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照相機的發展過程?

相機技術發展歷程

第壹發展階段(1839~1954)

照相機技術從雛型走向光機成熟與完善的階段;照相機各種主要部件處於發明並開始裝入照相機內的階段;各種類型照相機處於定型階段。相機類型主要包括:

1.35mm鏡頭快門平視取景照相機;

2.35mm焦平面快門平視取景照相機;

3.35mm單反相機;

4.120單反相機;

5.120雙反相機;

6.135及120折疊式相機;

7.中幅與大幅面尺寸專業相機,

在這些相機中,35mm單反相機的結構最為復雜,技術要求亦高。由於在單反相機設計中1950年使用了屋脊棱鏡使取景從俯視走向水平、1954年采用了反光鏡快速瞬時復位機構以及采用了自動收縮光圈的方法,使得35mm單反相機在操作上與平視取景相機壹樣方便;並且由於單反相機能直接觀察到通過攝影鏡頭的像從而沒有視差,以及能夠更換鏡頭和近攝,因此單反相機迅速得到發展和普及。

第二發展階段(1955~1974)

主要代表技術是依賴於電測光的手動與電動曝光控制。光部分從單純的光學成像技術擴大到光度、色度、測光元件與光電轉換技術,機械部分在簡化結構、減少零部件基礎上,增加了光電轉換相結合的控制部分,電部分從簡單的微安表控制電路發展到晶體管分立元件、厚膜電路、集成電路(IC)、模擬或數字控制電路。在這壹階段,開發的技術主要有:

1.通過微安表頭實現電測光手動曝光控制;

2.通過微安表頭及預選快門速度實現速度優先自動曝光控制;

3.實現光圈優先電子快門自動曝光控制;

4.依據電測光利用微安表頭通過程序快門實現自動曝光控制;

5.實現電子程序快門自動曝光控制;

a.快門速度與光圈值按程序同時變化,用光敏元件、控制電路及繼電器取代微安表頭,以電子快門方式進行自動曝光控制;

b.在鏡頭結構設計上采用鏡後快門形式;

c.控制電路由分立元件、厚膜電路及通用IC發展到專用IC,實行了多功能控制;

6.鋼片焦平面快門成功地應用到單反相機中;

7.單反相機實現了TTL內測光手動和自動曝光控制;

a.TTL內測光、微安表頭顯示,以追針、定點、平衡式指示方式,實現手動曝光控制;

b.TTL內測光、應用IC,用LED顯示,實現手動曝光控制;

c.TTL內測光,光圈優先通過焦平面電子快門實現自動曝光控制。

第三發展階段(1975~1985)

在自動曝光控制基礎上進壹步擴大自動化功能並應用微處理技術實現多模式控制。

35mm鏡頭快門相機:

1.出現帶電子自拍的電子程序快門;

2.閃光燈內裝在相機內,與相機形成有機統壹體,實行同步控制(第壹次革命浪潮);

3.實現自動閃光控制(自動點燃、自動充電);

4.實現自動調焦(第二次革命浪潮);

5.實現自動卷片、自動倒片(第三次革命浪潮);

6.出現雙焦與變焦系統(第四次革命浪潮);

7.出現超小型及護鏡式相機;

8.出現日期打印及數字記錄裝置;

9.出現膠片DX編碼系統。

35mm單反相機:

1.開始大量應用集成註入邏輯門電路技術,並采用80年代發展起來的表面安裝技術將片狀元件和ASIC芯片安裝在柔性線路板上;

2.開始應用CPU處理與控制技術,實現了CPU多模式控制;

a.實現了手動曝光控制、光圈優先、速度優先、收縮光圈測光控制、閃光自動調節;

b.在1978、1982、1983及1985年實現了各種類型和方式的程序曝光控制模式。

3.實現了自動調焦控制;

4.測光方式向多樣化發展,從平均測光、中央重點測光、OTF偏離膠片平面測光發展到像平面直接測光、點測光、多區域測光、TTL閃光測光和日光閃光同步測光;

5.實現雙優先自動曝光控制;

6.機身內裝電動卷片與倒片機構;

7.高速鋼片快門出現,其速度已提高到1/4000s;

8.通過LED、LCD以程序曲線方式進行多模式顯示;

9.出現了高倍率變焦鏡頭;

10.出現了大口徑鏡頭

第四發展階段(1985~1995)

隨著開發相機所需的各種單元技術的完備和完善,講入八十年代中後期以後,相機研發己進入功能選擇與整合階段,新品開發的方法已發生變化,主要形式是以精密硬件和軟件為核心將各種單元技術融會貫通以形成壹個有機的整體。在這壹階段,新開發的功能主要有:

35mm鏡頭快門相機:

1.在調焦、閃光、曝光及攝影模式方面不斷出現新技術

2.防手振或手振補償技術(1993 NiKon發表的Zoom 700 VR QD)

3.整個膠卷可全拍標準畫幅、可全拍全景畫幅、可兼有兩種畫幅

4.液晶顯示屏用新夜光(采用蓄光性熒光體)照明

5.防後蓋誤開安全鎖定機構

6.膠卷裝入日期顯示

7.紅外線遙控技術

8.低角度取景器

9.防水技術

10.相機機身自帶三腳架

35mm單反相機:

1.探索在各種條件下能正確對焦的測距技術;

2.各種多元或列陣式傳感器及其信息處理技術;

3.用於調焦或變焦前各種鏡頭驅動技術(如DDC微型前進馬達、無鐵芯馬達、AFD、USM);

4.探索在各種條件下能正確測出曝光量的技術;

5.閃光燈功能多且強大;

6.各種攝影模式或專用攝影模式的開發;

7.基於軟件的新功能大量出現且軟件已廣泛用於調焦、測光、閃光、曝光及攝影模式中;

8.在不改變相機硬件結構的條件下,由使用者自選功能,或通過更換或增添相機內軟硬件,由使用者根據各自需要來選擇、設置、調節、變換以及擴展各種新功能,從而實現相機的組件化及個性化設計;

9.新型功能擴展與信息交換技術(如Minolta的藝術擴展卡系統,Canon的條形碼程序輸入,Nikon的通過IC卡使相機與電子筆記本進行信息交換以及Kyocera的ABF系統);

10.數字回路、模糊邏輯及神經網絡控制技術;

11.神經元學習法及模糊理論(Nikon F70D);

12.浮動鏡片及復消色差鏡頭設計制造技術;

13.特種專業工程塑料的研制與應用(如采用玻璃鍋纖維增強聚碳酸脂作為機身);

14.消音及防振動技術

消音及振動吸收村料(Nikon F70D)

無轉子馬達(Nikon F100)

通過獨腳或三腳架支撐整個相機

設計出減少手振及快門機構運動振動裝置

防振變換鏡頭 (1987年,Canon EOS)

影像穩定控制器(Canon)

鏡頭穩像IS技術(Canon EOS3)

變角棱鏡(1992,Canon)

平衡器系統(Nikon F5)

快門與反光鏡減振系統

振動吸收結構(Nikon F100)

機械浮動式設計(Nikon F100)

由齒輸傳動改為帶驅動(Minolta α-si)

鏡頭與機身的分離式設計

15.全幅和全景畫幅中途切換技術;

16.出現了新型單反相機取景器(Olympus IS1000,混合相機)

第五發展階段(1996~)

1.自動感應測光(Minolta Dimage V)

2.自動搜畫對焦(Minolta DimageV)

3.Minolta Dimage V,首創旋轉、分體式鏡頭設計

可減少鏡頭振動的影響

利於自拍或偷拍

便於多方位閃光補光拍攝

4.采用滑罩結構,可達到小型化和良好操作性的雙重效果(Fuji Epion 100 MRC TIARA ix)

5.Minolta RD-175,首創分光棱鏡分色感光系統

6.可裝卸式的防紅外線低卡鉗濾光鏡(Canon EOS D2000)

7.由相機自動選擇或攝影者自選日光、鎢絲燈光、螢光燈、閃光燈光源的自動白平衡功能(Canon EOS D2000)

8.單點自動對焦:使用單點對焦演算法,由鏡頭中心被拍主題測出焦點位置(Kodak DC260 Zoom)

9.多點自動對焦:使用多點對焦演算法,由鏡頭上的3個位置來測出焦點位置(Kodak DC260 Zoom)

10.數碼變焦(Kodak DC260 Zoom)

11.利用自動旋轉感應器測出相機傾斜角度,對像片講行旋轉處理(Kodak DC260 Zoom)

12.以相同焦距不同角度平行連續拍攝,可從多至9幅畫面拼合成壹幅全景照片(Casio QV-7000SX)

13.黑白模式、棕調模式、電影模式(Casio QV-7000SX)

14.水印功能(Kodak DC260 Zoom)

15.紅外線快速資料傳遞(Casio QV-7000SX)

16.廣泛深入地運用人體工程學原理指導相機外形結構及各個操作機構的設計:

a.利用工程塑料、復合構件、精密電子電路以及CAD技術使相機結構及內部設置更趨合理,體積更小、重量更輕

b.精心設計捏手:凹凸肌理處理、防滑軟膠

c.缺角設計

d.快門速度調節盤、快門釋放鈕的設計和布局

e.雙快門釋放鈕的引入

f.將容易混淆的旋鈕、按鈕或按鍵的表面處理為不同形狀或不同肌理,使攝影者不但能有效地防止誤動作,而且只要憑手指的觸覺就能完成各項功能的操作

g.拔盤、旋鈕、按鍵,基本操作鍵設置在相機右側頂面和持握捏手頂面上,用於創造性攝影和輸入基本數據的操作鍵則設置在左側頂面

h.取景器的設計充分考慮人類視力的因素:屈光度調節器、高眼點取景器、透鏡式目鏡遮光護鏡

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照相機

照相機是用於攝影的光學器械。被攝景物反射出的光線通過照相鏡頭(攝景物鏡)和控制曝光量的快門聚焦後,被攝景物在暗箱內的感光材料上形成潛像,經沖洗處理(即顯影、定影)構成永久性的影像,這種技術稱為攝影術。

最早的照相機結構十分簡單,僅包括暗箱、鏡頭和感光材料。現代照相機比較復雜,具有鏡頭、光圈、快門、測距、取景、測光、輸片、計數、自拍等系統,是壹種結合光學、精密機械、電子技術和化學等技術的復雜產品。

在公元前400年前 ,墨子所著《墨經》中已有針孔成像的記載;13世紀,在歐洲出現了利用針孔成像原理制成的映像暗箱,人走進暗箱觀賞映像或描畫景物;1550年,意大利的卡爾達諾將雙凸透鏡置於原來的針孔位置上,映像的效果比暗箱更為明亮清晰 ;1558年,意大利的巴爾巴羅又在卡爾達諾的裝置上加上光圈,使成像清晰度大為提高;1665年,德國僧侶約翰章設計制作了壹種小型的可攜帶的單鏡頭反光映像暗箱,因為當時沒有感光材料,這種暗箱只能用於繪畫 。

1822年,法國的涅普斯在感光材料上制出了世界上第壹張照片,但成像不太清晰,而且需要 八個小時的曝光。1826年,他又在塗有感光性瀝青的錫基底版上,通過暗箱拍攝了壹張照片。

1839年,法國的達蓋爾制成了第壹臺實用的銀版照相機 ,它是由兩個木箱組成,把壹個木箱插入另壹個木箱中進行調焦,用鏡頭蓋作為快門,來控制長達三十分鐘的曝光時間,能拍攝出清晰的圖像。

1860年,英國的薩頓設計出帶有可轉動的反光鏡取景器的原始的單鏡頭反光照相機;1862年,法國的德特裏把兩只照相機疊在壹起,壹只取景,壹只照相,構成了雙鏡頭照相機的原始形式;1880年,英國的貝克制成了雙鏡頭的反光照相機。

隨著感光材料的發展,1871年,出現了用溴化銀感光材料塗制的幹版,1884年,又出現了用硝酸纖維(賽璐珞)做基片的膠卷。

隨著放大技術和微粒膠卷的出現,鏡頭的質量也相應地提高了。1902年,德國的魯道夫利用賽得爾於1855年建立的三級像差理論,和1881年阿貝研究成功的高折射率低色散光學玻璃 ,制成了著名的“天塞”鏡頭,由於各種像差的降低,使得成像質量大為提高。在此基礎上,1913年德國的巴納克設計制作了使用底片上打有小孔的 、35毫米膠卷的小型萊卡照相機。

不過這壹時期的35毫米照相機均采用不帶測距器的透視式取景器。1930年制成彩色膠卷;1931年,德國的康泰克斯照相機已裝有運用三角測距原理的雙像重合測距器,提高了調焦準確度,並首先采用了鋁合金壓鑄的機身和金屬幕簾快門。

1935年,德國出現了埃克薩克圖單鏡頭反光照相機,使調焦和更換鏡頭更加方便。為了使照相機曝光準確,1938年柯達照相機開始裝用硒光電池曝光表。1947年,德國開始生產康泰克斯S型屋脊五棱鏡單鏡頭反光照相機,使取景器的像左右不再顛倒,並將俯視改為平視調焦和取景,使攝影更為方便。

1956年,聯邦德國首先制成自動控制曝光量的電眼照相機 ;1960年以後,照相機開始采用了電子技術,出現了多種自動曝光形式和電子程序快門;1975年以後,照相機的操作開始實現自動化。

照相機品種繁多,按用途可分為風光攝影照相機、印刷制版照相機、文獻縮微照相機、顯微照相機、水下照相機、航空照相機、高速照相機等;按照相膠片尺寸,可分為110照相機(畫面13×17毫米)、126照相機(畫面28×28毫米)、135照相機(畫面24×18,24×36毫米)、127照相機(畫面45x45毫米)、120照相機(包括220照相機,畫面60×45,60×60,60×90毫米)、圓盤照相機(畫面8.2x10.6毫米);按取景方式分為透視取景照相機、雙鏡頭反光照相機、單鏡頭反光照相機。

任何壹種分類方法都不能包括所有的照相機,對某壹照相機又可分為若幹類別,例如135照相機按其取景、快門、測光、輸片、曝光、閃光燈、調焦、自拍等方式的不同 ,就構成壹個復雜的型譜。

照相機利用光的直線傳播性質和光的折射與反射規律,以光子為載體,把某壹瞬間的被攝景物的光信息量,以能量方式經照相鏡頭傳遞給感光材料,最終成為可視的影像。

照相機的光學成像系統是按照幾何光學原理設計的,並通過鏡頭,把景物影像通過光線的直線傳播、折射或反射準確地聚焦在像平面上。

攝影時,必須控制合適的曝光量,也就是控制到達感光材料上的合適的光子量。因為銀鹽感光材料接收光子量的多少有壹限定範圍,光子量過少形不成潛影核,光子量過多形成過曝,圖像 又不能分辨。照相機是用光圈改變鏡頭通光口徑大小,來控制單位時間到達感光材料的光子量,同時用改變快門的開閉時間來制曝光時間的長短。

從完成攝影的功能來說,照相機大致要具備成像、曝光和輔助三大結構系統。成像系統包括成像鏡頭、測距調焦、取景系統、附加透鏡、濾光鏡、效果鏡等;曝光系統包括快門機構、光圈機構 、測光系統、閃光系統、自拍機構等;輔助系統包括卷片機構、計數機構、倒片機構等。

鏡頭是用以成像的光學系統,由壹系列光學鏡片和鏡筒所組成,每個鏡頭都有焦距和相對口徑兩個特征數據;取景器是用來選取景物和構圖的裝置,通過取景器看到的景物,凡能落在畫面框內的部分,均能拍攝在膠片上 ;測距器可以測量出景物的距離,它常與取景器組合在壹起,通過連動機構可將測距和鏡頭調焦聯系起來,在測距的同時完成調焦。

光學透視或單鏡頭反光式取景測距器都須手動操作,並用肉眼判斷。此外還有光電測距、聲納測距、紅外線測距等方法,可免除手動操作,又能避免肉眼判斷帶來的誤差,以實現自動測距。

快門是控制曝光量的主要部件,最常見的快門有鏡頭快門和焦平面快門兩類。鏡頭快門是由壹組很薄的金屬葉片組成,在主彈簧的作用下,連桿和撥圈的動作使葉片迅速地開啟和關閉 ;焦平面快門是由兩組部分重疊的簾幕(前簾和後簾)構成,裝在焦平面前方附近。兩簾幕按先後次序啟動,以便形成壹個縫隙。縫隙在膠片前方掃過,以實現曝光。

光圈又叫光闌,是限制光束通過的機構,裝在鏡頭中間或後方。光圈能改變能光口徑,並與快門壹起控制曝量。常見的光圈有連續可變式和非連續可變式兩種。

自拍機構是在攝影過程中起延時作用,以供攝影者自拍的裝置。使用自拍機構時,首先釋放延時器,經延時後再自動釋放快門。自拍機構有機械式和電子式兩種,機械式自拍機構是壹種齒輪傳動的延時機構,壹般可延時8~12秒 ;電子式自拍機構利用壹個電子延時線路控制快門釋放。

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