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照相机

发展历史

相机发展

最早的照相机结构十分简单,仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂,具有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍、对焦、变焦等系统,现代照相机是一种结合光学、精密机械电子技术化学技术的复杂产品。

1550年,意大利的卡尔达诺将双凸透镜置于原来的针孔位置上,映像的效果比暗箱更为明亮清晰。

1558年,意大利的巴尔巴罗又在卡尔达诺的装置上加上光圈,使成像清晰度大为提高;1665年,德国僧侣约翰章设计制作了一种小型的可携带的单镜头反光映像暗箱,因为当时没有感光材料,这种暗箱只能用于绘画

1822年,法国的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片,但成像不太清晰,而且需要八个小时的曝光。1826年,他又在涂有感光性沥青的锡基底版上,通过暗箱拍摄了一张照片

1839年,法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机,它是由两个木箱组成,把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦,用镜头盖作为快门,来控制长达三十分钟的曝光时间,能拍摄出清晰的图像。

1841年光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。该相机安装了世界上第一只由数学计算设计出的、最大相孔径为1:3.4的摄影镜头。 

1845年德国人冯·马腾斯发明了世界上第一台可摇摄150°的转机。1849年戴维·布鲁司特发明了立体照相机和双镜头的立体观片镜。1861年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩色照片

1860年,英国的萨顿设计出带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜头反光照相机;1862年,法国的德特里把两只照相机叠在一起,一只取景,一只照相,构成了双镜头照相机的原始形式;1880年,英国的贝克制成了双镜头的反光照相机。

1866年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学玻璃,产生了正光摄影镜头,使摄影镜头的设计制造,得到迅速发展。

随着感光材料的发展,1871年,出现了用溴化银感光材料涂制的干版,1884年,又出现了用硝酸纤维(赛璐珞)做基片的胶卷。1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料--柔软、可卷绕的“胶卷”。这是感光材料的一个飞跃。同年,柯达公司发明了世界上第一台安装胶卷的可携式方箱照相机。

照相机.jpg

1906年美国人乔治·希拉斯首次使用了闪光灯。1913年德国人奥斯卡·巴纳克研制出了世界上第一台135照相机。

从1839年至1924年这个照相机发展的第一阶段中,同时还出现了一些新颖的钮扣形、手枪形等照相机。

从1925年至1938年为照相机发展的第二阶段。这段时间内,德国的莱兹(莱卡的前身)、禄来、蔡司等公司研制生产出了小体积、铝合金机身等双镜头及单镜头反光照相机。

随着放大技术和微粒胶卷的出现,镜头的质量也相应地提高了。1902年,德国的鲁道夫利用赛得尔于1855年建立的三级像差理论,和1881年阿贝研究成功的高折射率低色散光学玻璃 ,制成了著名的“天塞”镜头,由于各种像差的降低,使得成像质量大为提高。在此基础上,1913年德国的巴纳克设计制作了使用底片上打有小孔的 、35毫米胶卷的小型莱卡照相机-徕卡单镜头旁轴照相机。

不过这一时期的35毫米照相机均采用不带测距器的透视式光学旁轴取景器。

1931年,德国的康泰克斯照相机已装有运用三角测距原理的双像重合测距器,提高了调焦准确度,并首先采用了铝合金压铸的机身和金属幕帘快门。

1935年,德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机,使调焦和更换镜头更加方便。为了使照相机曝光准确,1938年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。1947年,德国开始生产康泰克斯S型屋脊五棱镜单镜头反光照相机,使取景器的像左右不再颠倒,并将俯视改为平视调焦和取景,使摄影更为方便。

1956年,联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机;1960年以后,照相机开始采用了电子技术,出现了多种自动曝光形式和电子程序快门;1975年以后,照相机的操作开始实现自动化

在20世纪五十年代以前,日本的照相机生产主要是引进德国技术并加以仿制,如1936年佳能公司按照徕卡相机仿制了L39接口的35mm旁轴相机,尼康是在1948年才仿照康泰克斯制造出了旁轴相机。

PENTAX的前身旭光学工业公司1923年开始生产镜头,随着日本侵略战争的扩大,日本军队对光学仪器的需求急剧增加,尼康、宾得和佳能等日本光学仪器厂都接到了大量的军队订单,为侵华日军生产望远镜、经纬仪、飞机光学瞄准仪、瞄准镜、光学测距机等等军用光学仪器。随着战争的结束,这些军队订单已经不再有,战后军工企业为生存不得不转向民用品的生产,光仪厂商尼康、佳能、宾得都先后开始了照相机生产。

1952年宾得引进德国技术并引入德国“PENTAX”品牌,生产出了“旭光学”的第一部相机。1954年,日本第一部单镜头反光照相机在旭光学-宾得公司制成。1957年作为日本照相机的后起之秀,又制造出了日本的第一部五菱镜光学取景的单反照相机。此后美能达、尼康、玛米亚、佳能、理光等公司争相仿制、改进单反照相机及镜头技术,从而推动了民用照相机技术在日本的发展,世界单反照相机技术重心逐渐由德国转移到了日本。

1960年,宾得推出的PENTAX SP相机问世,开创了照相机TTL自动测光技术

1971年,宾得公司的SMC镀膜技术申请了专利,并应用SMC技术开发生产出了SMC镜头,使得镜头在色彩还原和亮度以及消除眩光和鬼影两方面都得到极大改善,从而显著提高了镜头品质。得益于SMC技术,此后宾得镜头的光学素质达到了极大的改善,有多只宾得镜头被职业摄影师们推崇,甚至超越了德国顶级镜头蔡司镜头,成就了宾得相机一时的辉煌。(SMC是英文Super-Multi Coating的缩写,意即超级多层镀膜技术,应用这一技术,使得镜头中镜片间光线的单次反射率能够由5%下降到0.96-0.98%,整只镜头的光透过率高达96%以上。)虽然几乎所有厂商生产的照相机镜头都声称采用了SMC技术,但是实测证明,在这一点上做得最好的,还是宾得镜头。

1969年,CCD芯片作为相机感光材料在美国的阿波罗登月飞船上搭载的照相机中得到应用,为照相感光材料电子化,打下技术基础。

1981年,索尼公司经过多年研究,生产出了世界第一款采用CCD电子传感器做感光材料的摄像机,为电子传感器替代胶片打下基础。紧跟其后,松下、Copal、富士、以及美国、欧洲的一些电子芯片制造商都投入了CCD芯片的技术研发,为数码相机的发展打下技术基础。1987年,采用CMOS芯片做感光材料的相机在卡西欧公司诞生。

镜头发展

先说徕卡,话说徕卡这个品牌没有建立以前在1849年,23岁的德国数学家卡尔.开尔纳(Carl Kellner)在威兹拉(Wetzlar)成立"光学协会",开始镜头与显微镜的研发。这是徕卡的前生。在1869年 Ernst Leitz 接管了公司并成为唯一的管理者,他以自己的名字命名公司。这就是著名的Leitz(徕兹)公司。具体说到徕卡(leica)这个品牌的诞生,不得不先说135相机的产生。奥斯卡·巴纳克(Oskar·Barnack),德国一位才华横溢的机械师,同时也和我们一样也是一个执着的摄友。在上世纪初,工业革命盛兴。

Leica(徕卡)相机的历史就是从奥斯卡·巴纳克担任徕兹公司研究主任一职才开始的。

德国光学诸雄,徕卡剑走偏锋,追求小巧。施奈德讲究的是有容乃大,内力雄厚。罗墩斯得最出名的是暗(房)(利)器(就是放大镜头啦)而蔡斯就是一个全能高手了。135幅面Carl Zeiss T*镜头是唯一可以抗衡徕卡的品牌。120中幅中哈苏也是依靠蔡司T*镜头群称霸专业领域。就是在大幅,Carl Zeiss也有一支小像场的Planar T* 135mm/3.5号称大幅镜头的最大光圈。

德国古镇耶拿Jeona就是著名的卡尔. 蔡司光学的故乡。也许当时谁也没有想到卡尔. 蔡司(Carl Zeiss ,1816~1888)一个高中毕业的学徒工将会在这里创造一个世界光学巨人

靠着多年的对光学和化学兴趣,卡尔在学徒满之后长期的在当地的耶拿大学旁听。在1846年卡尔. 蔡司正好30岁的时候,他创办了一个工作室,有20个雇员,早期产品是放大镜片和简单的显微镜,由于得益于两位科学家恩斯特-阿贝和奥托-肖特的帮助,蔡司厂光学镜头的质量一直处于世界领先地位。二战以前设在德累斯顿的生产车间是世界上生产规模最大的照相机工厂。

灾难降临,就在1945年2月14日晚上,德累斯顿照相机工厂被美军炸毁,这是个灾难。在二战将近结束时,巴顿将军的第三军团占领了耶拿,本来打算让工厂重新开工,可是由于Yalta条约规定美军的位置必须后退向西移,德国被一分为二,耶拿镇和德累斯顿全部都由苏军占领,于是,在巴顿撤出德累斯顿前,为了不让将进占耶拿的苏军获得和利用这一世界光学之都的技术和工厂,巴顿下令炸毁了德累斯顿照相机工厂的核心部分。美军撤走的同时也带走了蔡司公司的126名关键的管理人员和技师,在美国扶持的联邦德国(西德)的巴登-符腾堡的奥伯考亨(Oberkochen)重新建厂,Carl Zeiss在"资本主义"社会里获得了新生。苏军进占耶拿后,对于这个光学巨人财富,前苏联当然不会不加利用,于是将大量的蔡司技术人员被转移到了苏联的基埔市,作为战争赔偿,苏军同时也拆除剩下94%的Carl Zeiss加工厂和制造厂。在基埔建立了Kiev照相机制造厂(所以俄罗斯镜头靠着抢来的技术至今还能在光学影像领域占有着一席之地)。但是德国人的技术好像抢不走,在耶拿大学的支持下Carl Zeiss Jeona的LOGO很快又出现在了德累斯顿。但从此蔡司厂也因此一分为二。

东德的产品冠名为:Carl Zeiss Jeona(卡尔. 蔡司.耶拿)史称"东蔡"。

西德的产品冠名:Carl Zeiss史称"西蔡",其实东、西蔡在设计上都秉承了蔡司传统,可是都标榜自己为是为蔡司正宗。塞翁失马焉知非福,就是这种竞争使得蔡司在光学设计上得到了进一步的进步。

两德统一后,东西德的蔡司厂又联手经营。总部仍设在奥伯考亨,拥有员工3500名,同时在世界各地设有分厂。这时的蔡司双剑合壁,在广泛的光学领域已经是第一强者。在135领域的Contax还尚有徕卡与之抗衡,但到了120的专业领域Carl Zeiss T*已经是称雄天下,顺我者昌,逆我这亡!哈苏、禄徕使用蔡司镜头才坐到江湖前2把交椅,玛米亚、勃朗尼卡没有蔡司支持就注定只能夹缝中求生存。

到了数码时代,又是蔡司,使得原本是光学外行的sony摇身变成消费级dc业界的大佬之一。

和介绍徕卡相同,我们来认识一个人:保罗-鲁道夫——镜头制造史上最有名的设计师之一,一个对蔡司发展影响最大的一个人。1890 年,他设计出第一只消像散正光摄影镜头(Anastigmat),开创了蔡司厂镜头制造的新纪元。1896年鲁道夫又发表了大名鼎鼎的普兰纳(Planar)双高斯结构的镜头,对各种镜头像差都进行了出色的纠正。此后,世界各地生产的各种品牌的标准镜头的设计(包括徕卡)无不受惠于普兰纳。1902年,他又设计出三组四片的"鹰之眼"——天塞(Tessar)镜头,结构虽然简单,价格适中,成像质量却惊世骇俗,明快锐利。大众摄影里面就有一篇"百年天塞"的文章说的就是这个天塞及其衍生设计的镜头。1902年4月25日,柏林的皇家专利委员会将编号为142294的专利证书颁发给了Carl Zeiss Jena公司生产的以Tesser命名的镜头。自此一个辉煌的镜头家族开始逐渐发展壮大起来。

当我们将目光转向光学发展史的开端,我们就会看到,在光学历史的早期(即1839-1855/60年的达盖而时期),市场上居于统治地位的镜头实际只有两种。它们分别是1839年设计的Chevalier镜头,和1840年开发出来的Petzcval镜头。1839年Ch.Chevalier在巴黎为达盖尔式照相机设计了一支光圈为1:18的消色差镜头。这是由一组相互胶合的凸透镜与凹透镜组成的,它能够纠正色差和球面相差,但是却不能改变像场边缘的歪曲变形以及色散现象。(1924年C.P.Goerz改善了这种镜头,使其最大光圈可达1:11,并以Frontar命名,与Tengor方盒式照相机配套出售)。

很小的光圈导致了达盖尔型照相机的曝光时间至少需要15分钟,维也纳的Josef Petzval教授一直致力于解决镜头光圈过小的问题,并于1840年开发出了一款新的镜头,其全开光圈可达1:3.7,大光圈镜头的出现使得达盖尔相机的曝光时间明显缩短,其中用于拍摄人像的达盖尔相机,曝光时间已经达到了1分钟以内的水平。经过修正的Petzval式镜头在今天的幻灯镜头中仍然有着广泛的应用。Petzval式镜头也有其自身的光学限制,这主要表现在用于风光摄影时的边缘像场模糊现象。世界上最老的照相机生产厂福论达(Voigtlaender)公司在同年便生产出了装有此镜头的金属相机,这种相机由于产量极少,而成为收藏者们争崇的对象。一台装有Petzval镜头的金属相机,在当时的售价在当时也相当高,要120金盾。(与之相比,一匹优良的赛马也不过100金盾)尽管如此,福论达公司还是销售出了600台这样的相机。

1865年,设计师Carl August Von Steinheil 设计出了Periskop。这是一种带有两组凹凸透镜的双镜组结构镜头。(每组镜片中含有一片凹凸透镜,所谓凹凸透镜也叫半月板型透镜,顾名思义它的形状象半月板,是有一片凸透镜,和一片凹透镜粘合而成)

1866年他的儿子Hugo Adolph Steinleil将其进一步发展,设计出了Aplanat镜头,Aplanat镜头同样具有对称式双镜组结构。这支镜头很好的纠正了球型畸变及色差,但却没能解决像场边缘的像散问题。与此结构类似的后继类型还有C.P.Goerz生产的Lynkeioskop,以及Voigtlaender生产的Euryskop,可以说Aplanat是对称式双镜组结构镜头的始祖,很多流行的镜头都是借鉴了Aplanat的设计

伴随着1879年干板式照相机的出现,摄影变得更加普及。19世纪末镜头的设计有了重大的发展,在早期,设计师已经能够设计出光圈很大但拍摄角度偏小的镜头,而到这时大光圈大角度拍摄的需求已经被摄影师提了出来。Petzval教授认识到了要想设计大角度镜头,必须首先解决像场边缘的像散性问题,但无奈当时的可以

使用的玻璃种类却还不能够满足设计师的需要。

Adolph Steinheil于1881年获得了一支非对称双镜组结构镜头的专利,将其命名为Gruppen-Antiplanet,这支镜头有两个粘和而成的镜足构成。通过前镜组的凸透镜和后镜组的凹透镜作用,在1:6.5的光圈下已经可以达到60度的拍摄角度,这种镜头同时在一定限度内克服了像散的问题。同一年Adolph Steinheil又设计出了一支人像镜头"Portrait-Antiplanet",与Gruppen-Antiplanet的区别是,这支镜头的后镜组是分开的,这样的结构成为了日后Triplet镜头的设计基础。1890年德国耶拿的Ernst Abbe和Otto Schott试制出了新的玻璃品种,这种玻璃的生产对于解决镜头的像散问题起到了决定性的作用。英国T.Cooke & Sons光学公司的技术总监Harold Dennis Taylor应用了这种新式玻璃,通过简化Petzval的设计,得到了一种可以很好矫正像散的镜头。这种光圈为1:4.5的Taylor镜头,具有轻微的不对称结构,值得一提的是它只由三片镜子组成,即所谓的Triplet,两片凸透镜和一片凹透镜将光圈叶片分开。

1889年,耶拿Carl Zeiss公司的设计师Paul Rudolph博士提出了他的像场边缘像散矫正原则,第一支可以真正矫正像散的镜头于1890年被开发出来,这是一支广角镜,利用了高斯在1840年设计的一款望远镜头的2组4片结构。Rudolph博士又先后在1897年和1900年设计出了Planar和Unar镜头,在1890至1900这十年,总计有10000支非像散镜被销售出去。Zeiss公司生产的这些镜头均以Anastigmat为标记,由于这一名称未申请专利,为了防止仿造,Zeiss公司从1900年起,用Protar、Planar和Unar这三个专利名称标记自己的非像散镜头。其中Unar是由四片独立的镜片组成,最前段放置一片凸透镜,然后是一片凹透镜,两片半月板型透镜在镜头末端;Protar是由两组粘合在一起的非对称的镜组构成。1900年之后开发出的钡硅玻璃使得镜头不仅能够矫正像散,同时还能得到平坦的像场。

1902年,Rudolph博士设计出了今天的寿星Tesser,它与Unar、Protar有着紧密的联系,这支镜头由4片镜片组成,两两一组不对称的分布在光圈两边,其中前组是独立的两片玻璃,后组是由一片凹镜一片凸镜粘合而成,光线经前组镜片汇聚,再由后组的粘合平面发散投射到底片平面上。Tessar镜头一直以来都被当作是Triplet镜头的改型,通过现代对光学历史的研究,我们又把Tessar镜头的起源追述到Portrait-Antilanet。

1902年Zeiss公司开始出售Tessar镜头,其中包括用于速拍的最大光圈为6.3的Tessar系列,以及用于翻拍的最大光圈为10的Tessare系列。1905年和1906年设计师E.Wanderleb又将Tessar的最大光圈提升到了4.5和3.5,这些发展都是依靠新品种玻璃的产生。1912年Wandersleb博士又进一步修正了Tessar镜头,使其更加流行,这时人们已经可以把Tessar安装在固定的大型座机上使用。

1921年Tessar的计算数据被进一步调整,这一年Willy博士开发出了适合远摄的光圈分别为6.3和8的Tele-Tessar,这两款Tele-Tessar的实际后截距要比镜头焦距短,它们并非典型的Tessar结构。只有后来为胶片机生产的Kino-Tele-Tessar和为Contax生产的Tele-Tessar-K才是具有典型Tessar结构的望远镜头。为了适应航空摄影的需要,Zeiss在同年又推出了f 4.5/250 f5/500和f5/700这三支镜头。

1927年,Willy Merte博士将Tessar镜头的光圈进一步提升至1:2.7。当时这种新开发的Tessar镜头被用于大多数摄影机和照相机上。但与当时同样流行的f/3.5相比,这种镜头的边缘成像清晰度略显不足。1931年,Zeiss公司用Bio-Tessar 1:2.8/135,1:2.8/165代替了1:2.7/120和1:2.7/165。新的Bio-Tessar是一种由Willy·Merte博士设计的六片三组式消色差Triplet式镜头,镜头前组由一片凹透镜与一片凹凸透镜粘合而成,中间是一片独立的凹透镜,后组是由一片凹凸透镜,一片凹镜,一片凸镜粘合而成,中间设置的独立的凹透镜可有效的改变像场边缘的相差问题。此后Zeiss又设计了Apo-Tessar f1:9/1200mm和用于翻拍的S-Tessare f6.3/1200mm。

30年代初,Willy.Metre博士为Zeiss设计出了专用于小画幅相机的Tessar镜头,这支镜头的结构来源于Tessar f3.5,只不过光圈提升至了1:2.8,这种镜头首先被用在Kolibri 3*4cm相机上,之后便被德雷斯顿的Zeiss Ikon相机厂生产的Contax1 型机作为标头使用。1934年Zeiss又开发出了前景组经镀膜的Tessar f2。1939进一步改进的Tessar通过对第6或7片镜片的矫形,使得Tessar f2在全开光圈是成像变形问题得到了更好的解决。在广角摄影领域,Zeiss为Contax设计了一款光圈为f1:8的28mm镜头,虽然光圈很小,但这支镜头的成像角度已达到了75度。直至30年代末,Zeiss一直把Tessar当作自己生产的成像最为锐利的镜头,正如那时Zeiss的广告中所描述的 "Zeiss Tessar-相机的鹰眼"。

二战之后(1947年),Harry Zoellner博士(现Carl Zeiss Jena厂的技术总监),通过应用新开发的钍元素玻璃设计出了Tessar f2.8/5cm,1951年这款Tessar镜头才正式投入市场开始销售,与f3.5相比,除了光圈增大以外,在成像素质方面也达到了Tessar镜头的一个新顶点。1965年Harry Zoellner博士设计的Tessarf2.4,已经达到了当时光学水平的顶点,但是由于过大的光圈而带来像质损失,使得这支镜头的开发半途而废。

位于斯图加特附近的Carl Zeiss Oberkochen工厂,也在致力于Tessar镜头的开发,并且为Tessar系列镜头光学素质的提高做出了很大贡献,1956年Wandersleb改进了1938年已获得专利的Tessar原始镜头的设计,生产出适合Contaflex 3/4的镜间快门型超级Tessar f4/35mm 以及f4/85mm。1962年超级Tessar的全开光圈又被提升至1:3.2。之后Zeiss公司修正了广角Tessar和望远Tessar的前镜组,使得Tessa

r镜头终于可以系列化的应用于Contaxflex相机上,满足了各个焦段用户的需求。至此Tessar镜头家族的组织性建设已基本完成,自50年代至今,已有更多的经过改进的Tessar镜头被摄影师所应用。同时,其它相机厂也纷纷借鉴Tessar镜头的设计生产出了一系列的变形品种,这其中也包括Leitz公司早期的Elmar系列镜头。如果有谁想要收集Tessar镜头,那么在世界上至少还有400多个不同品种的Tessar可供选择。

庞大的Tessar家族向人们展示了,光学技术的进步如何能使1840年的一支结构简单的四片镜,发展成为在今天的摄影领域仍然举足轻重的镜头。

材料组成

镜头使景物成倒象聚焦在胶片上。为使不同位置的被摄物体成象清晰,除镜头本身需要校正好象差外,还应使物距、象距保持共轭关系。为此,镜头应该能前后移动进行调焦,因此照相机一般都应该具有调焦机构。

照相机1.jpg

取景器

为了确定被摄景物的范围和便于进行拍摄构图,照相机都应装有取景器。现代照相机的取景器还带有测距、对焦功能。

快门和光圈

控制曝光的机构——快门和光圈

为了适应亮暗不同的拍摄对象,以期在胶片上获得正确的感光量,必须控制曝光时间的长短和进入镜头光线的强弱。于是照相机必须设置快门以控制曝光时间的长短,并设置光圈通过光孔大小的调节来控制光量。 

输片计数机构

为了准备第二次拍摄,曝光后的胶片需要拉走,未曝光的胶片要拉过来,因此现代照相机需要有输片机构。为了指示胶片已拍摄的张数,就需要有计数机构。 

机身

它既是照相机的暗箱,又是照相机各组成部分的结合体。可用框图表示照相机的最基本组成部分。

其实,就照相机这个基本功能而言,无论是早期的“银版照相机”,还是已经高度电子化、自动化电脑化的照相机,其基本原理都没有多大区别。 

工作原理

照相机品种繁多,按用途可分为风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献缩微照相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、高速照相机等;按照相胶片尺寸,可分为110照相机(画面13×17毫米)、126照相机(画面28×28毫米)、135照相机(画面24×18,24×36毫米)、127照相机(画面45x45毫米)、120照相机(包括220照相机,画面60×45,60×60,60×90毫米)、圆盘照相机(画面8.2x10.6毫米);按取景方式分为透视取景照相机、双镜头反光照相机、单镜头反光照相机。

任何一种分类方法都不能包括所有的照相机,对某一照相机又可分为若干类别,例如135照相机按其取景、快门、测光、输片、曝光、闪光灯、调焦、自拍等方式的不同 ,就构成一个复杂的型谱。照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律,以光子为载体,把某一瞬间的被摄景物的光信息量,以能量方式经照相镜头传递给感光材料,最终成为可视的影像。照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的,并通过镜头,把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。摄影时,必须控制合适的曝光量,也就是控制到达感光材料上的合适的光子量。因为银盐感光材料接收光子量的多少有一限定范围,光子量过少形不成潜影核,光子量过多形成过曝,图像又不能分辨。照相机是用光圈改变镜头通光口径大小,来控制单位时间到达感光材料的光子量,同时用改变快门的开闭时间来控制曝光时间的长短。

从完成摄影的功能来说,照相机大致要具备成像、曝光和辅助三大结构系统。成像系统包括成像镜头、测距调焦、取景系统、附加透镜、滤光镜、效果镜等;曝光系统包括快门机构、光圈机构、测光系统、闪光系统、自拍机构等;辅助系统包括卷片机构、计数机构、倒片机构等。

镜头是用以成像的光学系统,由一系列光学镜片和镜筒所组成,每个镜头都有焦距和相对口径两个特征数据;取景器是用来选取景物和构图的装置,通过取景器看到的景物,凡能落在画面框内的部分,均能拍摄在胶片上 ;测距器可以测量出景物的距离,它常与取景器组合在一起,通过连动机构可将测距和镜头调焦联系起来,在测距的同时完成调焦。

光学透视或单镜头反光式取景测距器都须手动操作,并用肉眼判断。此外还有光电测距、声纳测距、红外线测距等方法,可免除手动操作,又能避免肉眼判断带来的误差,以实现自动测距。

快门是控制曝光量的主要部件,最常见的快门有镜头快门和焦平面快门两类。镜头快门是由一组很薄的金属叶片组成,在主弹簧的作用下,连杆和拨圈的动作使叶片迅速地开启和关闭 ;焦平面快门是由两组部分重叠的帘幕(前帘和后帘)构成,装在焦平面前方附近。两帘幕按先后次序启动,以便形成一个缝隙。缝隙在胶片前方扫过,以实现曝光。

光圈又叫光阑,是限制光束通过的机构,装在镜头中间或后方。光圈能改变光路口径,并与快门一起控制曝光量。常见的光圈有连续可变式和非连续可变式两种。

自拍机构是在摄影过程中起延时作用,以供摄影者自拍的装置。使用自拍机构时,首先释放延时器,经延时后再自动释放快门。自拍机构有机械式和电子式两种,机械式自拍机构是一种齿轮传动的延时机构,一般可延时8~12秒 ;电子式自拍机构利用一个电子延时线路控制快门释放。

结构和元件

通常,照相机主要元件包括:成像元件、暗室、成像介质与成像控制结构。

成像元件可以进行成像。通常是由光学玻璃制成的透镜组,称之为镜头。小孔、电磁线圈等在特定的设备上都起到了“镜头”的作用。

成像介质则负责捕捉和记录影像。包括底片、CCD、CMOS等。

暗室为镜头与成像介质之间提供一个连接并保护成像介质不受干扰。

控制结构可以改变成像或记录影像的方式以影像最终的成像效果。光圈、快门、聚焦控制等。

成像过程

传统相机成像

1.镜头把景物影象聚焦在胶片上

2、片上的感光剂随光发生变化

3.片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影

4. 形成和景物相反或色彩互补的影象

5. 所形成的像是实像

数码相机成像

1.经过镜头光聚焦在CCD或CMOS上

2.CCD或CMOS将光转换成电信号

3.经处理器加工,记录在相机的内存上

4.通过电脑处理和显示器的电光转换,或经打印机打印便形成影象。具体过程:光线从镜头进入相机,CCD进行滤色、感光(光电转化),按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点,这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上,转换成数字信号,传送到图像处理器上,处理成真正的图像,之后压缩存储到存储介质中。

对胶片相机而言,景物的反射光线经过镜头的会聚,在胶片上形成潜应影,这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。再经过显影和定影处理就形成了影像。

数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/ CMOS 上,通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经DSP处理成数码图像,存储到存储介质当中。 

分类划分

1.照相机根据其成像介质的不同

可以分为胶片相机与数码照相机以及宝丽来相机。胶片相机主要是指通过镜头成像并应用胶片记录影像的设备。而数码照相机则是应用半导体光电耦合器件和数字存储方法记录影像的摄影设备,有使用方便,照片传输方便,保存方便等特点。宝丽来相机又称一次成像相机,是将影象直接感光在特种像纸上,可在一分钟内看到照片,合适留念照等。

2.按照相机使用的胶片和画幅尺寸

可分为35mm照相机(常称135照相机)、120照相机、110照相机、126照相机、中幅照相机、大幅照相机、APS相机、微型相机等。135照相机使用35mm胶片,其所拍摄的标准画幅为24mm X 36mm,一般每个胶卷可拍照36张或24张。

3.按照相机的外型和结构

可分为平视取景照相机(VIEWFINDER)和单镜头反光照相机(单反相机)。此外还有折叠式照相机、双镜头反光相机、平视测距器相机(RANGFINDER)、转机、座机等等。

4.按照相机的快门形式

可分为镜头快门照相机(又称中心快门照相机)、焦平面快门照相机、程序快门照相机等。

5.按照相机具有的功能和技术特性

可分为自动调焦照相机,电测光手控曝光照相机,电测光自动曝光照相机等。此外还有快门优先式、光圈优先式、程序控制式、双优先式、电动卷片(自动卷片、倒片)照相机,自动对焦(AF)照相机,日期后背照相机,内装闪光灯照相机等。

有时也可按照相机的用途来分,如专业相机和消费类相机(傻瓜相机)、一步成象照相机、立体照相机;有时也可按镜头的特性分为变焦或双焦点照相机。实际上一架现代照相机往往具有多方面的特征,因此应以综合性的方式来定义。 

术语解释

成像平面(焦平面):一般是指成像材料所在的平面。光经过镜头聚集在成像平面上,从而形成清晰的照片

焦距:是指镜头距底片的距离。如果焦距合适,景物反射的光通过镜头能够聚集在成像平面上,成为一个点,如果焦距不合适,则成为一个圆,从而导致照片发虚。

曝光:快门打开时,光线透过镜头,经过光圈,进入暗室,最后照在成像材料上,这个过程称为曝光。

曝光量:曝光量是指一次曝光中光线的多少。如果曝光量过低会使得照片颜色发暗,如果曝光量过高会使照片颜色发白,过低或过高都会使照片中的细节丢失。曝光量通常是由光圈值和快门速度共同决定的。

光圈值:是指暗室窗口的大小,光圈值越低,窗口越大,则透进的光越多,使得曝光量增加,反之亦然。

快门速度:是指快门打开的时间,如果快门速度越慢,打开的时间越长,光透进的越多,使得曝光量增加,反之亦然。如果被摄物是移动的物体,则需要较快的快门速度。

景深:指照片中景物都能清晰显示的前后距离,在风景照片中要求景深大,较小的焦距能获得较大的景深。

变焦:数码相机之变焦分为光学与数位两种。光学变焦是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物;数码变焦是简单地将CCD所截取之影像加以裁剪。

光圈优先:指拍摄人手动指定一个光圈值,照相机根据测光结果自动计算对应快门速度的曝光模式,适合需要控制景深的场景

快门优先:指拍摄人手动指定一个快门速度,照相机根据测光结果自动计算对应光圈值的曝光模式,适合拍摄快速移动物体的场景。 

数码相机

数码相机(又名:数字式相机 英文全称:Digital Camera 简称DC)

数码相机,是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同,数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合-{zh-cn:器件;zh-tw:组件}-(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到计算机以前,通常会先储存在数码存储设备中(通常是使用闪存;软磁盘与可重复擦写光盘(CD-RW)已很少用于数字相机设备)。

数码相机是集光学、机械电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件,具有数字化存取模式,与电脑交互处理和实时拍摄等特点。数码相机最早出现在美国,20多年前,美国曾利用它通过卫星向地面传送照片,后来数码摄影转为民用并不断拓展应用范围。

优点:

1、拍照之后可以立即看到图片,从而提供了对不满意的作品立刻重拍的可能性,减少了遗憾的发生。

2、只需为那些想冲洗的照片付费,其它不需要的照片可以删除。

3.色彩还原和色彩范围不再依赖胶卷的质量。

4.感光度也不再因胶卷而固定。光电转换芯片能提供多种感光度与选择。

诞生:

数码相机的历史可以追溯到上个世纪四五十年代,电视就是在那个时候出现的。伴随着电视的推广,人们需要一种能够将正在转播的电视节目记录下来的设备。1951年宾·克罗司比实验室发明了录像机(VTR),这种新机器可以将电视转播中的电流脉冲记录到磁带上。到了1956年,录像机开始大量生产。同时,它就很快被视为电子成像技术产生。

第二个里程碑式的事件发生在二十世纪六十年代的美国宇航局(NASA)。在宇航员被派往月球之前,宇航局必须对月球表面进行勘测。然而工程师们发现,由探测器传送回来的模拟信号被夹杂在宇宙里其它的射线之中,显得十分微弱,地面上的接收器无法将信号转变成清晰的图像。于是工程师们不得不另想办法。1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年,美国贝尔实验室发明了CCD。当工程师使用电脑将CCD得到的图像信息进行数字处理后,所有的干扰信息都被剔除了。后来“阿波罗”登月飞船上就安装有使用CCD的装置,就是数码相机的原形。“阿波罗”号登上月球的过程中,美国宇航局接收到的数字图像如水晶般清晰。

在这之后,数码图像技术发展得更快,主要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域,大多数的间谍卫星都使用数码图像科技。

在数码相机发展史上,不得不提起的是索尼公司。索尼公司于1981年8月在一款电视摄像机中首次采用CCD,将其用作直接将光转化为数字信号的传感器。索尼每年生产的CCD占据了全球50%的市场,这正是索尼能够在数码相机市场上傲视群雄的一个原因,因为核心命脉掌握在自己手中。

在冷战结束之后,军用科技很快地转变为了市场科技。1995年,以生产传统相机和拥有强大胶片生产能力的柯达(Kodak)公司向市场发布了其研制成熟的民用消费型数码相机DC40。这被很多人视为数码相机市场成型的开端。DC40使用了内置为4MB的内存,不能使用其它移动存储介质,其38万像素的CCD支持生成756×504的图像,兼容Windows 3.1和DOS。苹果(APPLE)公司的QuickTake 100也同时在市场上推出。当时两款相机都提供了对电脑的串口连接。

这之后,数码相机就如雨后春笋般不断由各相机厂商推出,CCD的像素不断增加,相机的功能不断翻新,拍摄的图像效果也越来越接近于传统相机。

照相机品种繁多,按用途可分为风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献缩微照相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、高速照相机等。 

选购指南

购买相机主要要认准“六要素”,依次是:用途、价位、像素、经济性、外观及功能、品牌,下面就让小编为大家一一解读一下。

1、用途:根据不同产品的性能特点,数码相机可分为家用、准专业、专业相机,小编觉得对于大众用户来说,我们没有学习过专业的摄影知识,也并非资深的摄影爱好者,相机通常都是用来进行一些日常拍摄,所以并不需要选择所谓的高端产品,卡片相机足矣。

2、价位:对于价位方面,小编建议家用DC相机不要买超过2000元的,出于对性价比的考虑,2000元以上的DC相机可能会在性能方面有所溢出。而且对于一般工薪阶层的家庭来说,2000元以内的价位比较容易接受,毕竟数码相机对家庭的作用还是很单一的。无外乎旅游的时候拍个纪念照,家庭聚会的时候拍个全家福之类,肯定不会有人每天拿着DC在大街上拍花花草草、蓝天白云。所以经济实用型才是家用相机的主旨。

3、品牌:在确定了预算之后就可以考虑该买哪个牌

参考文献

文章来源:百度百科及农夫百科

原始创建:佚名

词条概况

版本编辑:4次

最近更新:2018-03-31

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词条标签:相机 , 生活 , 摄影

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