取景器的功能及分類

人們在攝影時(shí)，為了選取被攝景物的范圍就要取景。照相機(jī)上用來顯示相當(dāng)

于照相膠片成象范圍的觀察裝置就稱做取景器。它是一個(gè)簡單的光學(xué)系統(tǒng)，用它

來確定拍攝范圍和進(jìn)行畫面布局。

現(xiàn)代照相機(jī)的取景器往往還包含有：

(1)調(diào)焦、測距系統(tǒng)。

(2)能顯示攝影時(shí)所必要的信息，如快門速度；光圈、曝光是否合適的預(yù)示

信號；閃光燈充電信號等。

(3)配置能控制曝光的測光系統(tǒng)。

一個(gè)好的照相機(jī)取景器在目視觀察時(shí)，其視場輪廓與影象應(yīng)清晰、明亮；影

象應(yīng)為大小適當(dāng)?shù)恼螅粵]有空間視差和時(shí)間視差；沒有光暈、重影和幻影；尤

其應(yīng)該消除畸變；能正確地調(diào)焦、測距；能判斷膠片的景深范圍；能向觀察者提

供攝影時(shí)必要的信息等。

取景器的結(jié)構(gòu)型式很多，分類方法也各不相同。按照取景光軸與攝影光軸是

否重合，可分為同軸式取景器和旁軸式取景器；按照所成象的虛實(shí)，可分為實(shí)象

式取景器和虛象式取景器；按照實(shí)際結(jié)構(gòu)，可分為框式取景器、牛頓式取景器、

逆伽利略取景器、開普勒取景器、阿爾巴達(dá)取景器等。

目前市場上的35刖照相機(jī)的取景器大多采用旁軸平視式和單鏡頭反光取景

同軸式兩種形式。

焦平面快門安裝在緊靠照相機(jī)膠片前的位置上即在照相鏡頭的視場光闌附

近。焦平面快門有兩組起遮光作用的前簾和后簾?？扉T上弦時(shí)，前后簾有一部分

相互重疊在膠片前通過，不會使膠片曝光?？扉T釋放時(shí)，前后簾之間形成一定的

縫隙，此縫隙以一定的速度在膠片前面走過，使膠片逐次進(jìn)行曝光?？p隙的寬窄

可以調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)不同的曝光時(shí)間。

一、焦平面快門的結(jié)構(gòu)形式

按運(yùn)動方向分，有橫走式和縱走式兩種；按幕簾的材料分，有幕簾式和鋼片

式兩種。橫走式焦平面快門，其前簾和后簾在膠片36nlm方向作左右運(yùn)動，快門

前簾和后簾通常采用已噴涂過橡膠的具有遮光特性的合成纖維或絹絲織物制成

（只才極少數(shù)橫走式焦平面快門采用薄金屬片制作前簾和后簾），通常稱為幕簾

快門。縱走式焦平面快門，其前簾和后簾在膠片24nun方向作上下運(yùn)動，以前大

多用平板狀鋼片制作，近幾年又逐步改用塑料薄片制作，通常稱為鋼片快門。圖

1-4-6為鋼片快門的大致構(gòu)造。

1、幕簾快門

幕簾快門通俗也稱為卷筒型快門。基本型式有萊卡型的三軸式和愛克賽太型

的四軸式（德國名牌機(jī)）。圖1-4-7和圖1-4-8分別表示它們的大致構(gòu)造。在鏡

頭互換、

測距連動式照相機(jī)全盛時(shí)期，大部分照相機(jī)采用三軸式。相反，單鏡頭反光照相

機(jī)一般使用四軸式。

三輪式結(jié)構(gòu)簡單，前幕簾筒和后幕簾筒共軸，前幕簾筒軸還兼快門速度調(diào)節(jié)

軸的功能。由于調(diào)節(jié)軸必須進(jìn)行有關(guān)快門動作的全部控制，所以旋轉(zhuǎn)范圍要控制

在一圈以內(nèi)。因此，前幕簾筒、后幕簾筒的直徑在上述旋轉(zhuǎn)角情況下旋轉(zhuǎn)周長必

須超過幕簾的行程。

四輪式幕簾快門將前、后幕簾筒分為兩個(gè)軸，通過齒輪減小旋轉(zhuǎn)角并設(shè)定調(diào)

速軸。作為快門這一單獨(dú)部件，三軸式冬件少，利用率高。但從提高幕簾速度出

發(fā)，采用四軸式有利。這也不是絕對的，若把實(shí)際慣性矩、主動彈簧軸以及事件

數(shù)、軸承摩擦等綜合考慮的話，可以說性能價(jià)值比還是三釉式好。國外美能達(dá)照

相機(jī)和雅西卡/康太克斯RTS照相機(jī)均采用這種快門。

2、鋼片塊門

早期縱走式快門，幕簾采用細(xì)小金屬片鉤組成卷簾結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工

藝性差、成本高，已逐漸淘汰。60年代開始采用鋼片型式，它用幾片金屬片和

操作桿

組成兩組平行四邊形四連桿機(jī)構(gòu)，并可形成一定的運(yùn)動狹縫，這種快門通常就叫

鋼片快門。

下面再來分析一下鋼片快門的特點(diǎn)：

（1）鋼片快門機(jī)陶是一個(gè)完整的組件，可以進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高

質(zhì)量，降低成本。

（2）鋼片快門葉片由于采用高碳鋼材和可靠的耐高、低溫的塑料帶，具有

耐久、耐熱、耐寒等性能。

（3）葉片的運(yùn)動速度快（走完24nmi約6.5?8ms）,在高速度檔時(shí)縫隙寬

度較大（1/lOOOs時(shí)，絳隙寬度約為3?3.5mm）,所以曝光時(shí)間穩(wěn)定，曝光的不

均勻性小。

（4）由于葉片是上下運(yùn)動的，在1/125S檔時(shí)，葉片已全開畫幅，所以X

閃光同步可達(dá)到1/lOOs或l/125so

（5）在單鏡頭反光照相機(jī)上應(yīng)用時(shí)，可以方便地與反光鏡快速返回機(jī)溝聯(lián)

動。

（6）可內(nèi)藏自拍機(jī)（機(jī)械型鋼片快門）。

（7）MFC和MFE系列快門將純機(jī)械控制的鋼片快門發(fā)展為電子控制方式后，

去除了機(jī)械慢門和自拍，由繼電器控制后簾釋放時(shí)間和前、后簾釋放時(shí)間，實(shí)現(xiàn)

鋼片快門的電子自拍和實(shí)現(xiàn)鋼片快門自動曝光控制。

（8）有利于小型化。

鋼片快門還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是有效曝光時(shí)間可以更短，現(xiàn)已達(dá)"4000s、

l/8000s和l/12000so并可以單獨(dú)進(jìn)行專業(yè)生產(chǎn)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是布簾快門所望塵莫

及的。

缺點(diǎn)是：動量和沖擊較大，使得照相機(jī)拍攝時(shí)聲音大、抖動量大。

二、焦平面快門的工作特性

焦平面快門通常裝在緊靠照相機(jī)膠片前面，一般由兩個(gè)幕簾組成?？扉T上弦

時(shí)，前、后簾有一部分互相重疊不漏光由一端拉向另一端，這時(shí)與前、后簾相連

接的開放和關(guān)閉動力彈簧同時(shí)被上緊，儲藏能量。當(dāng)快門打開時(shí)，前簾首先開始

開啟運(yùn)動，而后簾仍被鉤住。根據(jù)所選的快門曝光時(shí)間，使前、后簾之間形成該

曝光時(shí)間所需的合適的縫隙C,縫隙C以一定速度在膠片前面通過，使膠片逐步

曝光。動作結(jié)束后，前、后簾互相疊合，準(zhǔn)備下一次上弦再曝光。焦平面快門的

曝

焦平面快門的曝光時(shí)間由前、后簾間縫隙C的寬度和簾速V所決定，改變這

兩個(gè)參數(shù)就可以改變快門的曝光時(shí)間?，F(xiàn)在都采用改變縫隙C來得到不同的曝光

時(shí)間，改變簾速將引起結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動作可靠性差，已不采用。增大縫隙C使曝光

時(shí)間延長，可提高光學(xué)有效系數(shù)，這對提高快門的工作性能是有利的。

由于幕簾運(yùn)動是以彈簧作為原動力來驅(qū)動的，它的速度值按照拋物線規(guī)律而

變化。運(yùn)動開始時(shí)速度較慢，以二次方規(guī)律增加。為使整個(gè)畫面能得到均勻一致

的曝光量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使縫隙的實(shí)際寬度，在經(jīng)過象面開始端時(shí)狹些，隨著移

動縫隙逐漸變寬，使畫面各點(diǎn)曝光量趨向一致。

焦平面快門是使膠片逐段曝光的?，F(xiàn)分析畫面上的任意一點(diǎn)的曝光情況，當(dāng)

使用鏡頭某一檔光圈值時(shí)，任一點(diǎn)P從曝光開始到曝光結(jié)束的時(shí)間，即為焦平面

快門的全曝光時(shí)間11。它是由通過P點(diǎn)的縫隙速度和寬度，以及膠片平面到縫

隙

平面的平均距離所決定的。如圖1-4-9所示任意點(diǎn)P的全曝光時(shí)間由下式表示：

tl=(c+D')/v

因?yàn)镈':D二d:f'

所以11二(c+Dd/f')/v

式中：c——焦平面快門的縫隙；

d——，快門運(yùn)動平面與象平面的平均距離；

D/f'一—物鏡的相對孔徑;

V——P點(diǎn)位置幕簾縫隙的運(yùn)動速度，也就是前、后簾運(yùn)動的平均速度；

D'——物鏡某光圈值時(shí)，投影光束在幕簾平面上的投影光束截面直徑。

焦平面快門的曝光過程見圖1-4-10。在前簾運(yùn)動到光束D'的a點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)

開始曝光，直到后簾運(yùn)動到光束D'的e點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)才結(jié)束曝光，所以P點(diǎn)上全曝

光的時(shí)間tl將以C+D'計(jì)算。從圖1-4T0中的(1)可以看出，當(dāng)前簾運(yùn)動到a

點(diǎn)時(shí)，膠片P點(diǎn)開始曝光，但光束不能充分利用，存在光能量的損失，直到前幕

簾到e點(diǎn)，而且縫隙c大于D'時(shí)，光束才能被充分利用，如圖中的(3)

所示。后簾運(yùn)動過a點(diǎn),，開始逐漸遮擋光束，如圖中的(4),直到到達(dá)

e點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)曝光結(jié)束，如圖1-4-10中的(6)所示。

這種通光量的損失與鏡頭快門一樣，可以光學(xué)有效系數(shù)來表達(dá)。設(shè)有一個(gè)

理想快門，其幕簾安裝在膠片平面上，即d=0,其畫面上任一點(diǎn)的曝光時(shí)間(即

為實(shí)際快門的有效曝光時(shí)間)

te=c/v

照相機(jī)行業(yè)規(guī)定取焦平面快門畫面中央一點(diǎn)的有效曝光時(shí)間稱為焦平面快

門的曝光時(shí)間T,即T二c/v。

焦平面快門的有效曝光時(shí)間與鏡頭快門不同之處是與鏡頭的F值無關(guān)。

同鏡頭快門一樣的是把焦平面快門的有效曝光時(shí)間與全曝光時(shí)間之比稱為

焦平面快門的光學(xué)有效系數(shù)n,則

n=(te/tl)*l00%=(c/(c+Dd/f))*100%=(1/(1+d/Fc))*100%

程序快門

單鏡頭反光照相機(jī)中的程序快門是焦平面快門型式，結(jié)構(gòu)上與自動曝光控

制的電子幕簾和電子鋼片快門相同。鏡頭上的光圈部分，可根據(jù)程序特性進(jìn)行

自動調(diào)節(jié)控制。光圈與速度的變化同時(shí)由CPU根據(jù)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行聯(lián)動控制

一、單色象差

如果鏡頭只對單色光成象，那么共有五種性質(zhì)不同的象差.它們是影響成象

清晰度的球差、替差、象散、場曲，以及影響物象相似程度的畸變。

1、球差

由光軸上某一物點(diǎn)向鏡頭發(fā)出的單一波長的光線成象后，由于透鏡球面上各

點(diǎn)的聚光能力不同，它不再會聚到象方的同一點(diǎn)，而是形成一個(gè)以光軸為中心的

對稱的彌散斑，這種象差稱為球差，如圖1-2-10所示。

球差的大小與物點(diǎn)位置和成象光束的孔徑角大小有關(guān)。當(dāng)物點(diǎn)位置確定后，

孔徑角越小所產(chǎn)生的球差也就越小。隨著孔徑角的增大，球差的增大與孔徑角的

高次方成正比。在照相鏡頭中，光圈數(shù)增加一檔（光孔縮小一檔），球差就縮小

一半。因此在拍攝時(shí)，只要光線強(qiáng)度允許，就應(yīng)該使用較小的光圈拍照，以便減

小球差的影響。

2、彗差

光軸外的某一物點(diǎn)向鏡頭發(fā)出一束平行光線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在象平面上會

形成不對稱的彌散光貧，這種彌散光斑的形狀呈彗星形，即由中心到邊緣拖著一

個(gè)由細(xì)到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端寬大、暗淡、模糊。這種軸外光束

引起的象差稱為彗差，彗差的大小是以它所形成的彌散光斑的不對稱程度來表

示。彗差的大小既與孔徑有關(guān)，也與視場有關(guān)。在拍攝時(shí)與球差一樣，可采取適

當(dāng)收小光孔的辦法來減少彗差對成象的影響。

攝影界一般將球差和彗差所引起的模糊現(xiàn)象禰為光暈。在絕大多數(shù)情況下，

軸外點(diǎn)的光暈比軸上點(diǎn)要大。由于軸外象差的存在，我們對于軸外象點(diǎn)的要求不

應(yīng)該比軸上點(diǎn)高，至多一致，即兩者具有相同的成象缺陷，此時(shí)我們稱等暈成象。

隨著相對孔徑的增大，球差和彗差的校正將更加困難，放在使用大孔徑鏡頭時(shí)，

應(yīng)事先了解鏡頭的性能，注意到那檔光圈漸暈最小，在可能情況卜，應(yīng)盡量縮小

光孔，以提高成象質(zhì)量。

3、象散

象散也是一種軸外象基，與彗差不同，它是描述無限細(xì)光束成象缺陷的一種

象差，僅與視場有關(guān)。由于軸外光束的不對稱性，使得軸外點(diǎn)的子午細(xì)光束的會

聚點(diǎn)與弧矢細(xì)光束的會聚點(diǎn)各處于不同的位置，與這種現(xiàn)象相應(yīng)的象差，稱為象

散。子午細(xì)光束的會聚點(diǎn)與孤矢細(xì)光束的會聚點(diǎn)之間距離在光軸上的投影大小,

就是象散的數(shù)值。如圖象272所示。

由于象散的存在，使得軸外視場的象質(zhì)顯著下降，即使光圈開得很小，在子

午和弧矢方向均無法同時(shí)獲得非常清晰的影象。象散的大小僅與視場角有關(guān)，而

與孔徑大小無關(guān)。

因此在廣角鏡頭中象散就比較明顯在拍攝時(shí)應(yīng)盡量使被攝體處于畫面的中心。

4、場曲

當(dāng)垂直于光軸的物平面經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后不成象在同一象平面內(nèi)，而在一以光軸

為對稱的彎曲表面上，這種成象缺陷稱為場曲。場曲也是與孔徑無關(guān)的一種象

差。由于象散的存在，子午細(xì)光束所形成的彎曲象面與弧矢細(xì)光束所形成的彎曲

象面往往不重合，它們分別稱為子午場曲Xf和弧矢場曲Xs'

用存在場曲的鏡頭拍照時(shí)，當(dāng)調(diào)焦至畫面中央處影象清晰，畫面四周影象就

模糊；而當(dāng)調(diào)焦至畫面四周影象清晰時(shí)，畫面中央處的影象又開始模糊，無法在

平直的象平面上獲得中心與四周都清晰的象。因此在某些專用照相機(jī)中，故意將

底片處于弧形位置，以減少場曲的影響。因?yàn)閺V角鏡頭的場曲總是比一般鏡頭

大，因此在拍團(tuán)體照時(shí)將被攝體作圓弧形排列，就是為了提高邊緣視場的象質(zhì)。

5、畸變

畸變是指物體所成的象在形狀上的變形?；儾⒉挥绊懴蟮那逦?，只影響

物象的相似性。由于畸變的存在，物空間的一條直線在象方就變成一條曲線，造

成象的失真?；兎肿敌位兒驼硇位儍煞N?；兣c相對孔徑無關(guān)，僅與鏡頭

的視場有關(guān)。所以在使用廣角鏡頭時(shí)要特別注意畸變的影響。

照相機(jī)一般可按其使用技術(shù)特征如：畫幅大小、取景方式、快門形式、測光

方式來分類，也可按照相機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)來分類。具體分類情況如下：

(1)按照相機(jī)使用的膠片和畫幅尺寸可分為35mm照相機(jī)(常稱135照相

機(jī))、120照相機(jī)、110照相機(jī)、126照相機(jī)、中幅照相機(jī)和大幅照相機(jī)等。135

照相機(jī)使用35mm電影膠片，其所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)畫幅為24mmX36mni,一般每人膠

卷可拍照36張或24張。

(2)按照相機(jī)的外型和結(jié)構(gòu)可分為平視取景照相機(jī)和單鏡頭反光照相機(jī)。

此外還

有雙鏡頭反光照相機(jī)、折疊式照相機(jī)、轉(zhuǎn)機(jī)、座機(jī)等等。

(3)按照相機(jī)的快門形式可分為鏡頭快門照相機(jī)(又稱中心快門照相機(jī))、

焦平面

快門照相機(jī)、程序快門照相機(jī)等。

(4)按照相機(jī)具有的功能和技術(shù)特性可分為自動調(diào)焦照相機(jī)，電測光手控

曝光照

相機(jī)，電測光自動曝光照相機(jī)等。此外還有快門優(yōu)先式、光圈優(yōu)先式、程序控制

式、雙

優(yōu)先式、電動卷片(自動卷片、倒片)照相機(jī)，自動對焦(AF)照相機(jī)

照相機(jī)的測光系統(tǒng)均是測定被攝體反射回來的光亮度，是反射式測光方式。

一、測光方式

按測光元件的安放位置不同，照相機(jī)的測光可分為外測光和內(nèi)測光兩種方

式：

(D外測光方式在外測光方式中，測光兀件與照相鏡頭的光路是各自獨(dú)立

的。這種測光方式廣泛應(yīng)用于平視取景鏡頭快門照相機(jī)中，它具有足夠的靈敏度

和準(zhǔn)確度。單鏡頭反光照相機(jī)一般不使用這種測光方式。

(2)內(nèi)測光方式這種測光方式是通過照相鏡頭來進(jìn)行測光，即所謂TTL

測

光，與攝影條件一致，在更換照相鏡頭或攝影距離變化、加濾色鏡時(shí)均能進(jìn)行自

動校正。目前幾乎所有的單鏡頭反光照相機(jī)都采用這種測光方式。

在單鏡頭反光照相機(jī)中，測光元件的放置主要有兩種方案：一是放置在取景

光路中目鏡附近，如圖1-5-5中A、B、C所示，這種測光方式稱為TTL一般測光；

二是放置在攝影光路中，光線從輔助反光鏡或由膠片平面、焦平面快門的葉片表

面反射到測光元件上進(jìn)行測光，如圖1-5-5中D、E所示，這種測光方式稱為TTL

直

接測光。

二、測光模式

根據(jù)測光元件對攝影范圍內(nèi)所測量的區(qū)域范圍不同，測光有下列幾種模式：

(1)局部測光模式它又有如下幾種：

①點(diǎn)測光測光元件僅測量畫面中心很小的范圍。攝影時(shí)把照相機(jī)鏡頭多次

對準(zhǔn)被攝主體的各部分，逐個(gè)測出其亮度，最后由攝影者根據(jù)測得的數(shù)據(jù)決定曝

光參數(shù)。

②中央部分測光這種模式是對畫面中心處約占畫面12%的范圍進(jìn)行測光。

③中央重點(diǎn)平均測光這種模式的測光重點(diǎn)放在畫面中央(約占畫面的

60%),

同時(shí)兼顧畫面邊緣。它可大大減少畫面曝光不佳的現(xiàn)象，是目前單鏡頭反光照相

機(jī)主要的測光模式。

(2)平均測光模式它測量整個(gè)畫面的平均光亮度適合于畫面光強(qiáng)差別不

大的情況。

(3)多區(qū)權(quán)衡式測光模式它對畫面分區(qū)域由獨(dú)立的測光元件進(jìn)行測光由

照相機(jī)內(nèi)部的微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得合適的曝光量，曝光正確率高。在逆

光攝影或景物反差很大時(shí)都能得到合適的曝光，而無需人工校正。

在現(xiàn)代照相機(jī)中常用的測光元件主要有：硫化鎘光敏電阻(CdS)、硅光電二

極管(SPD)和磷碑化卒家光電二極管(GaAsP)o

一、硫化鎘光敏電阻CdS

CdS是一種光導(dǎo)器件，當(dāng)光照射到CdS上時(shí)，其電阻值會發(fā)生變化。光照越

強(qiáng)，

電阻越小。CdS的光譜響應(yīng)范圍為350-800nm,峰值在520-620nni之間，與觀見

函數(shù)

極為相似。如圖1-5-3所示，測光元件光譜靈敏度S(X)與視見V(X)比較。

此

外，CdS在可見光域內(nèi)靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，因此它被廣泛用于照相機(jī)

中。

光照度變化與CdS阻值變化的規(guī)律，可以用特性曲線斜率丫值來表示。如圖

1-

5-4所示,一般均按10LX和100LX照度條件下,CdS的對應(yīng)阻值R10和R100來

計(jì)算其Y

值。

y=lg(R10/R100)

CdS的Y值在0.55—0.98之間，不同照相機(jī)其Y值要求是不一樣的。

CdS的缺點(diǎn)是：在較寬的測光范圍內(nèi)，丫值不能保持一致，特別是在高、低

昭

度時(shí)，Y值差異較大；在低照度時(shí)響應(yīng)緩慢，存在光滯效應(yīng)；受環(huán)境溫度的影響

較

大。

二、硅光電二極管SPD

SPD在光照下可以產(chǎn)生電動勢，其特點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)速度快，線

性

好，測光范圍大，沒有光滯現(xiàn)象，特性較穩(wěn)定。SPD的最大缺點(diǎn)是光譜靈敏度與

人

眼視見函數(shù)差異甚大，需用濾光鏡進(jìn)行視見靈敏度修正，因此輸出特性下降，必

須

與放大器一起使用，因而成本高。

SBC是一種新型的硅光電二極管，俗稱為藍(lán)硅，其峰值在620?680nm之間，

是

較為理想的測光兀件。

三、磷碎化線光電二極管GaAsP

GaAsP的光譜靈敏度特性與視見靈敏度特性很相近，不需要校正濾光鏡，暗

電

流小，溫度和濕度的影響小、可靠性高。缺點(diǎn)是應(yīng)用成本高。

本文簡單扼要介紹一般照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭經(jīng)常采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)形式。

一、單片或雙膠合透鏡構(gòu)成的簡易鏡頭

這種簡易型鏡頭由于只采用單片或雙膠合透鏡構(gòu)成因此其象差不可能完善

校正，

孔徑也很小，只能在強(qiáng)光下使用。但由于此類鏡頭價(jià)格特別低廉，特別是近年來

已普

遍使用光學(xué)塑料(PMMA)替代光學(xué)玻璃，使其制造成本更為降低。因此，目前市

場上

的玩具相機(jī)、一次性相機(jī)大多使用這種簡易鏡頭。

二、三片三組柯克［Cooke］型鏡頭

早期由三片分離透鏡組成的柯克型鏡頭，如圖l-2T7(a)所示，其光闌位于

透鏡

之間，這種光學(xué)結(jié)構(gòu)型式是鏡頭象差能得以初步校正的最簡單結(jié)構(gòu)，象質(zhì)基本上

滿足

一般普及型相機(jī)的要求(鏡頭等級為2?3級)，且價(jià)格比較低。近兒年來為了

適應(yīng)自

動、袖珍照相機(jī)的發(fā)展，把通常三片型柯克鏡頭的光闌由鏡頭中間移至鏡后，使

透鏡

之間密接緊靠，見圖「2T7(b)。由于光闌后移造成的光焦度失對稱，使系統(tǒng)存

在有

較大的軸外球差，不得而已只能采取攔光的辦法來保證象差，因此相對來說邊緣

照度

較低，在設(shè)計(jì)及使用時(shí)都需要統(tǒng)籌兼顧。

為進(jìn)一步降低成本目前市場上的水貨低檔照相機(jī)大多用光學(xué)塑料透鏡替代

柯克

型三片物鏡中的某一片（大多為中間一片），此時(shí)其相對孔徑只能做到1/4.5

左右。

三、天塞LTessar］型三組四片照相鏡頭

由柯克型發(fā)展起來的天塞型鏡頭見圖1-2-18,它1902年起源于德國的蔡司

光學(xué)工

廠，最早是由著名光學(xué)專家魯?shù)婪颍≧udolof）設(shè)計(jì)的。它用雙膠合透鏡組弋替

了柯

克型鏡頭的第三片，所以鏡頭的相對孔徑可以大大提高，在中等視場50°?60°

情況

下其相對孔徑可做到1/3.5?1/2.8。它是目前國內(nèi)中檔或普及型照相機(jī)應(yīng)月得

最廣的

鏡頭結(jié)構(gòu)形式。光闌位于第二、第三組之間，構(gòu)成非對稱結(jié)構(gòu)型的正光焦度攝影

物鏡。

引入的膠合透鏡組使物鏡的象散和軸外均得到了充分改善，因此特別適合于風(fēng)景

攝影。

四、雙高斯物鏡及其演變形式

雙高斯物鏡是在具有較大視場(大約40°左右)的物鏡中，相對孔徑最先

達(dá)到F/2

的一種物鏡。最初的設(shè)計(jì)如圖1-2-19所示。加入的兩個(gè)膠合面，使其有可能更

好地消

除象差。膠合面兩邊玻璃的色散盡管不同，但折射率近似相等，因此膠合面的加

入對

單色象差影響不大?；緦ΨQ的結(jié)構(gòu)有利于彗差、畸變、倍率色差等垂軸象差的

校正，

光闌兩側(cè)各有一個(gè)強(qiáng)凹透鏡，有利于球差和象散的校正。

雙高斯物鏡的復(fù)雜化型式主要是為了增加鏡頭的相對孔徑或者是為了改善

鏡頭

的成象質(zhì)量。最常見的方法是把前面或者后面的正透鏡用兩個(gè)單正透鏡來代替，

如圖

1-2-19(a)所不。它可以使軸外的視場高級球差和釉上的孔彳仝高級球差同時(shí)減

小，

可以在較大的視場情況下獲得較高的成象質(zhì)量。

雙高斯物鏡的另一類復(fù)雜化形式是把前、后厚透鏡中的膠合面，用分離曲面

代替，

如圖1-2-19(b)所示；或者同時(shí)把前面或后面的正透鏡分成兩個(gè)，如圖1-2-19

(C)

一、鏡筒

與一般光學(xué)儀器相比較，照相機(jī)鏡頭的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，往往由相當(dāng)數(shù)量的鏡

片所組

成。這些鏡片在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，其相對位置都是當(dāng)作完全理想情況來進(jìn)行設(shè)計(jì)

處理的。

設(shè)計(jì)時(shí)的象質(zhì)是在完全同心和無間隔偏差這樣完全理想條件的前提下完成象差

校正存在

不同心度和間隔誤差，影響鏡頭裝配后的象質(zhì)。所以對一個(gè)好鏡頭而言，它應(yīng)具

有良好

和合理的鏡框和鏡筒設(shè)計(jì)。而且還應(yīng)該為它設(shè)計(jì)一個(gè)好的裝配方法，以使各鏡片

連接后

的同心度誤差和間隔誤差控制在一定范圍之內(nèi)，以保證各鏡片組合后具有良好的

成象質(zhì)

量。

通常具有三種鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，即互換法鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、修配法鏡筒結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)、

調(diào)整法鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

對于大批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)簡單、要求一般的鏡頭都采用互換法鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

它是將

鏡片直接放置在鏡筒內(nèi)，利用鏡片間的疊合、間隔墊圈或鏡筒內(nèi)的尺寸間隔關(guān)

系，保證

各鏡片的同心度與空間間隔。同心度的保證是依靠單個(gè)零件的加工精度，各鏡片

與鏡框

連接可在專用裝配車床上，通過定中儀對準(zhǔn)、定中后保證同心度要求。空間間隔

的保證

是通過加工時(shí)控制尺寸鏈來達(dá)到。

修配法的鏡筒結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)是鏡片間同心度與空間間隔通過統(tǒng)一基準(zhǔn)面一

次定位

加工獲得，定位精度高，沒有積累誤差。但它加二復(fù)雜，成本高，適用于優(yōu)質(zhì)且

結(jié)構(gòu)復(fù)

雜的高檔照相機(jī)鏡頭，電影攝影鏡頭等。

調(diào)整法鏡筒結(jié)構(gòu)主要是利用鏡頭光組中比較靈敏的環(huán)節(jié)，即對象差校正和補(bǔ)

償影響

較大的鏡片組，加上調(diào)整環(huán)節(jié)，進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償。

上述三種鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有時(shí)是相互結(jié)合使用的，在可能情

況下應(yīng)

盡量使用互換法。

照相鏡頭的最后調(diào)試是廠家借助專門的測試儀器，如光具座、鑒別率測試儀

來完成

的。出廠前都經(jīng)過逐個(gè)檢查，以保證成象質(zhì)量。若最終發(fā)現(xiàn)象質(zhì)有問題，應(yīng)交專

業(yè)維修

人員檢查，切勿自行拆卸以防不測。

二、光闌

照相鏡頭的光闌可分為視場光闌和孔徑光闌兩大類。

視場光闌的作用是限制成象范圍，如照相機(jī)膠片前面的畫幅框（又稱片框）

限制了

象面視場，則片框即為鏡頭的視場光闌。

照相機(jī)中一般所述的光闌，俗稱光圈是指照相機(jī)的孔徑光闌，用以控制狡片

上的照

度和獲得不同的景深。

鏡頭孔徑光闌的位置，在鏡頭開始設(shè)計(jì)時(shí)便被確定了。若移動光闌與鏡片的

相對位

置，鏡頭的成象情況將發(fā)生改變?；谙蟛畹脑?，光闌一般都安置在鏡頭1勺中

間。近

年來小型35nlm鏡頭快門照相機(jī)不斷追求小型袖珍化，為便于鏡頭專業(yè)化大批量

生產(chǎn)，在

許多塑料相機(jī)中已將光闌移至鏡后即鏡后快門無后組方式又稱單邊結(jié)構(gòu)形式

光闌是由光闌葉片、光闌動圈、定圈組成，井通過光圈調(diào)節(jié)環(huán)及傳動控制機(jī)

構(gòu)來控

制光闌葉片的運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)動光圈調(diào)節(jié)壞時(shí)，光闌葉片隨之轉(zhuǎn)動，葉片之間圍成的

孔徑面

積發(fā)生變化，改變了鏡頭的相對孔徑值，調(diào)節(jié)了象面的照度。

由于象面的照度與(D*D/f*f)成正比，要使象面照度降低一半，D(入幢直徑)

必須

縮小L414倍,即D'二D/L414,此時(shí)才有(D'*D'/f'*f'=D*D/2*f*f)0可見攝

影鏡頭的

光圈數(shù)F是按1.414的倍數(shù)來變化的。光圈數(shù)可由公式F=l.414*1.414*-,n=0,

1,2,…

來求得，這樣得到的F數(shù)系列為1,1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16…但鏡頭

的最大F

數(shù)如F1.7、F3.5等可以不在系列光圈值內(nèi)。光圈數(shù)系列的制訂，保證了光圈改

變一檔，

象面照度變化1倍。這樣一檔光圈便與一檔快門速度對應(yīng)起來。轉(zhuǎn)動光圈調(diào)節(jié)

環(huán)，還可

以發(fā)現(xiàn)各檔光圈之間的轉(zhuǎn)角是相同的，這是現(xiàn)代照相機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)的又一特點(diǎn)，這

種結(jié)構(gòu)

稱為等間隔可變光闌。光闌值每差一檔，光圈調(diào)節(jié)環(huán)就轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度。調(diào)

節(jié)環(huán)的

等角度轉(zhuǎn)動，不僅使操作手感相同，而且能方便地把光闌變化信息通過線性電位

器轉(zhuǎn)換

成電信號，傳送到測光（或自動曝光）控制系統(tǒng)。

以上所述的光圈，稱之為F制光圈，它僅僅考慮了鏡頭的有效孔徑D和鏡頭

焦距f之

間的幾何關(guān)系。實(shí)際上光線通過光組時(shí)，由于鏡頭對光線的吸收或反射將會造成

光能的

損失，此時(shí)即使鏡頭具有相同的光圈數(shù)（F值），仍有可能使膠片獲得完全不同

的曝光

量，甚至相差達(dá)1?1/2檔。因此需要根據(jù)整個(gè)鏡頭的實(shí)際透射比來標(biāo)定鏡頭的

光圈，用

以替代單純焦距和有效孔徑D的幾何關(guān)系并考慮鏡頭中對光的吸收和反射所引

起的光

能損失，這個(gè)光圈稱之為鏡頭的T制光圈。它與F制光圈的關(guān)系為

式中：T——鏡頭的透過率。

目前照相鏡頭中采用的光圈值仍以F值表示，而在自動曝光照相機(jī)中，已應(yīng)

用T數(shù)系

統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和顯示。

照相鏡頭是照相機(jī)的最重要部件之一，一般由多片正透鏡、負(fù)透鏡、膠合透鏡組，

以

及固定這些光學(xué)元件的金屬隔卷和鏡筒組合而成它的作用是把被攝目標(biāo)清晰地

成象在感

光膠片上。

一、照相鏡頭的光學(xué)特性

照相鏡頭的光學(xué)特性可由三個(gè)參數(shù)來表示，即照相鏡頭的焦距f'、相對孔

徑D/f'和視

場角2G)'。其實(shí)就135照相機(jī)而言，其標(biāo)準(zhǔn)畫幅已確定為24mmX36nlm,則其對

角線長度為

2鼠=43266。從圖1-2-8我們可以得出照相機(jī)鏡頭的焦距f'和視場角d之間

存在著以下

關(guān)系：

tg3=n，/f'

式中：2n'——畫幅的對角線長度；

f'——鏡頭的焦距。

我們用表1-2-1來表達(dá)35mm照相機(jī)鏡頭焦距與視場角之間的換算關(guān)系。

照相機(jī)鏡頭的另一個(gè)最重要的光學(xué)特征指標(biāo)足相對孔徑。它表示鏡頭通過光

線的能力,

用D/f'表示它定義為鏡頭的光孔直徑（也稱入瞳直徑）D與鏡頭焦距f'之比（圖

1-2-9）o

例如有個(gè)照相機(jī)鏡頭的最大光孔直徑是25n】m,焦距是50麗，那么這個(gè)照相機(jī)鏡

頭最大相對

孔徑就是"2。相對孔徑的倒數(shù)稱為鏡頭的光圈系數(shù)或光圈數(shù)，又稱F數(shù)，即

F=f/Do在照

相機(jī)的鏡頭上都應(yīng)標(biāo)有光圈數(shù)。國家標(biāo)準(zhǔn)按照光通量的大小規(guī)定了各級光圈數(shù)的

排列次序

是0.7,L1.4,2,2,8,4,5.6,8,11,16,22…但國家標(biāo)準(zhǔn)允許鏡頭的最

大相對孔徑

標(biāo)記可以不符合標(biāo)準(zhǔn)系列中的數(shù)字。當(dāng)焦距f'固定盹F數(shù)與入瞳直徑D成反k匕

由于通光

面積與D的平方成正比，通光面積越大則鏡頭所能通過的光通量越大。因此當(dāng)光

圈數(shù)在最

小數(shù)時(shí)，光孔最大，光通量也最大。隨著光圈數(shù)的加大，光孔變小，光通量也隨

之減少。

光圈每差一級（其數(shù)值比都是1.414）,其光通量就相差一倍，如果不考慮各種

鏡頭透過

率差異的影響，不管是多長焦距的鏡頭，也不管鏡頭的光孔直徑有多大，只要光

圈數(shù)值相

同，它們的光通量都是一樣的。對照相機(jī)鏡頭而言，F(xiàn)數(shù)是個(gè)特別重要的參數(shù)，

F數(shù)越小,

鏡頭的適用范圍越廣。

二、照相鏡頭的分類

照相鏡頭的分類方法很多，但通常按下述的方法來分類：

（1）按鏡頭的焦距或視場角來分類，把鏡頭分成：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，短焦（廣角）鏡

頭，長焦

（望遠(yuǎn)）鏡頭三類。

一般照相機(jī)出售時(shí)，大都配置有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距和底片畫幅的對

角線長度

基本相等。其視場角雖仍有大小差別（一般在45°?55°之間），但大都接近

人眼的視角。

因此用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭拍攝的照片，其畫面景物的透視關(guān)系比較符合人們的視覺習(xí)慣。

由于標(biāo)準(zhǔn)

鏡頭的焦距、視場角、拍攝范圍、景深，以及在相同拍攝距離上所獲得的影象尺

寸等均比

較適中，因而這種鏡頭應(yīng)用最廣泛，最適合拍攝人像、風(fēng)光、生活等各種照片。

廣角鏡頭就是短焦距鏡頭。根據(jù)焦距的長短又有廣角與超廣角鏡頭之分。其

特點(diǎn)是：

焦距短、視場角大、拍攝景物范圍廣。在環(huán)境狹窄無法增加距離的情況下，使用

廣角鏡頭

可以擴(kuò)大拍攝視野，在有限距離范圍內(nèi)拍攝出全景或大場面的照片。廣角鏡頭還

具有超比

例地渲染近大、遠(yuǎn)小的特點(diǎn)，有夸張前景的作用。在攝影中可充分利用其所創(chuàng)造

的特殊透

視關(guān)系，來夸大景物的縱深感，突出所強(qiáng)調(diào)的主體部分。廣角鏡頭的焦距較短，

景深較長，

拍出的照片遠(yuǎn)近都很清晰。因此，它比技適合于抓拍一些來不及從容對焦的活

動，比較適

宜拍攝大場面的新聞?wù)掌?，或在室?nèi)拍攝家庭生活照片等。由于廣角鏡頭的祝場

角大，景

深范圍大，在風(fēng)光攝影中它是不可缺少的攝影鏡頭。目前市場上一般的塑料自動

照相機(jī)都

裝配了廣角鏡頭。

中焦距鏡頭屬于長焦距鏡頭一類中焦距鏡頭的焦距約為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距的兩

倍，長焦

距鏡頭其焦距則更長一些。其共同的特點(diǎn)是：焦距長，視場角小，在底片上成象

大。所以

在同一距離上能拍得比標(biāo)準(zhǔn)鏡頭更大的影象它適合于在遠(yuǎn)處拍攝人物或動物的

活動，拍

攝一些不便于靠近的物體，從而獲得神態(tài)自然、生動逼真的畫面。由于中、長焦

距鏡頭的

景深范圍比標(biāo)準(zhǔn)鏡頭小，利用此特性有利于虛化對焦主體前后雜亂的背景，而且

被攝主體

與照相機(jī)一般相距比較遠(yuǎn)，在人象或主景的透視方向出現(xiàn)的變形較小，拍出的人

象會更生

動，因此人們常把中焦鏡頭稱為人像鏡頭。一般的民用用戶很少使用長焦鏡頭，

這是因?yàn)?/p>

長焦鏡頭的鏡筒較長，重量重，價(jià)格相對來說也比較貴，而且其景深比較小，在

實(shí)際使用

中較難對準(zhǔn)焦點(diǎn)，因此常用作專業(yè)攝影。

(2)按鏡頭的聚光能力分類，照相物鏡其相木孔徑的大小應(yīng)達(dá)到：超透光力

鏡頭，

1:2.8以上；強(qiáng)透光力鏡頭，1:3.5?1:5.8；正常透光力鏡頭，1:6.3?1:9；弱

透光力鏡

頭，小于1:90

(3)按鏡頭的焦距能否變化，又可分為定焦鏡頭和變焦鏡頭兩類。

由于光學(xué)設(shè)計(jì)水平、光學(xué)玻璃熔制技術(shù)的迅速提高，手頭比較富有的攝影愛

好者已有

可能選用焦距可在一定范圍內(nèi)改變而保持象面不動的光學(xué)系統(tǒng)這種在一定范圍

內(nèi)可以變

換焦距值、從而得到不同寬窄的視場角，不同大小的影象和不同景物范圍的照相

機(jī)鏡頭稱

之為變焦距照相物鏡，簡稱變焦鏡頭。變焦鏡頭在不改變拍攝距離的情況下，可

以通過變

動焦距來改變拍攝范圍，因此非常有利于畫面構(gòu)圖。由于一個(gè)變焦鏡頭可以兼擔(dān)

當(dāng)起若干

個(gè)定焦鏡頭的作用，外出旅游時(shí)不僅減少了攜帶攝影器材的數(shù)量，也節(jié)省了更換

鏡頭的時(shí)

聞目前，國外生產(chǎn)的高檔全自動傻瓜照相機(jī)幾乎都配置有小變倍比的變焦鏡頭。

變焦鏡頭根據(jù)變焦方式的不同，乂可分為單壞式和雙環(huán)式兩種。單環(huán)式變焦

距鏡頭，

變焦和調(diào)焦使用同一拔環(huán)，推拉它變焦、轉(zhuǎn)動它調(diào)焦；優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、迅速。

雙環(huán)式變

焦距鏡頭，變焦距和調(diào)焦面各用一個(gè)環(huán)，分別進(jìn)行；優(yōu)點(diǎn)是變焦和調(diào)焦兩者互不

干擾，精

度較高，但操作比較麻煩。

在目前上市的變焦距鏡頭中，有些在鏡頭前圈上還標(biāo)有〃Micro”字樣，意為

可作微距

攝影，也可作超近攝影，這樣的變焦距鏡頭更具有多用性。

但是，變焦距鏡頭由于其光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此加工和制造比

較困難，

受價(jià)格、體積和重量的制約。變焦鏡頭的相對孔徑不可能做得很大，有時(shí)為減小

體積或?yàn)?/p>

保證象差，鏡頭往往只能變孔徑。

照相機(jī)象平面上得到的平均曝光量Hfo等于象平面上的平均照度E和快門有效

曝光時(shí)間T的乘積，即

Hf=ET

象平面上的平均照度E可以表示為

E=qL(D/f')*(D/f')=qL/AxA

式中：q——照相機(jī)成象系統(tǒng)特性系數(shù),按美國標(biāo)準(zhǔn)PH3.49T971,q=0.65；

L——物體亮度，單位為cd/m2；

A——照相鏡頭的F數(shù)。

膠片的最佳曝光量Hg可用下式表示：

Hg=P/S

式中：P——膠片合適曝光系數(shù)(對于黑白膠片48,對于彩色反轉(zhuǎn)片和彩色負(fù)

片

P=10)；

S——以ISO表示的感光度。

為了使膠片曝光正確，必須使Hf=Hg,即

qLT/（A木A）二P/S

整理后得

A*A/T=LS/(P/q)=LS/K

上式即為國際上通用的照相機(jī)曝光參數(shù)方程式。

式中，K二P/q,稱為照相機(jī)曝光常數(shù)。

A二F二f'/D,在APEX系統(tǒng)中，設(shè)A為光圈數(shù)。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，上述曝光參數(shù)方程式的使用十分繁瑣和不便，而且不

夠直觀。于是在美國標(biāo)準(zhǔn)和中國國家標(biāo)準(zhǔn)中，將它進(jìn)行了變換，將曝光參數(shù)方程

式表示為以2為底的指數(shù)形式，即

此式以加法形式來表達(dá)曝光參數(shù)方程式，故稱為加法系統(tǒng)，即APEX系統(tǒng)。

AV,

TV,BV,SV各值在數(shù)量上變化1,則相當(dāng)原來曝光參數(shù)A,T,S,L變化一倍。

式

中，EV稱為曝光值，它并不是代表被攝物體的亮度，不是亮度單位，它只表示

鏡

頭光圈和快門有效曝光時(shí)間的某一種組合，它是曝光單位。它也不代表膠片的曝

光量，只表示為使膠片得到合適的曝光量、鏡頭光圈和快門有效曝光時(shí)間合適組

合時(shí)的對應(yīng)控制量值。

照相機(jī)曝光參數(shù)方程式中的參數(shù)與APEX系統(tǒng)中參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及曝光

值

EV與上述各參數(shù)的關(guān)系，見圖1-5-1和圖1-5-2o

在圖1-5-1中，縱坐標(biāo)表示物體亮度L(cd/m2)、亮度值BV及其換算關(guān)系,

如L

二1024cd/m2時(shí)，BV=8；橫坐標(biāo)表示膠片ISO感光度S、ISO速度值SV及其換算

關(guān)系，

如膠片ISO感光度S=100時(shí)，SV=5；粗斜線上端標(biāo)注的數(shù)字是EV值，如本例，

BV=8,

SV=5,則EV=BV+SV=13,因此，BV和SV兩個(gè)坐標(biāo)相交于EV=13的粗斜線上。

圖1-5-2中，縱坐標(biāo)表示快門有效曝光時(shí)間T(s)、時(shí)間值TV及其換算關(guān)

系，

如T=l/125(s)時(shí)，TV=7；橫坐標(biāo)表示鏡頭光圈數(shù)A(即F數(shù))、光圈值A(chǔ)V及

其換

算關(guān)系，如A=8時(shí),AV=6；粗斜線上端標(biāo)注的也是EV值。在本例中，TV=7,AV=6,

則EV=TV+AV=13,因此，TV、AV兩個(gè)坐標(biāo)也相交于EV=13的粗斜線上。

正確曝光時(shí)，由BV和SV求出的EV值，應(yīng)與由TV和AV求出的EV值相等。

在上述

的例子中，兩者的EV值相等，可以保證膠片正確曝光，但不是唯一的組合。若

保

持上例中的BV、SV不變，改變快門有效曝光時(shí)間T(即改變TV值)和鏡頭光圈

數(shù)A

(即改變AV值)，但使EV=TV+AV仍為13,如使改1/64(s),TV=6和A=H,

AV=7,

則仍可得到正確曝光。

照相機(jī)的工作過程，概略地說是應(yīng)用光學(xué)成象原理，通過照相鏡頭將被攝物

體成象在

感光材料上。下面將粗略地介紹攝影光學(xué)成象原理：人類對于光的本性的認(rèn)識，

光線的傳

播及透鏡成象原理。

人類對于光的本性的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長而又曲折的過程。在整個(gè)18世紀(jì)中，

光的微粒流

理論在光學(xué)中仍占優(yōu)勢，人們普遍認(rèn)為光是微小的粒子組成的，從點(diǎn)光源發(fā)出并

以直線向

四面八方輻射。19世紀(jì)初，以楊氏(Young)和莘涅耳(Fresnel)的著作為代

表逐步發(fā)展

成今天的波動光學(xué)體系。如今對光的本性認(rèn)識是光和實(shí)物一樣，是物質(zhì)的一種，

它同時(shí)

具有波的性質(zhì)和微粒(量子)的性質(zhì)，但從整體來說，它既不是波，也不是微粒，

也不是

它們的混合物。

從本質(zhì)上，講光和一般無線電波并無區(qū)別，光和電磁波一樣是橫波，即波的

振動方向

與傳播方向垂直。一個(gè)發(fā)光體就是電磁波的發(fā)射源，發(fā)光體發(fā)射的電磁波向周圍

空間傳播，

和水波波動產(chǎn)生的波泄向四周傳播相似。強(qiáng)度最大或最小的兩點(diǎn)距離稱為波長，

用人表示。

傳播一個(gè)波長所需的時(shí)間稱為周期，用T表示，一個(gè)周期就是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)完成一次

振動所需

要的時(shí)間。1秒內(nèi)振動的次數(shù)稱為頻率，用v表示。經(jīng)過1s振動傳播的距離稱

為速度，用

“V”表示。波長、頻率、周期和速度之間有如下關(guān)系：

v=X/T,v=1/T,v=Xv

由此可見，光的波長與頻率成反比。實(shí)際上光波只占整個(gè)電磁波波段的很小

一部分，

見圖1-2-1o

波長在400?700nm的電磁波能夠?yàn)槿搜鬯杏X，稱為可見光，超過這個(gè)范

圍人眼就感

覺不到了。不同波長的可見光在我們的眼睛中產(chǎn)生不同的顏色感覺，按照波長由

長到短，

光的顏色依次是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等色。不同波長的電磁波在真空中

具有完全

相同的傳播速度，數(shù)值是c=300,000km/s。

光既然是電磁波，研究光的傳播問題，應(yīng)該是一個(gè)波動傳播問題，但是在設(shè)

計(jì)照相機(jī)

鏡頭及其他光學(xué)儀器時(shí)，并不把光看作是電磁波，而是把光看作是能傳播能量的

幾何線，

叫做光線。光源A發(fā)光就是向四周發(fā)出無數(shù)條幾何線，這無數(shù)條具有方向的幾何

線就叫做

光線。這樣在幾何光學(xué)中研究光的傳播問題，就變成了一個(gè)幾何問題、數(shù)學(xué)問題，

問題簡

化多了。

下面敘述幾何光學(xué)的幾個(gè)基本定律一一光線的傳播規(guī)律：

(1)光的直線傳播定律光在均勻介質(zhì)中，是沿著直線傳播的，即在均勻介質(zhì)

中光線為

一直線。光的直線傳播現(xiàn)象在日常生活中隨時(shí)隨地可以見到，如物體被光照射而

成影，小

孔成象等。光的直線傳播引出了光線這個(gè)概念。

(2)光的獨(dú)立傳播定律光的傳播是獨(dú)立的，當(dāng)不同光線從不同方向通過介質(zhì)

某一點(diǎn)時(shí)，

彼此互不影響。當(dāng)兩支光線會聚于空間某一點(diǎn)時(shí)，它的作用為簡單的疊加。光線

的這一性

質(zhì)，使被拍攝物體各點(diǎn)的光互不影響地進(jìn)入照相鏡頭，在成象面上成象。

(3)光的反射定律當(dāng)光傳播到兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，就會改變傳播方

向，發(fā)生光

的反射。光的反射定律指出：

①入射光線、反射光線和分界面上光投射點(diǎn)的法線在同一平面內(nèi)，人射光線

與反射光

線分別位于法線的兩側(cè)。

②人射角和反射角相等。如圖1-2-2所示，入射光線與法線N的夾角記為入

射角，用i

表示；反射光線與法線N的夾角記為反射角，用a表示。則有i二Q。光的反射

現(xiàn)象還具有

可逆性，假如光線逆著原來反射光線方向入射到界面上，那么它將逆著原來入射

光線的方

向反射出去。

隨著界面的不同，反射又可分為定向反射和漫反射。從一個(gè)方向入射到光

亮、平整的

鏡子上的光線，入射點(diǎn)都落到同一平面上，其反射都向著同一方向，如圖1-2-3

(a)所示，

則稱為定向反射。當(dāng)光從一個(gè)方向投射到粗糙表面上時(shí)(如毛玻璃面等)，由于

粗糙面可

以看成由許多角度不同的小平面組成，光線便從各個(gè)不同的方向反射出去，稱為

漫反射，

如圖1-2-3(b)所示。但需注意在漫反射現(xiàn)象中，就每一條光線而言都還是遵

循反射定律

的。

光的反射，在照相術(shù)中起著相當(dāng)重要的作用。例如人本身并不發(fā)光，但當(dāng)光

線從各個(gè)

角度照射到人身上后，光線便可從各個(gè)角度有所反射。我們常利用反射光進(jìn)行拍

照，就是

遵循光的反射定律。

以太陽作為自然光源來進(jìn)行攝影，通常會受到很大的限制，為此攝影科學(xué)工

作者研制出了各種攝影用的人工光源。人工閃光光源，大致分為電子閃光燈和閃

光燈泡兩類。充氮?dú)獾碾娮娱W光燈是應(yīng)用最廣的人工閃光光源。H前小型電子閃

光燈的使用已十分普遍，它不僅被做成一個(gè)易攜帶的單獨(dú)產(chǎn)品，而且已被內(nèi)裝在

小型照相機(jī)中，組成內(nèi)藏閃光燈照相機(jī)。

根據(jù)閃光光源從開始點(diǎn)燃到發(fā)光結(jié)束整個(gè)時(shí)間內(nèi)的特性可將閃光光源分成

Xe、MF、M、FP等種，它們的發(fā)光特征見圖

目前主要應(yīng)用的是Xe型電子閃光燈，如圖1-6-2所示。Xe型電子閃光燈的

光

譜分布與自然白光相近，色溫約為5700K,適合于彩色攝影，且發(fā)光效率高，這

些特點(diǎn)是Xe型閃光燈獲得廣泛應(yīng)用的主要原因。Xe型電子閃光燈管輸出的光能

量

與輸入電能成正比。輸入的電能E是由充電主電容C和充電電壓所決定，以下式

表

示：

E=CU*U/2

閃光燈在閃光期間，其輸出的發(fā)光強(qiáng)度是變化的，其典型曲線，如圖1-6-3

所示。

閃光燈閃光達(dá)到二分之一峰值強(qiáng)度時(shí)至它衰變?yōu)橥恢禃r(shí)的間隔時(shí)間，稱為

閃光燈的有效閃光持續(xù)時(shí)間，通常以符號tO.5表示，如圖1-6-3所示

一、調(diào)焦原理

實(shí)際照相時(shí)，被照物體與照相機(jī)的相對距離，每次總是有變化的。由高斯公

式

1/1'7/1-1/f'可知，對于不同的照相距離1,其照相光學(xué)系統(tǒng)的象距1'也將隨

著變

化。為了使不同距離的被攝物體能夠正確地成象在焦平面（即膠片平面）上以得

到

清晰的影象必須隨時(shí)調(diào)整鏡頭與膠片平面之間的距離1'來適應(yīng)物距1的變化。

鏡

頭的這種調(diào)整過程就稱為調(diào)焦。為了正確地進(jìn)行調(diào)焦，一般在調(diào)焦前還要測定出

被

攝物體到膠片平面之間的距離，這個(gè)過程便稱為測距。

二、照相機(jī)鏡頭的調(diào)焦方式

照相機(jī)鏡頭的調(diào)焦通常采用下述三種方式來進(jìn)行：

（1）改變象距的調(diào)焦方式照相機(jī)鏡頭對無窮遠(yuǎn)物體對焦時(shí)，它成象在鏡頭

的

焦平面上，即當(dāng)攝影距離縮短成有限距離時(shí)，如7nb3m,…（指被攝體

到照

相機(jī)膠平面之間的距離），象距1'都會拉長。實(shí)際上135照相機(jī)的膠片位置是相

對不

變的，因此只能將整個(gè)鏡頭向前伸出有限距離x',此增大量

只有這樣才能保證象點(diǎn)正確地落實(shí)在膠片平面上，以保持象面的清晰度。這種保

持

鏡頭焦距不變而改變象距的調(diào)焦方式又稱整組調(diào)焦。此增大量x'稱調(diào)焦量。

這種調(diào)焦方式在使用時(shí)，只需轉(zhuǎn)動鏡頭上的調(diào)焦環(huán)，調(diào)焦環(huán)上刻有與調(diào)焦量

對

應(yīng)的底片與被攝景物之間的距離標(biāo)尺，調(diào)焦環(huán)帶動鏡筒上的多頭螺紋，讓鏡頭產(chǎn)

生

軸向移動，使鏡頭的焦點(diǎn)落實(shí)在膠片平面上。由于是整組移動鏡頭，鏡片之間的

相

對位置固定不變，因此能始終保持鏡頭的成象質(zhì)量處于最佳狀態(tài)。

(2)改變焦距的調(diào)焦方式這種調(diào)焦方式是通過移動鏡頭中某組鏡片的軸向

位

置，從而稍微變動了鏡頭的焦距，以使物距變化時(shí)能保持象距不變。圖1-3-1

為前

組調(diào)焦示意圖，它是最常采用的調(diào)焦方法之一?？梢郧敖M單片調(diào)焦，也可以前組

齊移動調(diào)焦。此外還有采用中組或后組的調(diào)焦形式。

這種調(diào)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)焦時(shí)整個(gè)鏡頭可保持不動，調(diào)焦量小，調(diào)焦機(jī)構(gòu)也

較

簡單。變焦鏡頭由于鏡片多，體積大，整組移動有困難，往往多采用這種方式調(diào)

焦。

(3)固定焦點(diǎn)方式目前市場上供應(yīng)的簡易型照相機(jī)的鏡頭位置大多是固定

不

變的。即不管物距多少，照相機(jī)的鏡頭與膠片之間的距離始終固定不動，這種調(diào)

焦

方法稱為固定焦點(diǎn)法。盡管這樣，由于限制了彌散圓的大小，照相機(jī)的拍攝質(zhì)量

也

還是有一定保證，實(shí)際上此類照相機(jī)是利用“景深”調(diào)焦，又稱超焦距法。

三、照相機(jī)的調(diào)焦方法

無論采用何種調(diào)焦方式，我們都必須使被攝體的物距1和象距1'滿足高斯

公式，

只有這樣才能在膠片平面上獲得清晰的象。通常用下述方法來獲得正確的調(diào)焦。

1、測距法

這種方法是首先測出被攝體至膠片平面之間的距離，根據(jù)調(diào)焦方式確定此時(shí)

的

調(diào)焦量，然后再使整個(gè)鏡頭或前組作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，以使在膠片平面上獲得清晰的

影

象。

根據(jù)測距方式的不同又可分為估測法和三角測量法：

(1)估測法就是攝影者根據(jù)目測或步量的形式，首先確定攝影距離，并據(jù)

此

來轉(zhuǎn)動或調(diào)節(jié)鏡頭上的調(diào)焦環(huán)，使其距離刻度或遠(yuǎn)景、中景、近景標(biāo)記與鏡頭上

的

基準(zhǔn)標(biāo)記對準(zhǔn)。這種調(diào)焦方法用在鏡頭焦距較短。相對孔徑較小的照相機(jī)上，可

獲

得足夠清晰的照片。

(2)三角測量法就是利用數(shù)學(xué)中的三角關(guān)系來進(jìn)行測距、調(diào)焦。主要應(yīng)用

于

帶測距器的照相機(jī)中，這種照相機(jī)的測距和調(diào)焦是聯(lián)動的，只要使取景器中的雙

象

重合，測距和調(diào)焦即告完成。這種方法可以使鏡頭得到準(zhǔn)確的調(diào)焦，從而保證底

片

上影象的清晰度。此方法常用在帶有逆伽利略式取景器的照相機(jī)上。

三角測量法的工作原理，如1-3-2所示。當(dāng)物體在無窮遠(yuǎn)(但)時(shí)，進(jìn)入反射

鏡3

的光線與取景系統(tǒng)光軸是平行的，此時(shí)光線經(jīng)反射鏡3、半透鏡5和目鏡4進(jìn)入

眼瞳

后，其影象與取景器所成的影象是重合的。當(dāng)物體處于有限距離時(shí)，物體進(jìn)入反

射

鏡3的光線與取景系統(tǒng)光軸不平行，此時(shí)光線經(jīng)反射鏡3、半透鏡5和目鏡4進(jìn)

入眼瞳

后，其影象與取景器所成的影象不重合，在觀察時(shí)就出現(xiàn)兩個(gè)影象。只有使反射

鏡

3擺動一個(gè)角度。才能使影象重合。設(shè)此時(shí)物體對基線上A、B兩點(diǎn)之夾角為。，

這

樣就可得出

l=b/tga,a=20

當(dāng)基線b一定時(shí)，即可根據(jù)反射鏡3擺動角度0,測出物體距照相機(jī)的羽離

lo

(3)視差由于旁軸取景器的取景光軸位于攝影鏡頭光軸的旁僧故視界范

圍

有所偏移，如圖「3-3所不，因此有視差存在。

設(shè)取景器光軸與攝影鏡頭光軸相距為V。當(dāng)對物距1的物平面攝影時(shí)，在膠

片，

的成象范圍為TT\而取景范圍卻是SS'。此時(shí)取景光軸上的點(diǎn)P通過攝影鏡頭

成象，

其象點(diǎn)不在膠片中心0,而是偏離一個(gè)距離￡,￡稱為視差量。

由相似三角形關(guān)系，有

￡/v=r/i,E=rv/i

又由幾何光學(xué)可知

1/1+i/r=l/f

于是可有

￡二f')

式中，v與f'為結(jié)構(gòu)常數(shù)，因此視差量￡隨物距1而變化。1越大，視差就

越小。

當(dāng)對無限遠(yuǎn)處調(diào)焦時(shí)，1-〉8,由視差￡->0。

2、聚焦檢測法

這種方法是通過人眼觀察象面或?qū)拱迳系挠跋笫欠袂逦鷣砼袛嗑劢故欠?/p>

合適

的方法。它又分為對比法和裂象法。

(1)對比法當(dāng)我們觀察一個(gè)景物的輪廓時(shí)，影象輪廓邊緣越清晰，則它的

亮

度梯度就越大，或者說景物邊緣處與它的背景之間的對比度就越大。反之，離焦

的

象，它的輪廓邊緣就模糊不清，亮度梯度或?qū)Ρ榷染筒方怠Ｈ缑Ａ拱寰褪?/p>

采

用這種方法，如圖1-3-4所示。圖中(1)是微圓錐毛玻璃調(diào)焦，(2)是普通磨砂毛

玻

璃調(diào)焦。圖(a)是焦點(diǎn)和象面重合時(shí)的情況，圖(b)是焦點(diǎn)偏離象面較小的情況，

圖

(c)是焦點(diǎn)偏離象面較大的情況。

(2)裂象法在木焦板位置上放置裂象光楔或微棱鐐當(dāng)焦點(diǎn)正好位于裂象

光

楔的交點(diǎn)上或微棱鏡的頂點(diǎn)上的時(shí)候，我們看到的只是一個(gè)清晰的象點(diǎn)；當(dāng)焦點(diǎn)

偏

離上述位置時(shí)，通過裂象光楔看到的是兩個(gè)分開的象，而通過微棱鏡看到的則是

許

許多多分開的象，造成一種影象模糊的感覺。用裂象光楔和微棱鏡對焦板對焦就

是

根據(jù)這個(gè)原理進(jìn)行的。

因?yàn)閷蛊矫媾c膠片平面完全共抽人們只需通過眼睛來觀察相當(dāng)于膠片成

象

平面的對焦屏。只要對焦屏上的裂象重合和微棱區(qū)影象是清晰的，則膠片平面上

的

象必然清晰；反之亦然。

對焦屏可以做成不同的結(jié)構(gòu)形式如毛玻璃表面狀、微圓錐面狀、微棱鏡狀、

帶裂象光楔的、帶環(huán)帶透鏡的，等等。

聚焦檢測的調(diào)焦方法主要應(yīng)用十單鏡頭反光照相機(jī)上。

鏡頭快門安置在照相鏡頭孔徑光闌附近，其尺寸最小。根據(jù)安置位置不同，

鏡

頭快門可分為鏡前快門、鏡間快門和鏡后快門。

鏡前快門：安置在照相鏡頭前的光路一L,由于快門露在鏡頭外，易臟、易變

形、

易發(fā)生故障，目前在35初照相機(jī)中已不使用。

鏡間快門：快門葉片開啟孔徑位置與孔徑光闌位置非常接近，快門開啟時(shí)整

個(gè)

畫面同時(shí)獲得曝光，而且不會產(chǎn)生耀斑。這種快門結(jié)構(gòu)較合理，因此得到廣泛應(yīng)

用。

鏡間快門主要有勃朗特和康柏兩種型式。

鏡后快門：快門的開啟孔徑位于鏡頭的后方一般做成平板結(jié)構(gòu)裝在機(jī)身上

調(diào)焦時(shí)快門木前后移動，便于和照相機(jī)其他功能配合，有利于照相機(jī)向小型化和

多

功能發(fā)展。

一、鏡頭快門的工作特性

不論是勃朗特型還是康柏型鏡間快門，不論是單片快門還是五片快門，從葉

片

開啟光孔到全開，或從全開到全閉，盡管運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動都是極快的，但總需要

有

一定的時(shí)間，開啟和關(guān)閉光孔存在一個(gè)漸開漸閉的過程。圖1-4T表示了五片葉

片

鏡間快門的井、閉過程，先開啟光孔中心部分，逐漸使光孔升到最大，經(jīng)過一定

的

全開時(shí)間t2后，再由邊緣向中心逐漸關(guān)閉?？扉T葉片從開始開啟光孔到完全關(guān)

閉光

孔的整個(gè)時(shí)間，也就是鏡頭快門使膠片開始曝光到結(jié)束曝光的時(shí)間，稱為全曝光

時(shí)

間tlot2與鏡頭F數(shù)有關(guān)。

圖ITT鏡頭快門曝光時(shí)間的開、閉過程

快門在開啟和關(guān)閉光孔的過程中，光孔一部分開啟，一部分仍被葉片所遮攔

光孔在這過程中只有部分通光，造成透光損失。這種光量損失用快門的光學(xué)有效

系

數(shù)n來表示。

如果快門是一個(gè)理想的快門，此快門的開啟與關(guān)閉光孔的過程是無時(shí)間量

的，

在全曝光時(shí)間tl內(nèi)沒有光通量損失，則q=100猊但實(shí)際快門與理想快門相差甚

遠(yuǎn)，

用到達(dá)膠片平面的光能量為依據(jù)來比較，如果實(shí)際快門在全曝光時(shí)間(tl)內(nèi)通過

的

光通量等于理想快門在曝光時(shí)間(te)內(nèi)通過的光通量，則我們稱te為實(shí)際快

門的

有效曝光時(shí)間，顯然teVtl。由此可得出鏡頭快門的光學(xué)有效系數(shù)n為

n=te/tl*100%

式中to為最大鏡頭孔夕仝時(shí)，tl與t2的平均值可近似表達(dá)為

te=(tl-t2)/2

二、結(jié)構(gòu)形式

鏡頭快門的結(jié)構(gòu)形式很多，但主要有兩種：鏡筒型結(jié)構(gòu)和平板型結(jié)構(gòu)。

鏡筒型結(jié)構(gòu)是將快門葉片、傳動機(jī)構(gòu)、動力彈簧、慢門機(jī)、閃光聯(lián)動機(jī)構(gòu)、

自

拍機(jī)等與照相鏡頭的光學(xué)鏡片裝在一個(gè)主體內(nèi)。因此，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與機(jī)身之間的

功

能聯(lián)接困難，不適應(yīng)照相機(jī)向小型、多功能、電子和自動化發(fā)展。

平板型結(jié)構(gòu)可克服鏡筒型快門的缺