照相机成像原理和构造

照相机成像原理和构造

光博会后看到照相机后的观后感，了解照相机原理及构造，以下资料来自专

业人士介绍以及所学工程光学教材知识。

照相机的镜头是一个凸透镜，来自物体的光经过凸透镜后，在胶卷上形成一个缩小、倒立的实像。

胶卷上涂着一层感光物质，它能把这个像记录下来，经过显影、定影后

成为底片，用底片洗印就得到相片。

照相时，物体离照相机镜头比较远，像是倒立、缩小的。

焦平面

凸透镜

照相机

照相机是用于摄影的光学器械。被摄景物反射出的光线通过照相镜头（摄景物镜）和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理（即显影、定影）构成永久性的影像，这种技术称为摄影术。

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、自拍等系统，是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。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。

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。

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。

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。

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取景器。1930年制成彩色胶卷；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。

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。

光圈是限制光束通过的机构，装在镜头中间或后方。光圈能改变能光口径，

并与快门一起控制曝量。常见的光圈有连续可变式和非连续可变式两种。

光圈是限制光束通过的机构，表达光圈大小我们是用F值。光圈F值=镜头的焦距/镜头口径的直径，从以上的公式可知要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。完整的光圈值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。

这里值得一题的是光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且

上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。简而言之，光圈值越大光圈越小，光圈值越小,

光圈越大。记住光圈值中的数字是在分母上的，比如F8其实是F/8 ,分母越大

数值越小。

光圈的作用有三点：