照相机的工作过程，概略地说是应用光学成象原理，通过照相镜头将被摄物体成象在感光材料上。下面将粗略地介绍摄影光学成象原理：人类对于光的本性的认识，光线的传播及透镜成象原理。
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（Young）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λ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ν表示。经过1s振动传播的距离称为速度，用“v”表示。波长、频率、周期和速度之间有如下关系：
v=λ/T ，ν=1/T，v=λν
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，见图1-2-1。
波长在400～700nm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，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，小孔成象等。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入照相镜头，在成象面上成象。
(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：
①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。
②人射角和反射角相等。如图1-2-2所示，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α表示。则有i=α。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，如图1-2-3（a）所示，则称为定向反射。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，如图1-2-3（b）所示。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。象差对成象质量的影响照相镜头的等级标准
照相机的基本组成部分
我们可以用一个简单的示意图来表示照相机的基本结构（图1－1－1）。
一、镜头
图中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。
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，这种成象的差异就称为镜头（或成象光学系统）的象差。
象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，任何光学系统都存在有一定程度的象差，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，因此只要象差的数值小于一定的限度，我们就认为该系统的象差得到了矫正。
下面我们简单扼要介绍照相镜头的象差分类、形成和矫正方法。
透镜的象差可以分成两大类：单色象差及色象差。
一、单色象差
如果镜头只对单色光成象，那么共有五种性质不同的象差．它们是影响成象清晰度的球差、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象后，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，这种象差称为球差，如图1-2-10所示。
球差的大小与物点位置和成象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象差称为彗差，如图1-2-11所示。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象的影响。
摄影上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。由于轴外象差的存在，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象缺陷，此时我们称等晕成象。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，以提高成象质量。
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象缺陷的一种象差，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，与这种现象相应的象差，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。如图l-2-12所示。
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象在同一象平面内，而在一以光轴为对称的弯曲表面上，这种成象缺陷称为场曲。场曲也是与孔径无关的一种象差。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不重合，它们分别称为子午场曲Xt'和弧矢场曲Xs'，如图1-2-13所示。
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，造成象的失真，如图l-2-14所示。畸变分桶形畸变和枕形畸变两种。畸变与相对孔径无关，仅与镜头的视场有关。所以在使用广角镜头时要特别注意畸变的影响。
照相机标准镜头常用的光学结构形式
本文简单扼要介绍一般照相机标准镜头经常采用的光学结构形式。
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，因此其象差不可能完善校正，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，如图1-2-17(a)所示，其光阑位于透镜之间，这种光学结构型式是镜头象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2～3级），且价格比较低。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，见图1-2-17(b)。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象差，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见图1-2-18，它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50°～60°情况下其相对孔径可做到1/3.5～1/2.8。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。
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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。最初的设计如图1-2-19所示。加入的两个胶合面，使其有可能更好地消除象差。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象差影响不大。基本对称的结构有利于彗差、畸变、倍率色差等垂轴象差的校正，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象质量。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，如图1-2-19（a）所示。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象质量。
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，如图1-2-19（b）所示；或者同时把前面或后面的正透镜分成两个，如图1-2-19（C）所示。
程序快门
根据外界被摄景物的亮度变化和所使用的胶片感光度的不同，按照事先设计好的光圈和快门速度组合程序，使胶片获得合适曝光量，而且对一种曝光量只有一种光圈和快门速度组合，这种快门称为程序快门。
一、镜头程序快门
镜头程序快门已与一般镜头快门不同，它的快门叶片兼具光圈叶片的作用。改变快门速度时，光圈数也随之变化。例如，快门速度为1/8s时，对应的光圈数为F2.8；而快门速度为1/500s时，光圈数为F22。它们是按固定的程序组合的。装在平视取景照相机中的程序快门，由于采取光圈叶片和快门叶片合一的结构，改变了原镜头快门的光圈结构，使快门更简单化。镜头程序快门常采用平板状结构，便于与现代照相机中自动调焦、自动卷片、内藏闪光灯等功能进行联动控制。镜头程序快门已作为一个独立的通用部件进行大批量生产，成本大大降低。
镜头程序快门的工作原理和快门叶片的开启、关闭过程与一般镜头快门截然不同。镜头快门不论选用哪一档光圈数，快门开启时总是将快门叶片全部开启到极限位置。不同的光圈仅是光通量不同，快门全曝光时间t1不变。仅因快门光学有效系数略有变化，使有效曝光时间略有变化。而镜头程序快门是光圈和速度同时进行变化。如果在光孔尚未全部开足，叶片就关闭（相当于图1-4-11中ΔAB'E'、ΔAB"E"…），则改变了光圈又改变了快门速度，相当于程序曲线的AB段。因为在AB段内，叶片未开足光孔，行程缩小，所以程序快门的速度较高，通常可达1/750s。如果程序快门的光孔已开足，不能再增大，仅靠延长曝光时间来实现合适曝光，则此时它就相当于一般的镜头快门，如图1-4-11中的ABCD。它的程序曲线为水平线BC，斜率γ=1。
二、单镜头反光照相机中的程序快门
在单镜头反光照相机中应用CPU实现照相机曝光的多模式控制。在光圈优先、速度优先的基础上，又增加了程序控制方式，同时实现了光圈和速度二者同时变化，并在单镜头反光照相机中实行不同的程序变换。有通用程序型（平均型）、速度重点型（望远型）、景深重点型（广角型）等不同变换模式，相应有不同的程序曲线和程序斜率γ值，见图1-4-12。
单镜头反光照相机中的程序快门是焦平面快门型式，结构上与自动曝光控制的电子幕帘和电子钢片快门相同。镜头上的光圈部分，可根据程序特性进行自动调节控制。光圈与速度的变化同时由CPU根据设计程序进行联动控制。电子闪光灯的基本工作特性
以太阳光作为自然光源来进行摄影，通常会受到很大的限制，为此摄影科学工作者研制出了各种摄影用的人工光源。人工闪光光源，大致分为电子闪光灯和闪光灯泡两类。充氮气的电子闪光灯是应用最广的人工闪光光源。目前小型电子闪
光灯的使用已十分普遍，它不仅被做成一个易携带的单独产品，而且已被内装在小型照相机中，组成内藏闪光灯照相机。
根据闪光光源从开始点燃到发光结束整个时间内的特性，可将闪光光源分成Xe、MF、M、FP等种，它们的发光特征见图1-6-1。
目前主要应用的是Xe型电子闪光灯，如图1-6-2所示。Xe型电子闪光灯的光谱分布与自然白光相近，色温约为5700K，适合于彩色摄影，且发光效率高，这些特点是Xe型闪光灯获得广泛应用的主要原因。Xe型电子闪光灯管输出的光能量与输入电能成正比。输入的电能E是由充电主电容C和充电电压所决定，以下式表
示：
E=CU*U/2
闪光灯在闪光期间，其输出的发光强度是变化的，其典型曲线，如图1-6-3所示。
闪光灯闪光达到二分之一峰值强度时至它衰变为同一值时的间隔时间，称为闪光灯的有效闪光持续时间，通常以符号t0.5表示，如图1-6-3所示。
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）上以得到清晰的影象，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。图1-3-1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。
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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
象。
根据测距方式的不同又可分为估测法和三角测量法：
(1)估测法 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
上影象的清晰度。此方法常用在带有逆伽利略式取景器的照相机上。
三角测量法的工作原理，如1-3-2所示。当物体在无穷远(∞)时，进入反射镜3
的光线与取景系统光轴是平行的，此时光线经反射镜3、半透镜5和目镜4进入眼瞳
后，其影象与取景器所成的影象是重合的。当物体处于有限距离时，物体进入反射
镜3的光线与取景系统光轴不平行，此时光线经反射镜3、半透镜5和目镜4进入眼瞳
后，其影象与取景器所成的影象不重合，在观察时就出现两个影象。只有使反射镜
3摆动一个角度θ才能使影象重合。设此时物体对基线上A、B两点之夹角为α，这
样就可得出
l＝b/tgα，α＝2θ
当基线b一定时，即可根据反射镜3摆动角度θ，测出物体距照相机的距离l。
(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，如图1-3-3所示，因此有视差存在。
设取景器光轴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ε，ε称为视差量。
由相似三角形关系，有
ε/v=l'/l， ε=l'v/l
又由几何光学可知
1/l+1/l'=1/f'
于是可有
ε=vf'/(l-f')
式中，v与f'为结构常数，因此视差量ε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ε->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象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象法。
(1)对比法 当我们观察一个景物的轮廓时，影象轮廓边缘越清晰，则它的亮
度梯度就越大，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，如图1-3-4所示。图中(1)是微圆锥毛玻璃调焦，(2)是普通磨砂毛玻
璃调焦。图(a)是焦点和象面重合时的情况，图(b)是焦点偏离象面较小的情况，图
(c)是焦点偏离象面较大的情况。
(2)裂象法 在对焦板位置上放置裂象光楔或微棱镜，当焦点正好位于裂象光
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，通过裂象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，造成一种影象模糊的感觉。用裂象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。只要对焦屏上的裂象重合和微棱区影象是清晰的，则胶片平面上的
象必然清晰；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、
带裂象光楔的、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。
焦平面快门
焦平面快门安装在紧靠照相机胶片前的位置上，即在照相镜头的视场光阑附近。
焦平面快门有两组起遮光作用的前帘和后帘。快门上弦时，前后帘有一部分相互重
叠在胶片前通过，不会使胶片曝光。快门释放时，前后帘之间形成一定的缝隙，此
缝隙以一定的速度在胶片前面走过，使胶片逐次进行曝光。缝隙的宽窄可以调节，
以实现不同的曝光时间。
一、焦平面快门的结构形式
按运动方向分，有横走式和纵走式两种；按幕帘的材料分，有幕帘式和钢片式
两种。横走式焦平面快门，其前帘和后帘在胶片36mm方向作左右运动，快门前帘和
后帘通常采用已喷涂过橡胶的具有遮光特性的合成纤维或绢丝织物制成（只有极少
数横走式焦平面快门采用薄金属片制作前帘和后帘），通常称为幕帘快门。纵走式
焦平面快门，其前帘和后帘在胶片24mm方向作上下运动，以前大多用平板状钢片制
作，近几年又逐步改用塑料薄片制作，通常称为钢片快门。图1-4-6为钢片快门的
大致构造。
1、幕帘快门
幕帘快门通俗也称为卷筒型快门。基本型式有莱卡型的三轴式和爱克赛太型的
四轴式（德国名牌机）。图1-4-7和图1-4-8分别表示它们的大致构造。在镜头互换、
测距连动式照相机全盛时期，大部分照相机采用三轴式。相反，单镜头反光照相机
一般使用四轴式。
三轮式结构简单，前幕帘筒和后幕帘筒共轴，前幕帘筒轴还兼快门速度调节轴
的功能。由于调节轴必须进行有关快门动作的全部控制，所以旋转范围要控制在一
圈以内。因此，前幕帘筒、后幕帘筒的直径在上述旋转角情况下旋转周长必须超过
幕帘的行程。
图1-4-6 钢片快门
1、3—前帘；2、5—后帘；4—垫片
四轮式幕帘快门将前、后幕帘筒分为两个轴，通过齿轮减小旋转角并设定调速
轴。作为快门这一单独部件，三轴式零件少，利用率高。但从提高幕帘速度出发，
采用四轴式有利。这也不是绝对的，若把实际惯性矩、主动弹簧轴以及零件数、轴
承摩擦等综合考虑的话，可以说性能价值比还是三轴式好。国外美能达照相机和雅
西卡/康太克斯RTS照相机均采用这种快门。
2、钢片块门
早期纵走式快门，幕帘采用细小金属片钩组成卷帘结构。由于结构复杂、工艺
性差、成本高，已逐渐淘汰。60年代开始采用钢片型式，它用几片金属片和操作杆
组成两组平行四边形四连杆机构，并可形成一定的运动狭缝，这种快门通常就叫钢
片快门。
下面再来分析一下钢片快门的特点：
（l）钢片快门机构是一个完整的组件，可以进行专业化生产，有利于提高质
量，降低成本。
（2）钢片快门叶片由于采用高碳钢材和可靠的耐高、低温的塑料带，具有耐
久、耐热、耐寒等性能。
（3）叶片的运动速度快（走完24mm约6.5～8ms），在高速度档时缝隙宽度较
大（1/1000s时，缝隙宽度约为3～3.5mm），所以曝光时间稳定，曝光的不均匀性
小。
（4）由于叶片是上下运动的，在1/125s档时，叶片已全开画幅，所以X闪光
同步可达到1/100s或1/125s。
（5）在单镜头反光照相机上应用时，可以方便地与反光镜快速返回机构联动。
（6）可内藏自拍机（机械型钢片快门）。
（7）MFC和MFE系列快门将纯机械控制的钢片快门发展为电子控制方式后，去
除了机械慢门和自拍，由继电器控制后帘释放时间和前、后帘释放时间，实现钢
片快门的电子自拍和实现钢片快门自动曝光控制。
（8）有利于小型化。
钢片快门还有一个突出的优点是有效曝光时间可以更短，现已达到1/4000s、
1/8000s和1/12000s。并可以单独进行专业生产，这个优点是布帘快门所望尘莫及
的。
缺点是：动量和冲击较大，使得照相机拍摄时声音大、抖动量大。
二、焦平面快门的工作特性
焦平面快门通常装在紧靠照相机胶片前面，一般由两个幕帘组成。快门上弦
时，前、后帘有一部分互相重叠不漏光由一端拉向另一端，这时与前、后帘相连
接的开放和关闭动力弹簧同时被上紧，储藏能量。当快门打开时，前帘首先开始
开启运动，而后帘仍被钩住。根据所选的快门曝光时间，使前、后帘之间形成该
曝光时间所需的合适的缝隙c，缝隙c以一定速度在胶片前面通过，使胶片逐步曝
光。动作结束后，前、后帘互相叠合，准备下一次上弦再曝光。焦平面快门的曝
光情况见图1-4-9。
焦平面快门的曝光时间由前、后帘间缝隙c的宽度和帘速v所决定，改变这两
个参数就可以改变快门的曝光时间。现在都采用改变缝隙c来得到不同的曝光时
间，改变帘速将引起结构复杂，动作可靠性差，已不采用。增大缝隙c使曝光时
间延长，可提高光学有效系数，这对提高快门的工作性能是有利的。
由于幕帘运动是以弹簧作为原动力来驱动的，它的速度值按照抛物线规律而
变化。运动开始时速度较慢，以二次方规律增加。为使整个画面能得到均匀一致
的曝光量，在结构设计上使缝隙的实际宽度，在经过象面开始端时狭些，随着移
动缝隙逐渐变宽，使画面各点曝光量趋向一致。
焦平面快门是使胶片逐段曝光的。现分析画面上的任意一点的曝光情况，当
使用镜头某一档光圈值时，任一点P从曝光开始到曝光结束的时间，即为焦平面
快门的全曝光时间t1。它是由通过P点的缝隙速度和宽度，以及胶片平面到缝隙
平面的平均距离所决定的。如图1-4-9所示任意点P的全曝光时间由下式表示：
t1=(c+D')/v
因为 D':D=d:f'
所以 t1=(c+Dd/f')/v
式中：c——焦平面快门的缝隙；
d——快门运动平面与象平面的平均距离；
D/f'——物镜的相对孔径；
v ——P点位置幕帘缝隙的运动速度，也就是前、后帘运动的平均速度；
D'——物镜某光圈值时，投影光束在幕帘平面上的投影光束截面直径。
焦平面快门的曝光过程见图1-4-10。在前帘运动到光束D'的a点时，P点开
始曝光，直到后帘运动到光束D'的e点时，P点才结束曝光，所以P点上全曝光
的时间t1将以C＋D'计算。从图1-4-10中的（l）可以看出，当前帘运动到a点
时，胶片P点开始曝光，但光束不能充分利用，存在光能量的损失，直到前幕
帘到e点，而且缝隙c大于D'时，光束才能被充分利用，如图1-4-10中的（3）
所示。后帘运动过a点，开始逐渐遮挡光束，如图1-4-10中的（4），直到到达
e点时，P点曝光结束，如图1-4-10中的（6）所示。
这种通光量的损失与镜头快门一样，可以光学有效系数来表达。设有一个
理想快门，其幕帘安装在胶片平面上，即d=0，其画面上任一点的曝光时间(即
为实际快门的有效曝光时间)
te=c/v
照相机行业规定取焦平面快门画面中央一点的有效曝光时间称为焦平面快
门的曝光时间T，即T=c/v。
焦平面快门的有效曝光时间与镜头快门不同之处是与镜头的F值无关。
同镜头快门一样的是把焦平面快门的有效曝光时间与全曝光时间之比称为
焦平面快门的光学有效系数η，则
η=(te/t1)*100%=(c/(c+Dd/f))*100%=(1/(1+d/Fc))*100%
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。图1-4-1表示了五片叶片
镜间快门的开、闭过程，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数有关。
[JF:Page] 图1-4-1 镜头快门曝光时间的开、闭过程
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η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η=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te＜t1。由此可得出镜头快门的光学有效系数η为
η=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=(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，如图1-4-2所示。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。
图1-4-2 单片式快门
(2)双片式快门 由两片快门叶片开启和关闭光孔，如图1-4-3所示。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。
图1-4-3 双片式快门
(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。
图1-4-4 三片式快门 图1-4-5 五片式快门
(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，见图1-4-5。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。
曝光参数方程式和APEX系统
照相机象平面上得到的平均曝光量Hf。等于象平面上的平均照度E和快门有效
曝光时间T的乘积，即
Hf＝ET
象平面上的平均照度E可以表示为
E=qL(D/f')*(D/f')=qL/A*A
式中：q——照相机成象系统特性系数，按美国标准PH3.49-1971，q=0.65；
L——物体亮度，单位为cd/m2；
A——照相镜头的F数。
胶片的最佳曝光量Hg可用下式表示：
Hg=P/S
式中：P——胶片合适曝光系数（对于黑白胶片P=8，对于彩色反转片和彩色负片
P=10）；
S——以ISO表示的感光度。
为了使胶片曝光正确，必须使Hf=Hg，即
qLT/(A*A)=P/S
整理后得
A*A/T=LS/(P/q)=LS/K
上式即为国际上通用的照相机曝光参数方程式。
式中，K=P/q，称为照相机曝光常数。
A=F=f'/D,在APEX系统中，设A为光圈数。
但是，在实际应用中，上述曝光参数方程式的使用十分繁琐和不便，而且不
够直观。于是在美国标准和中国国家标准中，将它进行了变换，将曝光参数方程
式表示为以2为底的指数形式，即
此式以加法形式来表达曝光参数方程式，故称为加法系统，即APEX系统。AV，
TV，BV，SV各值在数量上变化1，则相当原来曝光参数A，T，S，L变化一倍。式
中，EV称为曝光值，它并不是代表被摄物体的亮度，不是亮度单位，它只表示镜
头光圈和快门有效曝光时间的某一种组合，它是曝光单位。它也不代表胶片的曝
光量，只表示为使胶片得到合适的曝光量、镜头光圈和快门有效曝光时间合适组
合时的对应控制量值。
照相机曝光参数方程式中的参数与APEX系统中参数的转换关系，以及曝光值
EV与上述各参数的关系，见图1-5-1和图1-5-2。
在图1-5-1中，纵坐标表示物体亮度L（cd/m2)、亮度值BV及其换算关系，如L
=1024cd/m2时，BV=8；横坐标表示胶片ISO感光度S、ISO速度值SV及其换算关系，
如胶片ISO感光度S=100时，SV=5；粗斜线上端标注的数字是EV值，如本例，BV=8，
SV=5，则EV=BV+SV=13，因此，BV和SV两个坐标相交于EV=13的粗斜线上。
图1-5-2中，纵坐标表示快门有效曝光时间T（s）、时间值TV及其换算关系，
如T=1/125（s）时，TV=7；横坐标表示镜头光圈数A（即F数）、光圈值 AV及其换
算关系，如A=8时，AV=6；粗斜线上端标注的也是EV值。在本例中，TV=7，AV=6，
则EV=TV+AV=13，因此，TV、AV两个坐标也相交于EV=13的粗斜线上。
正确曝光时，由BV和SV求出的EV值，应与由TV和AV求出的EV值相等。在上述
的例子中，两者的EV值相等，可以保证胶片正确曝光，但不是唯一的组合。若保
持上例中的BV、SV不变，改变快门有效曝光时间T（即改变TV值）和镜头光圈数A
（即改变AV值），但使EV=TV+AV仍为13，如使T=1/64（s），TV=6和A=11，AV=7，
则仍可得到正确曝光。
景器的功能及分类
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、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。
闪光灯的工作原理
一、普通型闪光灯的基本工作电路
普通型闪光灯是指闪光输出的能量是不可调的闪光灯，即闪光灯的标称闪光指
数GN为一恒定值。其基本工作电路见图1-6-7。
电路由四部分组成：振荡升压部分、整流充电部分、电压指示部分和脉冲触发
闪光部分。
当电源接通后，利用晶体管V1的开关特性，形成一个间歇振荡，使T1的初级获
得一个交变电压，经T1升压，使其次级获得大于300V的交变电压。交变电压经二极
管D1半波整流后变成直流电压，对主电容C2和触发电容C3充电储能。当电压充至额
定电压的70%左右时，指示电路中的氖灯（Ne）起辉，指示闪光灯处于正常闪光等
待状态。当按下按钮AN，触发电路（由R3、C3、T2和Xe组成）产生脉冲电压，在T2
的次级感应出瞬间高压（约10kV）脉冲，通过Xe闪光管的触发极使Xe闪光管内氮气
电离并导通，电容C2上储存的电能瞬间通过闪光灯管放电转化为光能，完成一次闪
光。
照相机中的内藏闪光灯的工作原理同上。当外界景物的亮度不足时，照相机的
测光系统便发出一个低照信息，此时用手动方式或由照相机自动接通闪光电路进行
充电和闪光。有的照相机还具有自动控制闪光量的系统（自动调光闪光灯），以获
得更准确的曝光。
二、自动调光式闪光灯的工作原理
自动调光式闪光灯的控制框图，见图1-6-8。
闪光灯充足电后，照相机上的闪光同步触点接通闪光电路。在闪光灯发光期间，
光从闪光灯发出照射到被摄物体上，从被摄物体反射回来进入照相机（进行曝光）
和闪光测光元件上。此测光元件很快将光能量变换成电信号输入积分电路，再由积
分电路输出一个与闪光光量值成正比的电信号；当闪光光量值达到合适曝光量的要
求时，积分电路的输出电信号便使控制电路触发闪光停止电路，从而使闪光灯熄灭。
由于闪光灯的持续闪光时间是很短的，要对它进行调光，所用的闪光测光元件
必须是具有快速响应能力的光敏元件。
自动调光闪光灯的控制方式按其电路结构不同，可分为并联式和串联式两种。
并联控制方式其原理见图1-6-9。在主闪光灯管Xe的两端并联一个泄放管V。主
闪光灯管的点燃工作电路与普通型的线路相同。当主闪光灯的发光量达到某个基准
值时，通过测光元件接收，积分电路和控制电路触发泄放管将主控制方式中尚未泄
放的能量立即泄放，使主闪光管熄灭。
并联式自动调光闪光灯的电路结构简单，价格低，应用较多。但因它每次都将
主电容未放完的剩余能量全部泄放完，所以再充电时间长，电池的消耗大。
串联控制方式是将半导体开关元件晶闸管整流器SCR与主闪光灯串联在在一起，
见图1-6-10。当主闪光灯管输出的光量达到合适曝光的要求时，晶闸管整流器SCR
自动切断放电回路，使主闪光灯管立即熄灭，实现自动调光控制。
串联控制方式的优点是主电容器中剩余的能量仍保存着，因而可以缩短再充电
的时间，电池的消耗也相应减少，有利于快速连闪和循环使用。缺点是电路比较复
杂，成本较高。
闪光指数 闪光同步
闪光指数是表示闪光灯性能的一个主要的参数，用GN表示。按照国际标准和我
国国家标准，其定义是：当照相机内的胶片得到合适的曝光量时，照相镜头的F数
与闪光灯到被摄体之间的距离L的乘积，称为闪光指数，即
GN=FL
若L以米为单位，则此时的闪光指数称为米指数。知道了闪光指数GN，在闪光
摄影时，就可以根据被摄体的距离L来确定照相镜头的F数，或根据照相镜头的F数
来确定闪光的有效距离L（被摄体的距离）。
在闪光摄影时，应保证闪光的能量得到充分的利用，这样就有一个"闪光同步"
问题。闪光同步就是使闪光峰值和快门全开在时间上相互一致。为求得同步，通常
在照相机的快门上装有闪光同步机构，控制闪光触点的闭合时刻，使闪光峰值与快
门的全开状态相配合。由于各种闪光灯泡（管）达到峰值的时间不一，闪光持续时
间也不同，因此相对快门全开状态来说，各种闪光灯泡（管）的闪光触点闭合时刻
是不同的。又由于镜头快门和焦平面快门的工作性质不同，镜头快门处于照相镜头
孔径光阑附近，快门工作时胶片画面上各点同时获得曝光，焦平面快门处于照相镜
头视场光阑附近，胶片画面上各点不是同时获得曝光，而是依次曝光。所以，闪光
触点的闭合时刻也因快门种类不同而异。
镜头快门的闪光同步，见图1-6-4所示。
X型电子闪光灯：闪光触点闭合时刻应位于图中所示的B点和C点之间，其中B点
是快门开至最大通光面积的80%时刻，C点是快门全开时间的一半所对应的时刻。
M型闪光灯：闪光触点闭合时刻应在图中所示的A点，它位于快门开至最大通光
面积80%的时刻（B点）之前16士3ms。
快门闪光同步触点最初闭合时刻到快门开启至规定位置时的时间间隔，称为闪
光同步延迟时间。
焦平面快门的闪光同步，见图1-6-5和图1-6-6。
X型电子闪光灯：闪光触点闭合时刻应位于快门全部打开至后帘开始关闭前0.5
ms之间。
FP型闪光灯：闪光触点闭合时刻至快门开始开启时刻（图中P点）为 。
FP闪光灯为焦平面快门专用闪光灯，它具有很长的闪光时间，在快门曝光时间很短
时，能和焦平面快门同步。
M型闪光灯：闪光触点闭合时刻至象面上中点有效曝光时间的一半对应时刻(图
中的Q点)为（18士3）ms。
为了保证闪光同步可靠，则：（1）快门闪光触点从最初闭合到最终脱开的时
间（称为闪光接触时间）应不小于2.5ms，如触点仅作Xe闪光同步用，可以大于1ms；
（2）闪光触点之间，快门体与闪光触点之间的绝缘电阻要大于10MΩ，闪光接触效
率，对Xe型闪光灯，接触效率应大于40%，对M和FP闪光灯，则应大于70%。
照相机常用的测光元件
在现代照相机中常用的测光元件主要有：硫化镉光敏电阻（CdS）、硅光电二
极管（SPD）和磷砷化镓光电二极管（GaAsP）。
一、硫化镉光敏电阻CdS
CdS是一种光导器件，当光照射到CdS上时，其电阻值会发生变化。光照越强，
电阻越小。CdS的光谱响应范围为350-800nm，峰值在520-620nm之间，与视见函数
极为相似。如图1-5-3所示，测光元件光谱灵敏度S（λ）与视见V（λ）比较。此
外，CdS在可见光域内灵敏度高，结构简单，成本低，因此它被广泛用于照相机中。
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光照度变化与CdS阻值变化的规律，可以用特性曲线斜率γ值来表示。如图1-
5-4所示，一般均按10LX和100LX照度条件下，CdS的对应阻值R10和R100来计算其γ
值。
γ=lg(R10/R100)
CdS的γ值在0.55～0.98之间，不同照相机其γ值要求是不一样的。
CdS的缺点是：在较宽的测光范围内，γ值不能保持一致，特别是在高、低照
度时，γ值差异较大；在低照度时响应缓慢，存在光滞效应；受环境温度的影响较
大。
二、硅光电二极管SPD
SPD在光照下可以产生电动势，其特点是光电转换效率高，响应速度快，线性
好，测光范围大，没有光滞现象，特性较稳定。SPD的最大缺点是光谱灵敏度与人
眼视见函数差异甚大，需用滤光镜进行视见灵敏度修正，因此输出特性下降，必须
与放大器一起使用，因而成本高。
SBC是一种新型的硅光电二极管，俗称为蓝硅，其峰值在620～680nm之间，是
较为理想的测光元件。
三、磷砷化镓光电二极管GaAsP
GaAsP的光谱灵敏度特性与视见灵敏度特性很相近，不需要校正滤光镜，暗电
流小，温度和湿度的影响小、可靠性高。缺点是应用成本高。
照相机的测光系统
--------------------------------------------------------------------------------
照相机的测光系统均是测定被摄体反射回来的光亮度，是反射式测光方式。
一、测光方式
按测光元件的安放位置不同，照相机的测光可分为外测光和内测光两种方式：
(l)外测光方式 在外测光方式中，测光元件与照相镜头的光路是各自独立
的。这种测光方式广泛应用于平视取景镜头快门照相机中，它具有足够的灵敏度
和准确度。单镜头反光照相机一般不使用这种测光方式。
(2)内测光方式 这种测光方式是通过照相镜头来进行测光，即所谓TTL测
光，与摄影条件一致，在更换照相镜头或摄影距离变化、加滤色镜时均能进行自
动校正。目前几乎所有的单镜头反光照相机都采用这种测光方式。
在单镜头反光照相机中，测光元件的放置主要有两种方案：一是放置在取景
光路中目镜附近，如图1-5-5中A、B、C所示，这种测光方式称为TTL一般测光；
二是放置在摄影光路中，光线从辅助反光镜或由胶片平面、焦平面快门的叶片表
面反射到测光元件上进行测光，如图1-5-5中D、E所示，这种测光方式称为TTL直
接测光。
二、测光模式
根据测光元件对摄影范围内所测量的区域范围不同，测光有下列几种模式：
(1)局部测光模式 它又有如下几种：
①点测光 测光元件仅测量画面中心很小的范围。摄影时把照相机镜头多次
对准被摄主体的各部分，逐个测出其亮度，最后由摄影者根据测得的数据决定曝
光参数。
②中央部分测光 这种模式是对画面中心处约占画面12%的范围进行测光。
③中央重点平均测光 这种模式的测光重点放在画面中央(约占画面的60%)，
同时兼顾画面边缘。它可大大减少画面曝光不佳的现象，是目前单镜头反光照相
机主要的测光模式。
(2)平均测光模式 它测量整个画面的平均光亮度，适合于画面光强差别不
大的情况。
(3)多区权衡式测光模式 它对画面分区域由独立的测光元件进行测光，由
照相机内部的微处理器进行数据处理，求得合适的曝光量，曝光正确率高。在逆
光摄影或景物反差很大时都能得到合适的曝光，而无需人工校正。
照相机的曝光控制系统
一、曝光控制系统的分类
照相机的曝光控制系统主要是保证胶片获得正确、合适的曝光量。照相机的测
光系统根据被摄景物的亮度和使用胶片的感光度进行测光和运算后，照相机的曝光
控制系统来控制照相机的曝光参数（光圈数、快门速度）。
根据曝光参数的控制方式不同，可分为手动曝光控制系统和自动曝光控制系统。
手动曝光控制系统是由摄影者根据测光显示，手动调节曝光参数，以达到合适的曝
光。手动曝光控制系统在结构上和电路上都比较简单，因而成本较低，适合于大批
量生产；缺点是要对测光显示进行主观判断和调节，必然不太方便和快捷。在自动
曝光控制系统中，曝光参数是由照相机的控制系统自行调节控制的，故失误少、精
度高、操作简便，然而电路很复杂，成本较高。
根据曝光控制系统所控制的曝光参数不同，可分为速度优先方式、光圈优先方
式、程序控制方式和多模式控制方式。速度优先方式就是预置快门速度，再根据测
光的结果，手动调节或自动调节光圈；光圈优先方式就是预置光圈数，再根据测光
的要求手动或自动调节快门速度；程序控制方式就是使光圈和快门速度二者按设计
好的程序同时变化，以获得合适的曝光量；多模式控制方式就是同时具有上述两种
以上的控制方式的控制系统。在上述的几种控制方式中，以光圈优先方式的控制精
度最高；其次为速度优先方式，误差将增大一倍；程序控制方式的控制精度最低，
其误差为前二者误差之和。
二、照相机的手动曝光控制系统
手动曝光控制系统的特点是要根据电测光的显示，用手动的方式来调节曝光参
数，以获得合适的曝光量。
手动曝光控制系统的电测光显示有以下三种（图1-5-6）：
(l)表头追针显示方式 手动调节曝光参数F或T，使追针与测光指针重合。
(2)定点重合显示方式 调节F或T，使指针定位在表示合适的曝光位置。
(3)LED显示方式 一般是在取景视场边线安置三个LED，分别表示曝光合适、过曝和欠曝。调节F和T，使表示曝光合适的LED点亮，就可保证正确曝光。高档的照相机则用多个LED来显示摄影信息。目前，大部分手动曝光控制的照相机都采用三个LED显示方式。
手动曝光控制系统有两种，现分别介绍其工作原理。
1、定点式电测光手动曝光控制系统
在控制系统中，当被摄景物的亮度变化时，测光元件所受的照度是保持不变
的，始终保持在原设计的工作点上，如图1-5-7中的A点。其方法是：将曝光参数
的调节元件放在测光元件的前端，组成一个档光调节系统，使进行测光元件上的
光能量保持不变。挡光调节系统通常由小孔板和工作曲线密度片组成，如图1-5-
8所示。
图1-5-9所示为定点式电测光手动曝光控制系统的原理图。
图1-5-9 定点式电测光手动曝光控制原理
在测光元件CdS前面安放小孔板和密度片。小孔板与快门速度和胶片感光度联
动，共有10个小孔，靠近测光元件CdS安放。密度片与光圈联动，密度连续变化，
有7级可调的范围，放在小孔板的前面。在ISO100时，测光联动范围为EV4～EV17，
对于确定的CdS，在标准光照时其阻值即为定点测光时的阻值，调节Rs，使绿灯亮。
如果光照超过标准一定范围，则“＋”或“－”灯亮，此时转动小孔板(改变快门
速度)或密度片(改变光圈值)，又可使进入CdS的光照符合标准光照，绿灯亮，实
现合适曝光。
在定点控制系统中，对测光元件的非线性和γ值偏差要求不高，但对调节挡
光的小孔板和密度片的线性要求较高。
2、移点式电测光手动曝光控制系统
在该系统中，当外界景物亮度变化时，测光元件所受的照度相应变化，其工
作点也发生相应变动，见图1-5-10所示。照相机都应具有一定的测光范围，因此
测光元件的非线性将直接影响测光精度。测光范围大，所引入的误差也就越大。
由于CdS在高、低照度时γ值偏离较大，在移点式测光系统中将引入较大的非线性
误差，所以通常采用线性良好的SPD用作为测光元件，但工作曲线其价格高，配合
电路复杂，因此仅应用在单镜头反光照相机中。
图1-5-11所示为移点式电测光手动曝光控制系统原理图。
图1-5-11 移点式电测光手动曝光控制原理图
被摄景物亮度通过SPD转变为光电流，经运算放大和对数压缩后输入IC，输入
量反映了亮度值BV。由预置电位器Rs/t输出的电压Us/t反映快门的时间值TV和胶
片的速度值SV；由预置电位器Ra输出的电压Ua反映了镜头的光圈值AV。Us/t和Ua
也输入到IC，由IC进行放大和比较，经A/D变换后驱动三个LED作相应的显示。调
节光圈（改变Ua即改变AV值）或快门速度、胶片感光度（改变Us/t即改变TV、SV）
使绿灯亮，即可获得合适的曝光。
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三、照相机的自动曝光控制系统
照相机的自动曝光控制，最早是以曝光表表头控制的速度优先光圈自动的方
式实现的。目前在自动控制中这种方式已被淘汰，而主要应用电子快门（光圈优
先快门自动）和电子程序快门来实现。
平视取景镜头快门照相机中，目前主要采用电子程序快门来实现自动曝光。
而在单镜头反光照相机中的自动曝光控制则是主要应用焦平面电子快门。
照相机镜头的镜筒与光阑
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象差校正存在
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象质
量。
通常具有三种镜筒结构设计方式，即互换法镜筒结构设计、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，以保证成象质量。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象范围，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。
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，镜头的成象情况将发生改变。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，又称单边结构形式。
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，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，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l～1/2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：τ——镜头的透过率。
目前照相镜头中采用的光圈值仍以F值表示，而在自动曝光照相机中，已应用T数系
统进行调节和显示。
照相镜头的特性和分类
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象在感
光胶片上。
一、照相镜头的光学特性
照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2ω'。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
2η'=43.266。从图l-2-8我们可以得出照相机镜头的焦距f'和视场角ω'之间存在着以下
关系：
tgω'=η'/f'
式中：2η'——画幅的对角线长度；
f'——镜头的焦距。
我们用表1-2-l来表达35mm照相机镜头焦距与视场角之间的换算关系。
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=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45°～55°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，在底片上成象大。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，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类，照相物镜其相对孔径的大小应达到：超透光力镜头，
1:2.8以上；强透光力镜头，1:3.5～1:5.8；正常透光力镜头，1:6.3～1:9；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。
带图全文下载地址:照相机的光学原理
