照相机的原理

相机原理
2010-08-18 10:55:56
光圈又称孔径光阑，是镜头中的重要机械装置，它的作用是通过改变光学镜头的有效孔径，控制光线通过镜头的能力，从而使感光元件或胶片得到准确的曝光，并且能够控制景深，或调整镜头的成像品质。孔径光阑都是位于镜头内部，通常由多片可活动的金属叶片(称为光阑叶片)组成，可以进行无级数的调整。光圈机构可以由机械或者电动、电磁装置驱动，也可以手动调节。

由于不同镜头的光阑位置不同，由此焦距不同，入射瞳直径也不相同，用孔径来描述镜头的通光能力，无法实现不同镜头的比较。为了方便在实际摄影中计算曝光量和用统一的标准来衡量不同镜头孔径光阑的实际作用，采用了“相对孔径”的概念。

相对孔径 = [镜头焦距] / [入射瞳直径] = f/d

通常表示相对孔径的方法是在相对孔径前面加入[f/]或F，比如f/1.4、f/2、f/2.8等，f/或F后面的数值越小，透光量越大；数字越大，透光量越小。由于采用了这样的标准化方式，对于不同的镜头，在快门速度不变的情况下，只要f数值相同，曝光量就是相同的。

快门是相机上用于控制感光元件或胶片曝光的机械装置。快门使用金属、织物或其他合成材料制成，由机械或电子机构控制快门的开启时间，用机械能或电能进行驱动。按照相机类型区分，快门分为镜间快门和焦平面快门。镜间快门又称为镜后快门、光圈一体快门，主要应用在轻便型相机和部分120镜头上；焦平面快门又称帘幕快门，主要应用在单反相机上。按照驱动方式区分，又可分为电子快门和机械快门，电子快门是通过电路控制快门线圈磁铁来控制快门开启时间，齿轮与连动零件大多为塑料材质，目前绝大部分数码相机和AF光学相机均为电子快门；机械快门是通过齿轮驱动控制快门开启时间，连动与齿轮为铜与铁的材质居多，过去手动相机基本采用机械快门。前者受到风沙的侵袭容易损坏，后者虽也怕风沙的侵蚀，但是清洁方便。

快门的工作原理是这样的，为了保护相机内的感光元件或胶片，不至于曝光，快门总是关闭的；设定好快门速度后，只要按下相机的快门释放钮，相机会在快门开启与闭合的时间内，让通过镜头的光线使相机内的感光元件或胶片获得正确的曝光。

单反相机的取景器一般是五棱镜取景器（低端数码单反相机有的采用五面镜），其作用是将对焦屏上左右颠倒的图像矫正过来，使取景看到的图像与直接看到的景物方位完全一致。这种取景器因为取景与摄影共用一个镜头，因此没有视差，取景比较准确。经过五棱镜的图像再送到取景目镜上。光线经过五棱镜的路径示意烂腔图见下图。

单反相机有两个主要特点，一是可以更换不同规格的镜头，而是通过摄影镜头取景。大多数相同卡口的传统相机镜头在数码单反相机上同样可以使用。数码单反相机价格相对于普通家用数码相机要贵一些，单反相机更适合专业人士和摄影爱好者使用。大部分单反相机的机身和镜头是分别销售的。

单反相机，也称为单镜头反光相机，也可简称为英文缩写“SLR”(single lens reflex)，数码单反相机为“DSLR”。

在这种系统中，反光镜和五棱镜的独到设计使得摄影者可以从取景器中直接观察到通过镜头的影像。单镜头反光相机取景构造图中可以看到，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，州旅透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。

拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，软片前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线(影像)便投影到软片上使胶片感光，尔后反光镜便立即恢复原状，观景窗中再次可以看到影像。单镜头反光相机的这种构造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使观景窗中所看到的影像和胶片上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，消除了旁轴平视取景照相机的视差现象，从学习摄影的角度来看，十分有利于直观地取景构图。 单镜头反光相机还有一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头。

什么是135相机？

使用135胶卷的相机称为“135相机”或者“35mm相机”。

成像面积为24×36mm的相机也称为“全画幅135相机”，采用与135胶卷相同尺饥迹衫寸感光元件的数码单反相机则成为“全画幅数码相机”。成像面积为24×18mm的相机称为“半格135相机”，而成像范围的长边超过36mm的，通常称为“宽幅相机”，比如哈苏（Hasselblad）XPAN。

使用120胶卷的相机称为“120相机”。现在专门使用220胶卷的相机很少见了，多数是在120相机上更换220后背来使用220胶卷，下面是使用宽幅相机拍摄的照片：

对于120相机而言，同样也有类似“宽幅”的说法，比如6×12和6×17，都是属于宽幅之列。

135画幅与120画幅比较

135胶卷：由于宽度为35mm，所以也称为“35mm胶卷”，有暗盒包装；

120胶卷：宽度为61.5mm，没有暗盒包装，但是有背纸；

220胶卷：宽度为61.5mm，长度为120胶卷的两倍，没有背纸，只是首尾有护纸。

画幅详细规格表

实际面积对比表

135胶卷的标准成像面积为：24×36mm，长度单位为mm；120/220胶卷的标称成像面积有多种：6×4.5、6×6、6 ×7、6×8、6×9cm，长度单位为cm。 成像面积是一个方型或者矩形，除了边长外，还有一个比较重要的指标，就是对角线长度。

成像原理简单地说就三部分：小孔成像，镜头的屈拿指光效应，银盐效应。
五百年前的文艺复兴时期，人们发现了暗箱效应，即小孔成像。
镜头的屈光效应则是由古罗马人发现的，视力不佳的学者发现，透过球面玻璃消脊配，他们能看清本来模糊的文字。
而银盐效应是18世纪科学家发现的，就是银盐暴露在日光下会野燃逐渐变黑。
以上三种效应构成了照相机最初的模型。
数码相机的感光元件感光是物理反应。

相机其实就是利用了凸透镜的成像原理。一个凸透镜，设焦距为f（凸透镜能汇聚光线，光线汇聚的一点叫做焦点，焦点到凸透镜中心的距离就是焦距），物距（物体到凸透镜中心的距离）为u，那么，当u>2f时，在凸透镜的另一边，放置一个不透明物体，物理学上称之为光屏，就能在光屏上得到一个与实物相同的像，但这岩桥个像是倒立并且缩小的。
相机就是这样的原理。传统相机前面会有一个凸透镜，就是我们说的镜头，这个凸透镜起到上面所说的作用。凸透镜的后面是暗室，暗室中放底片，底片上涂有感光物质。底片在暗室中，由于密封无光，所以不感光。当按下快门的一瞬间，快门打开，光经过凸透镜后进入暗室，在底片上成一个倒立缩小的像。快门开合的速度很快，最快的达到二千分之一秒完成。专业相机还可以控制快门开合的时间，让底片曝光久一点，达到自己想要的效果。
由于照相机用的凸透镜焦距比较小，所以总能使被拍照物体在二倍焦距以外，底片上总能形成一个倒立缩小的像。
傻瓜相机、数码相机和专业相机又有不同之处。傻瓜机只有一个凸透镜，并且不能调曝光时间，什么都不用设置，名副其实是傻瓜都能用的相机。但这样的话就拍摄不出专业效果。
数码相机与传统相机的不同之处是，把底片换成了CCD。CCD是一种电子元件，当有光照射在上面时就能转换成郑局电信号，当镜头把物体成像在CCD上面时，CCD就转换成电信号，一按快门就是把当前的相片保存下来。
专业相机一般也用底片，但其专业之处是在快门、光圈和镜头上。专业相机可控制快门的开合时间，使底片曝光久一点或少一点。光圈是控制外面的光进入暗室的强度，当外界光很强的时候，如果用傻瓜机拍摄，就会令相片很亮，以致看不清，但专业相机可喊枣让以控制光圈使底片曝光强度减低。专业相机的镜头并不是单单的一个凸透镜，而是一组凸透镜，可以控制这些凸透镜的距离来调整焦距，总能使底片上的像最清晰。也可以在镜头上安装广角镜、滤色镜的仪器，广角镜使拍摄的范围更广，滤色镜使相片的颜色更好。例如，拍摄一张风景画，你想让底片中的绿色多一点，能有更浓烈的色彩效果，就在镜头上安装一个绿色的滤色镜，使更多的绿色光通过镜头。
上面所说的小孔成像不能应用于相机上也是不对的。由于光的直线传播，如果在一个不透明物体上戳一个孔，比这个孔大的物体反射的光就不能水平通过这个孔，而是物体上部的光往下穿过小孔，下部的光往上穿过小孔，在另一边放置一个光屏，就能得到一个倒立的像。所以，小孔在一定程度上也可以充当凸透镜。http://image.baidu.com/i?tn=baiduimage&ct=201326592&lm=-1&cl=2&word=%D5%EB%BF%D7%C9%E3%D3%B0这些就是用小孔成像原理拍摄出来的相片。

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