照相机构造原理.doc

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1、照相机构造原理来源：网络转载 一、镜头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，因此较好的照相机一般都应该具有调焦机构。二、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。三、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。四、输片计数机构为了准备第二次拍摄，曝光

2、后的胶片需要拉走，本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。五、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”，还是今日已经高度电子化、自动化、电脑化的照相机，其基本原理都没有多大区别。 照相机构造原理（3）照相机的分类照相机一般可按其使用技术特征如：画幅大小、取景方式、快门形式、测光方式来分类，也可按照相机的外形和结构来分类。具体分类情况如下：(1)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

3、照相机、126照相机、中幅照相机和大幅照相机等。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。(2)按照相机的外型和结构可分为平视取景照相机和单镜头反光照相机。此外还有双镜头反光照相机、折叠式照相机、转机、座机等等。(3)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。(4)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

4、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。 照相机构造原理（4）摄影光学基础 照相机的工作过程，概略地说是应用光学成像原理，通过照相镜头将被摄物体成像在感光材料上。下面将粗略地介绍摄影光学成像原理：人类对于光的本性的认识，光线的传播及透镜成像原理。人类对于光的本性的认识经历了漫长而又曲折的过程。在整个18世纪中，光的微粒流理论在光学中仍占优势，人们普遍认为光是微小的粒子组成的，从点光源发出并以直线向四面八方辐射。19世纪初，以杨氏（Y

5、oung）和菲涅耳（Fresnel）的著作为代表逐步发展成今天的波动光学体系。如今对光的本性认识是：光和实物一样，是物质的一种，它同时具有波的性质和微粒（量子）的性质，但从整体来说，它既不是波，也不是微粒，也不是它们的混合物。从本质上，讲光和一般无线电波并无区别，光和电磁波一样是横波，即波的振动方向与传播方向垂直。一个发光体就是电磁波的发射源，发光体发射的电磁波向周围空间传播，和水波波动产生的波浪向四周传播相似。强度最大或最小的两点距离称为波长，用表示。传播一个波长所需的时间称为周期，用T表示，一个周期就是一个质点完成一次振动所需要的时间。1秒内振动的次数称为频率，用表示。经过1s振动传播的距

6、离称为速度，用“v”表示。波长、频率、周期和速度之间有如下关系：v=/T ，=1/T，v=由此可见，光的波长与频率成反比。实际上光波只占整个电磁波波段的很小一部分。波长在400700nm的电磁波能够为人眼所感觉，称为可见光，超过这个范围人眼就感觉不到了。不同波长的可见光在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉，按照波长由长到短，光的颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。不同波长的电磁波在真空中具有完全相同的传播速度，数值是c=300,000km/s。光既然是电磁波，研究光的传播问题，应该是一个波动传播问题，但是在设计照相机镜头及其他光学仪器时，并不把光看作是电磁波，而是把光看作是能传播能量的几何线

7、，叫做光线。光源A发光就是向四周发出无数条几何线，这无数条具有方向的几何线就叫做光线。这样在几何光学中研究光的传播问题，就变成了一个几何问题、数学问题，问题简化多了。下面叙述几何光学的几个基本定律光线的传播规律：(1)光的直线传播定律光在均匀介质中，是沿着直线传播的，即在均匀介质中光线为一直线。光的直线传播现象在日常生活中随时随地可以见到，如物体被光照射而成影，小孔成像等。光的直线传播引出了光线这个概念。(2)光的独立传播定律光的传播是独立的，当不同光线从不同方向通过介质某一点时，彼此互不影响。当两支光线会聚于空间某一点时，它的作用为简单的叠加。光线的这一性质，使被拍摄物体各点的光互不影响地进

8、入照相镜头，在成像面上成像。(3)光的反射定律 当光传播到两种不同介质的分界面时，就会改变传播方向，发生光的反射。光的反射定律指出：入射光线、反射光线和分界面上光投射点的法线在同一平面内，人射光线与反射光线分别位于法线的两侧。人射角和反射角相等。入射光线与法线N的夹角记为入射角，用i表示；反射光线与法线N的夹角记为反射角，用表示。则有i=。光的反射现象还具有可逆性，假如光线逆着原来反射光线方向入射到界面上，那么它将逆着原来入射光线的方向反射出去。随着界面的不同，反射又可分为定向反射和漫反射。从一个方向入射到光亮、平整的镜子上的光线，入射点都落到同一平面上，其反射都向着同一方向，则称为定向反射。

9、当光从一个方向投射到粗糙表面上时（如毛玻璃面等），由于粗糙面可以看成由许多角度不同的小平面组成，光线便从各个不同的方向反射出去，称为漫反射。但需注意在漫反射现象中，就每一条光线而言都还是遵循反射定律的。光的反射，在照相术中起着相当重要的作用。例如人本身并不发光，但当光线从各个角度照射到人身上后，光线便可从各个角度有所反射。我们常利用反射光进行拍照，就是遵循光的反射定律。 照相机构造原理（5）照相镜头特性及分类 照相镜头是照相机的最重要部件之一，一般由多片正透镜、负透镜、胶合透镜组，以及固定这些光学元件的金属隔卷和镜筒组合而成。它的作用是把被摄目标清晰地成像在感光胶片上。一、照相镜头的光学特性照

10、相镜头的光学特性可由三个参数来表示，即照相镜头的焦距f、相对孔径D/f和视场角2。其实就135照相机而言，其标准画幅已确定为24mm X 36mm，则其对角线长度为2=43.266。照相机镜头的焦距f和视场角之间存在着以下关系：tg=/f式中：2画幅的对角线长度；f镜头的焦距。照相机镜头的另一个最重要的光学特征指标是相对孔径。它表示镜头通过光线的能力，用D/f表示。它定义为镜头的光孔直径（也称入瞳直径）D与镜头焦距f之比(图1-2-9)。例如有个照相机镜头的最大光孔直径是25mm，焦距是50mm，那么这个照相机镜头最大相对孔径就是1/2。相对孔径的倒数称为镜头的光圈系数或光圈数，又称F数，即F

11、=f/D。在照相机的镜头上都应标有光圈数。国家标准按照光通量的大小规定了各级光圈数的排列次序是0.7，l，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22但国家标准允许镜头的最大相对孔径标记可以不符合标准系列中的数字。当焦距f固定时，F数与入瞳直径D成反比。由于通光面积与D的平方成正比，通光面积越大则镜头所能通过的光通量越大。因此当光圈数在最小数时，光孔最大，光通量也最大。随着光圈数的加大，光孔变小，光通量也随之减少。光圈每差一级（其数值比都是1.414），其光通量就相差一倍，如果不考虑各种镜头透过率差异的影响，不管是多长焦距的镜头，也不管镜头的光孔直径有多大，只要光圈数值相同，它们的光通

12、量都是一样的。对照相机镜头而言，F数是个特别重要的参数，F数越小，镜头的适用范围越广。二、照相镜头的分类照相镜头的分类方法很多，但通常按下述的方法来分类：(l)按镜头的焦距或视场角来分类，把镜头分成：标准镜头，短焦(广角)镜头，长焦(望远)镜头三类。一般照相机出售时，大都配置有标准镜头。标准镜头的焦距和底片画幅的对角线长度基本相等。其视场角虽仍有大小差别（一般在4555之间），但大都接近人眼的视角。因此用标准镜头拍摄的照片，其画面景物的透视关系比较符合人们的视觉习惯。由于标准镜头的焦距、视场角、拍摄范围、景深，以及在相同拍摄距离上所获得的影象尺寸等均比较适中，因而这种镜头应用最广泛，最适合拍摄

13、人像、风光、生活等各种照片。广角镜头就是短焦距镜头。根据焦距的长短又有广角与超广角镜头之分。其特点是：焦距短、视场角大、拍摄景物范围广。在环境狭窄无法增加距离的情况下，使用广角镜头可以扩大拍摄视野，在有限距离范围内拍摄出全景或大场面的照片。广角镜头还具有超比例地渲染近大、远小的特点，有夸张前景的作用。在摄影中可充分利用其所创造的特殊透视关系，来夸大景物的纵深感，突出所强调的主体部分。广角镜头的焦距较短，景深较长，拍出的照片远近都很清晰。因此，它比技适合于抓拍一些来不及从容对焦的活动，比较适宜拍摄大场面的新闻照片，或在室内拍摄家庭生活照片等。由于广角镜头的祝场角大，景深范围大，在风光摄影中它是不

14、可缺少的摄影镜头。目前市场上一般的塑料自动照相机都装配了广角镜头。中焦距镜头属于长焦距镜头一类，中焦距镜头的焦距约为标准镜头焦距的两倍，长焦距镜头其焦距则更长一些。其共同的特点是：焦距长，视场角小，在底片上成像大。所以在同一距离上能拍得比标准镜头更大的影象。它适合于在远处拍摄人物或动物的活动，拍摄一些不便于靠近的物体，从而获得神态自然、生动逼真的画面。由于中、长焦距镜头的景深范围比标准镜头小，利用此特性有利于虚化对焦主体前后杂乱的背景，而且被摄主体与照相机一般相距比较远，在人象或主景的透视方面出现的变形较小，拍出的人象会更生动，因此人们常把中焦镜头称为人像镜头。一般的民用用户很少使用长焦镜头，

15、这是因为长焦镜头的镜筒较长，重量重，价格相对来说也比较贵，而且其景深比较小，在实际使用中较难对准焦点，因此常用作专业摄影。(2)按镜头的聚光能力分为超透光力镜头，照相物镜其相对孔径的大小应达到1:2.8以上；强透光力镜头，1:3.51:5.8；正常透光力镜头，1:6.31:9；弱透光力镜头，小于1:9。(3)按镜头的焦距能否变化，又可分为定焦镜头和变焦镜头两类。由于光学设计水平、光学玻璃熔制技术的迅速提高，手头比较富有的摄影爱好者已有可能选用焦距可在一定范围内改变而保持象面不动的光学系统。这种在一定范围内可以变换焦距值、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头称之为变

16、焦距照相物镜，简称变焦镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图。由于一个变焦镜头可以兼担当起若干个定焦镜头的作用，外出旅游时不仅减少了携带摄影器材的数量，也节省了更换镜头的时间。目前，国外生产的高档全自动傻瓜照相机几乎都配置有小变倍比的变焦镜头。变焦镜头根据变焦方式的不同，又可分为单环式和双环式两种。单环式变焦距镜头，变焦和调焦使用同一拔环，推拉它变焦、转动它调焦；优点是操作简便、迅速。双环式变焦距镜头，变焦距和调焦面各用一个环，分别进行；优点是变焦和调焦两者互不干扰，精度较高，但操作比较麻烦。在目前上市的变焦距镜头中，有些在镜头前圈上还标

17、有Micro字样，意为可作微距摄影，也可作超近摄影，这样的变焦距镜头更具有多用性。但是，变焦距镜头由于其光学系统和机械结构较为复杂，因此加工和制造比较困难，受价格、体积和重量的制约。变焦镜头的相对孔径不可能做得很大，有时为减小体积或为保证象差，镜头往往只能变孔径。 照相机构造原理（6）像差和镜头等级 像差对成像质量的影响照相镜头的等级标准日常使用的照相镜头由于受光学设计、加工工艺及装调技术等诸多因素的影响，要对一定大小的物体成理想象是不可能的，它实际所成的象与理想象总是有差异，这种成像的差异就称为镜头（或成像光学系统）的像差。像差是由光学系统的物理条件（光学特性指标）所造成的。从某种意义上来说

18、，任何光学系统都存在有一定程度的像差，而且从理论上来讲总也不可能将它们完全消除。肉眼和其他光能接收器也只具有一定的分辨能力，因此只要像差的数值小于一定的限度，我们就认为该系统的像差得到了矫正。下面我们简单扼要介绍照相镜头的像差分类、形成和矫正方法。透镜的像差可以分成两大类：单色像差及色像差。一、单色像差如果镜头只对单色光成像，那么共有五种性质不同的像差它们是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似程度的畸变。1、球差由光轴上某一物点向镜头发出的单一波长的光线成像后，由于透镜球面上各点的聚光能力不同，它不再会聚到象方的同一点，而是形成一个以光轴为中心的对称的弥散斑，这种像差称为球

19、差，球差的大小与物点位置和成像光束的孔径角大小有关。当物点位置确定后，孔径角越小所产生的球差也就越小。随着孔径角的增大，球差的增大与孔径角的高次方成正比。在照相镜头中，光圈数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。因此在拍摄时，只要光线强度允许，就应该使用较小的光圈拍照，以便减小球差的影响。2、彗差光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在象平面上会形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈彗星形，即由中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差称为彗差。彗差的大小是以它所形成的弥散光斑的不对称程度来表示。彗差的大小既与孔径有

20、关，也与视场有关。在拍摄时与球差一样，可采取适当收小光孔的办法来减少彗差对成像的影响。摄影界一般将球差和彗差所引起的模糊现象称为光晕。在绝大多数情况下，轴外点的光晕比轴上点要大。由于轴外像差的存在，我们对于轴外象点的要求不应该比轴上点高，至多一致，即两者具有相同的成像缺陷，此时我们称等晕成像。随着相对孔径的增大，球差和彗差的校正将更加困难，放在使用大孔径镜头时，应事先了解镜头的性能，注意到那档光圈渐晕最小，在可能情况下，应尽量缩小光孔，以提高成像质量。3、象散象散也是一种轴外象基，与彗差不同，它是描述无限细光束成像缺陷的一种像差，仅与视场有关。由于轴外光束的不对称性，使得轴外点的子午细光束的会

21、聚点与弧矢细光束的会聚点各处于不同的位置，与这种现象相应的像差，称为象散。子午细光束的会聚点与孤矢细光束的会聚点之间距离在光轴上的投影大小，就是象散的数值。由于象散的存在，使得轴外视场的象质显著下降，即使光圈开得很小，在子午和弧矢方向均无法同时获得非常清晰的影象。象散的大小仅与视场角有关，而与孔径大小无关。因此，在广角镜头中象散就比较明显，在拍摄时应尽量使被摄体处于画面的中心。4、场曲当垂直于光轴的物平面经光学系统后不成像在同一象平面内，而在一以光轴为对称的弯曲表面上，这种成像缺陷称为场曲。场曲也是与孔径无关的一种像差。由于象散的存在，子午细光束所形成的弯曲象面与弧矢细光束所形成的弯曲象面往往

22、不重合，它们分别称为子午场曲Xt和弧矢场曲Xs。用存在场曲的镜头拍照时，当调焦至画面中央处影象清晰，画面四周影象就模糊；而当调焦至画面四周影象清晰时，画面中央处的影象又开始模糊，无法在平直的象平面上获得中心与四周都清晰的象。因此在某些专用照相机中，故意将底片处于弧形位置，以减少场曲的影响。因为广角镜头的场曲总是比一般镜头大，因此在拍团体照时将被摄体作圆弧形排列，就是为了提高边缘视场的象质。5、畸变畸变是指物体所成的象在形状上的变形。畸变并不影响象的清晰度，只影响物象的相似性。由于畸变的存在，物空间的一条直线在象方就变成一条曲线，造成像的失真。畸变分桶形畸变和枕形畸变两种。畸变与相对孔径无关，仅

23、与镜头的视场有关。所以在使用广角镜头时要特别注意畸变的影响。 照相机构造原理（7）镜筒与光阑 一、镜筒与一般光学仪器相比较，照相机镜头的结构较为复杂，往往由相当数量的镜片所组成。这些镜片在进行光学设计时，其相对位置都是当作完全理想情况来进行设计处理的。设计时的象质是在完全同心和无间隔偏差这样完全理想条件的前提下完成像差校正存在不同心度和间隔误差，影响镜头装配后的象质。所以对一个好镜头而言，它应具有良好和合理的镜框和镜筒设计。而且还应该为它设计一个好的装配方法，以使各镜片连接后的同心度误差和间隔误差控制在一定范围之内，以保证各镜片组合后具有良好的成像质量。通常具有三种镜筒结构设计方式，即互换法镜

24、筒结构设计、修配法镜筒结构设计、调整法镜筒结构设计。对于大批量生产、结构简单、要求一般的镜头都采用互换法镜筒结构设计。它是将镜片直接放置在镜筒内，利用镜片间的叠合、间隔垫圈或镜筒内的尺寸间隔关系，保证各镜片的同心度与空间间隔。同心度的保证是依靠单个零件的加工精度，各镜片与镜框连接可在专用装配车床上，通过定中仪对准、定中后保证同心度要求。空间间隔的保证是通过加工时控制尺寸链来达到。修配法的镜筒结构基本特点是镜片间同心度与空间间隔通过统一基准面，一次定位加工获得，定位精度高，没有积累误差。但它加工复杂，成本高，适用于优质且结构复杂的高档照相机镜头，电影摄影镜头等。调整法镜筒结构主要是利用镜头光组中

25、比较灵敏的环节，即对象差校正和补偿影响较大的镜片组，加上调整环节，进行调节补偿。上述三种镜筒结构设计，在实际应用时，有时是相互结合使用的，在可能情况下应尽量使用互换法。照相镜头的最后调试是厂家借助专门的测试仪器，如光具座、鉴别率测试仪来完成的。出厂前都经过逐个检查，以保证成像质量。若最终发现象质有问题，应交专业维修人员检查，切勿自行拆卸以防不测。二、光阑照相镜头的光阑可分为视场光阑和孔径光阑两大类。视场光阑的作用是限制成像范围，如照相机胶片前面的画幅框（又称片框）限制了象面视场，则片框即为镜头的视场光阑。照相机中一般所述的光阑，俗称光圈是指照相机的孔径光阑，用以控制胶片上的照度和获得不同的景深

26、。镜头孔径光阑的位置，在镜头开始设计时便被确定了。若移动光阑与镜片的相对位置，镜头的成像情况将发生改变。基于象差的原委，光阑一般都安置在镜头的中间。近年来小型35mm镜头快门照相机不断追求小型袖珍化，为便于镜头专业化大批量生产，在许多塑料相机中已将光阑移至镜后，即镜后快门无后组方式，称单边结构形式。光阑是由光阑叶片、光阑动圈、定圈组成，并通过光圈调节环及传动控制机构来控制光阑叶片的运动。当转动光圈调节坏时，光阑叶片随之转动，叶片之间围成的孔径面积发生变化，改变了镜头的相对孔径值，调节了象面的照度。由于象面的照度与(D*D/f*f)成正比，要使象面照度降低一半，D（入幢直径）必须缩小1.414倍

27、，即D=D/1.414，此时才有（D*D/f*f=D*D/2*f*f）。可见摄影镜头的光圈数F是按1.414的倍数来变化的。光圈数可由公式F=1.414*1.414*,n=0，1，2，来求得，这样得到的F数系列为1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16但镜头的最大F数如F1.7、F3.5等可以不在系列光圈值内。光圈数系列的制订，保证了光圈改变一档，象面照度变化1倍。这样一档光圈便与一档快门速度对应起来。转动光圈调节环，还可以发现各档光圈之间的转角是相同的，这是现代照相机镜头结构的又一特点，这种结构称为等间隔可变光阑。光阑值每差一档，光圈调节环就转动一个固定的角度。调节环的等角度转动，

28、不仅使操作手感相同，而且能方便地把光阑变化信息通过线性电位器转换成电信号，传送到测光（或自动曝光）控制系统。以上所述的光圈，称之为F制光圈，它仅仅考虑了镜头的有效孔径D和镜头焦距f之间的几何关系。实际上光线通过光组时，由于镜头对光线的吸收或反射将会造成光能的损失，此时即使镜头具有相同的光圈数（F值），仍有可能使胶片获得完全不同的曝光量，甚至相差达l1/2档。因此需要根据整个镜头的实际透射比来标定镜头的光圈，用以替代单纯焦距和有效孔径D的几何关系，并考虑镜头中对光的吸收和反射所引起的光能损失，这个光圈称之为镜头的T制光圈。它与F制光圈的关系为式中：镜头的透过率。目前照相镜头中采用的光圈值仍以F值

29、表示，而在自动曝光照相机中，已应用T数系统进行调节和显示。 照相机构造原理（8）标准镜头常用的形式一、单片或双胶合透镜构成的简易镜头这种简易型镜头由于只采用单片或双胶合透镜构成，因此其像差不可能完善校正，孔径也很小，只能在强光下使用。但由于此类镜头价格特别低廉，特别是近年来已普遍使用光学塑料（PMMA）替代光学玻璃，使其制造成本更为降低。因此，目前市场上的玩具相机、一次性相机大多使用这种简易镜头。二、三片三组柯克Cooke型镜头早期由三片分离透镜组成的柯克型镜头，其光阑位于透镜之间，这种光学结构型式是镜头像差能得以初步校正的最简单结构，象质基本上满足一般普及型相机的要求（镜头等级为23级），且

30、价格比较低。近几年来为了适应自动、袖珍照相机的发展，把通常三片型柯克镜头的光阑由镜头中间移至镜后，使透镜之间密接紧靠。由于光阑后移造成的光焦度失对称，使系统存在有较大的轴外球差，不得而已只能采取拦光的办法来保证像差，因此相对来说边缘照度较低，在设计及使用时都需要统筹兼顾。为进一步降低成本，目前市场上的水货低档照相机大多用光学塑料透镜替代柯克型三片物镜中的某一片（大多为中间一片），此时其相对孔径只能做到1/4.5左右。三、天塞Tessar型三组四片照相镜头由柯克型发展起来的天塞型镜头，1902年起源于德国的蔡司光学工厂，最早是由著名光学专家鲁道夫（Rudolof）设计的。它用双胶合透镜组代替了柯

31、克型镜头的第三片，所以镜头的相对孔径可以大大提高，在中等视场5060情况下其相对孔径可做到1/3.51/2.8。它是目前国内中档或普及型照相机应用得最广的镜头结构形式。光阑位于第二、第三组之间，构成非对称结构型的正光焦度摄影物镜。引入的胶合透镜组使物镜的象散和轴外均得到了充分改善，因此特别适合于风景摄影。四、双高斯物镜及其演变形式双高斯物镜是在具有较大视场（大约40左右）的物镜中，相对孔径最先达到F/2的一种物镜。加入的两个胶合面，使其有可能更好地消除像差。胶合面两边玻璃的色散尽管不同，但折射率近似相等，因此胶合面的加入对单色像差影响不大。基本对称的结构有利于彗差、畸变、倍率色差等垂轴像差的校

32、正，光阑两侧各有一个强凹透镜，有利于球差和象散的校正。双高斯物镜的复杂化型式，主要是为了增加镜头的相对孔径或者是为了改善镜头的成像质量。最常见的方法是把前面或者后面的正透镜用两个单正透镜来代替。它可以使轴外的视场高级球差和轴上的孔径高级球差同时减小，可以在较大的视场情况下获得较高的成像质量。双高斯物镜的另一类复杂化形式是把前、后厚透镜中的胶合面，用分离曲面代替；或者同时把前面或后面的正透镜分成两个。照相机构造原理（9）取景器功能及分类人们在摄影时，为了选取被摄景物的范围就要取景。照相机上用来显示相当于照相胶片成象范围的观察装置就称做取景器。它是一个简单的光学系统，用它来确定拍摄范围和进行画面布

33、局。现代照相机的取景器往往还包含有：(1)调焦、测距系统。(2)能显示摄影时所必要的信息，如快门速度；光圈、曝光是否合适的预示信号；闪光灯充电信号等。(3)配置能控制曝光的测光系统。一个好的照相机取景器在目视观察时，其视场轮廓与影象应清晰、明亮；影象应为大小适当的正象；没有空间视差和时间视差；没有光晕、重影和幻影；尤其应该消除畸变；能正确地调焦、测距；能判断胶片的景深范围；能向观察者提供摄影时必要的信息等。取景器的结构型式很多，分类方法也各不相同。按照取景光轴与摄影光轴是否重合，可分为同轴式取景器和旁轴式取景器；按照所成象的虚实，可分为实象式取景器和虚象式取景器；按照实际结构，可分为框式取景器

34、、牛顿式取景器、逆伽利略取景器、开普勒取景器、阿尔巴达取景器等。目前市场上的35mm照相机的取景器大多采用旁轴平视式和单镜头反光取景同轴式两种形式。 照相机构造原理（10）调焦与测距原理 一、调焦原理实际照相时，被照物体与照相机的相对距离，每次总是有变化的。由高斯公式1/l-1/l=1/f可知，对于不同的照相距离l，其照相光学系统的象距l也将随着变化。为了使不同距离的被摄物体能够正确地成象在焦平面（即胶片平面）上以得到清晰的影像，必须随时调整镜头与胶片平面之间的距离l来适应物距l的变化。镜头的这种调整过程就称为调焦。为了正确地进行调焦，一般在调焦前还要测定出被摄物体到胶片平面之间的距离，这个过

35、程便称为测距。二、照相机镜头的调焦方式照相机镜头的调焦通常采用下述三种方式来进行：(1)改变象距的调焦方式照相机镜头对无穷远物体对焦时，它成象在镜头的焦平面上，即l=f。当摄影距离缩短成有限距离时，如7m，3m，(指被摄体到照相机胶平面之间的距离)，象距l都会拉长。实际上135照相机的胶片位置是相对不变的，因此只能将整个镜头向前伸出有限距离x，此增大量只有这样才能保证象点正确地落实在胶片平面上，以保持象面的清晰度。这种保持镜头焦距不变而改变象距的调焦方式又称整组调焦。此增大量x称调焦量。这种调焦方式在使用时，只需转动镜头上的调焦环，调焦环上刻有与调焦量对应的底片与被摄景物之间的距离标尺，调焦环

36、带动镜筒上的多头螺纹，让镜头产生轴向移动，使镜头的焦点落实在胶片平面上。由于是整组移动镜头，镜片之间的相对位置固定不变，因此能始终保持镜头的成象质量处于最佳状态。(2)改变焦距的调焦方式这种调焦方式是通过移动镜头中某组镜片的轴向位置，从而稍微变动了镜头的焦距，以使物距变化时能保持象距不变。为前组调焦示意图，它是最常采用的调焦方法之一。可以前组单片调焦，也可以前组一齐移动调焦。此外还有采用中组或后组的调焦形式。这种调焦方式的优点是调焦时整个镜头可保持不动，调焦量小，调焦机构也较简单。变焦镜头由于镜片多，体积大，整组移动有困难，往往多采用这种方式调焦。(3)固定焦点方式目前市场上供应的简易型照相机

37、的镜头位置大多是固定不变的。即不管物距多少，照相机的镜头与胶片之间的距离始终固定不动，这种调焦方法称为固定焦点法。尽管这样，由于限制了弥散圆的大小，照相机的拍摄质量也还是有一定保证，实际上此类照相机是利用“景深”调焦，又称超焦距法。三、照相机的调焦方法无论采用何种调焦方式，我们都必须使被摄体的物距l和象距l满足高斯公式，只有这样才能在胶片平面上获得清晰的象。通常用下述方法来获得正确的调焦。1、测距法这种方法是首先测出被摄体至胶片平面之间的距离，根据调焦方式确定此时的调焦量，然后再使整个镜头或前组作相应的转动，以使在胶片平面上获得清晰的影像。根据测距方式的不同又可分为估测法和三角测量法：(1)估

38、测法就是摄影者根据目测或步量的形式，首先确定摄影距离，并据此来转动或调节镜头上的调焦环，使其距离刻度或远景、中景、近景标记与镜头上的基准标记对准。这种调焦方法用在镜头焦距较短。相对孔径较小的照相机上，可获得足够清晰的照片。(2)三角测量法就是利用数学中的三角关系来进行测距、调焦。主要应用于带测距器的照相机中，这种照相机的测距和调焦是联动的，只要使取景器中的双象重合，测距和调焦即告完成。这种方法可以使镜头得到准确的调焦，从而保证底片上影像的清晰度。此方法常用在带有逆伽利略式取景器的照相机上。(3)视差由于旁轴取景器的取景光轴位于摄影镜头光轴的旁侧，故视界范围有所偏移，因此有视差存在。设取景器光轴

39、与摄影镜头光轴相距为v。当对物距l的物平面摄影时，在胶片上的成象范围为 TT，而取景范围却是SS。此时取景光轴上的点P通过摄影镜头成象，其象点不在胶片中心O，而是偏离一个距离，称为视差量。由相似三角形关系，有/v=l/l， =lv/l。又由几何光学可知，1/l+1/l=1/f。于是可有=vf/(l-f)式中，v与f为结构常数，因此视差量随物距l而变化。l越大，视差就越小。当对无限远处调焦时，l- ，由视差-0。2、聚焦检测法这种方法是通过人眼观察象面或对焦板上的影像是否清晰来判断聚焦是否合适的方法。它又分为对比法和裂像法。(1)对比法当我们观察一个景物的轮廓时，影像轮廓边缘越清晰，则它的亮度梯

40、度就越大，或者说景物边缘处与它的背景之间的对比度就越大。反之，离焦的象，它的轮廓边缘就模糊不清，亮度梯度或对比度就下降。如毛玻璃对焦板就是采用这种方法。(2)裂像法在对焦板位置上放置裂像光楔或微棱镜，当焦点正好位于裂像光楔的交点上或微棱镜的顶点上的时候，我们看到的只是一个清晰的象点；当焦点偏离上述位置时，通过裂像光楔看到的是两个分开的象，而通过微棱镜看到的则是许许多多分开的象，造成一种影像模糊的感觉。用裂像光楔和微棱镜对焦板对焦就是根据这个原理进行的。因为对焦平面与胶片平面完全共轭，人们只需通过眼睛来观察相当于胶片成象平面的对焦屏。只要对焦屏上的裂像重合和微棱区影像是清晰的，则胶片平面上的象必

41、然清晰；反之亦然。对焦屏可以做成不同的结构形式，如毛玻璃表面状、微圆锥面状、微棱镜状、带裂像光楔的、带环带透镜的，等等。聚焦检测的调焦方法主要应用于单镜头反光照相机上。 照相机构造原理（11）镜头快门 镜头快门安置在照相镜头孔径光阑附近，其尺寸最小。根据安置位置不同，镜头快门可分为镜前快门、镜间快门和镜后快门。镜前快门：安置在照相镜头前的光路上，由于快门露在镜头外，易脏、易变形、易发生故障，目前在35mm照相机中已不使用。镜间快门：快门叶片开启孔径位置与孔径光阑位置非常接近，快门开启时整个画面同时获得曝光，而且不会产生耀斑。这种快门结构较合理，因此得到广泛应用。镜间快门主要有勃朗特和康柏两种型

42、式。镜后快门：快门的开启孔径位于镜头的后方，一般做成平板结构装在机身上，调焦时快门木前后移动，便于和照相机其他功能配合，有利于照相机向小型化和多功能发展。一、镜头快门的工作特性不论是勃朗特型还是康柏型镜间快门，不论是单片快门还是五片快门，从叶片开启光孔到全开，或从全开到全闭，尽管运动构件的运动都是极快的，但总需要有一定的时间，开启和关闭光孔存在一个渐开渐闭的过程。五片叶片镜间快门先开启光孔中心部分，逐渐使光孔开到最大，经过一定的全开时间t2后，再由边缘向中心逐渐关闭。快门叶片从开始开启光孔到完全关闭光孔的整个时间，也就是镜头快门使胶片开始曝光到结束曝光的时间，称为全曝光时间t1。t2与镜头F数

43、有关。快门在开启和关闭光孔的过程中，光孔一部分开启，一部分仍被叶片所遮挡，光孔在这过程中只有部分通光，造成透光损失。这种光量损失用快门的光学有效系数来表示。如果快门是一个理想的快门，此快门的开启与关闭光孔的过程是无时间量的，在全曝光时间t1内没有光通量损失，则=100%。但实际快门与理想快门相差甚远，用到达胶片平面的光能量为依据来比较，如果实际快门在全曝光时间(t1)内通过的光通量等于理想快门在曝光时间（te）内通过的光通量，则我们称te为实际快门的有效曝光时间，显然tet1。由此可得出镜头快门的光学有效系数为=te/t1*100%式中te为最大镜头孔径时，t1与t2的平均值可近似表达为te=

44、(t1+t2)/2二、结构形式镜头快门的结构形式很多，但主要有两种：镜筒型结构和平板型结构。镜筒型结构是将快门叶片、传动机构、动力弹簧、慢门机、闪光联动机构、自拍机等与照相镜头的光学镜片装在一个主体内。因此，结构复杂，与机身之间的功能联接困难，不适应照相机向小型、多功能、电子和自动化发展。平板型结构可克服镜筒型快门的缺点，适应快门和机身间信号传递和联动要求。镜头调焦时，快门不作前后移动。镜头快门如果以快门叶片数量来分可分为：(1)单片式快门快门只由一片叶片开启和关闭光孔。快门速度只有一档，通常在1/1000s左右。快门光学有效系数较低，仅用于简易型相机。单片快门结构简单、可靠性好。(2)双片式

45、快门由两片快门叶片开启和关闭光孔。由于快门叶片要双方向上运动，转动惯量大，快门速度提高有困难。一般最短曝光时间1/300s，常用的有达1/200s，可以按1/125s，l/60s，1/30s来调速和闪光联动。双片式快门目前主要用于程序快门，快门叶片还兼作光阑叶片，快门均采用平板型结构。(3)三片式快门由三张快门叶片同时开启、关闭光孔，如图1-4-4所示。快门最短曝光时间一般为1/200s，可调速为1/125s，1/60s，1/30s，1/15s和X闪光联动。早期进口和国产的折合式120相机大多采用这种快门。(4)五片式快门由五片快门叶片同时开启、关闭光孔，是镜筒式镜头快门采用最广泛的型式。代表结构主要有勃朗特型和同步康柏型两类。勃朗特型镜间快门的主动部分主要有主动弹簧盘、小拉钩、主动环和叶片(五张)四个环节所组成。结构较简单、工艺性好、制造成本较低，得到广泛应用。康柏型快门在50年代中采用新的同步康柏型结构，光圈和速度值来用等值、等间隔分布，有利于自动曝光控制，而最短曝光时间可达1/500s，具有M和X两种闪光同步结构。快门主动部分由主动弹簧盘、主动环、叶片（五张）三个环节组成，具有较高的快门光学有效系数。但由于结构复杂，零件工艺性差和材料昂贵及成本高的原因，照相机很少采用这种快门。早期德国进口听蔡斯依康折合照相机大多采用这种快门。