光线,而是有一定发散角的,还要考虑避免明暗分界的问题,其光路结构也更加复杂。由于这些内容含较多专业知识,请恕此处不再赘述。
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