有關相機結構方面的知識.

只看该作者 · 发表于 2004-10-27 09:06:36

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請做相機設計的朋友們來討論相機方面的東東.
我先拋磚引玉,請大家賞臉跟上.
             謝了.

數位相機鏡頭：
鏡頭的基本原理
現代的攝影鏡頭之原理，都以凸透鏡為基礎。凸透鏡的作用就像針孔一樣，它有選擇光線的功能，並且能使影像比針孔所成的影像更清晰。更重要的是它的曝光時間比針孔成像所需的時間更短。這是因為透鏡的直徑比針孔大得多，因而在單位時間內可讓更多的光線通過。圖中說明透鏡處理通過它的光線情形。它先聚集從一個點反射的許多光束，然後再使之改變方向，投向軟片上的一個光點。被攝物上其餘的光點，也是由同樣的方式所運作。

針孔成像原理
在被攝體與感光軟片間置一隔板，在其中開一直徑約0.5mm的針孔，此針孔能選擇上圖中的諸反射光，而僅讓其中的一條光線經過，其他的則全部擋掉。使被攝物上的每一點只有唯一的一條反射光線能在軟片上形成唯一的光點。針孔愈小「模糊圈」愈小，重疊的情形愈少，影像愈清晰。
若是針孔的口徑愈大，則光點所形成的「模糊圈」之面積愈大，它們便會相互重疊，使影像變模糊。

　

鏡頭是數位相機的靈魂，相機品質的好壞其實主要決定於鏡頭的品質。簡單的傻瓜相機或所謂針孔相機的鏡頭很簡單，只有一片透鏡。但高級的鏡頭是一套相當複雜的光學透鏡組合，通常由七、八片以上的凹凸透鏡組成的，鏡片的表面還鍍有高科技的鍍膜，以防止反光及扭曲。

下圖是由Canon EOS 單眼相機系列，可以清楚看出近代照相機的內部結構，它的鏡頭是由十幾片透鏡所組成的。

數位相機LENS 種類 :
1. 固定焦距式 ( Fixed Focal lens )
2. 伸縮式（變焦） ( Zoom lens )
3. 廣角鏡頭（wide angle lens）
1.標準鏡頭：
     其攝角約在46°左右，相當於我們肉眼所看到的景象，其設計上口徑大，光圈大，用途頗廣。
2.廣角鏡頭：則是低於50mm以下，一般焦距在28mm或者35mm左右，特色是較標準鏡頭拍得廣，視角74°～64°，用來拍風景及生活紀錄照頗為恰當。可以呈現寬廣視角的一種鏡頭，大多用於遠景，或需要廣闊焦點範圍的場合。廣角鏡頭也可以用來放大狹小的空間，用來扭曲視野。
3.超廣角鏡頭：
      則比廣角鏡頭更廣的，可在近距離把所要的景物都拍進去，一般焦距約在20mm左右，特色是鏡頭所靠近的景物會誇張變大，較遠的景物則退縮變小，強調遠近之透視感。用途不太適合拍人像，因為比例不相稱，風景則可充分發揮透視功能。
4.魚眼鏡頭：
一種極端的廣角鏡頭，其鏡頭球面類似一隻魚眼。如攝角180°，焦距約在8mm、13mm、15mm左右，畫面會呈現弧型線條之水平線，人物景像會歪曲變形，強調或誇張效果和趣味性，但此類鏡頭偶爾拍大場面用之，平常不普遍使用。魚眼鏡頭常被用做特殊效果鏡頭，因為它能把最靠近攝影機的被攝體加以扭曲，而在拍攝較遠的景物時，可以大大伸展空間感。一隻伸向魚眼鏡頭的手臂，會顯得比原先長一倍。水平線也會顯出一種弧度。
5.伸縮（變焦）鏡頭　Zoom shot

指不改變攝影機及被攝對像，只改變鏡頭焦距即可獲得從全景到近景的畫面。伸縮鏡頭之所以可以放寬與縮小視角，在於它的透鏡可以變換焦距，所以不用推軌就可以將畫面的距離拉遠或拉近。但是在視覺上伸縮鏡頭與由推軌方式所獲得的畫面還是有所差別，因為推軌鏡頭是在空間中移動，週圍的景緻會改變，但是伸縮鏡頭則以定比例放大或縮小，較沒有立體感。它的主要優點是可以很快的改變視角與切分人物的反應。
近來流行變焦鏡頭亦稱可伸縮鏡頭，也就是說一個鏡頭可伸縮變化成廣角、標準及望遠等視角，涵蓋範圍依鏡頭之設計如 28mm ～ 105mm伸縮鏡頭一隻，就可拍成28mm廣角或50mm標準或 105mm左右的望遠鏡頭所呈現不同的畫面視覺效果，所以說優點是方便使用，不必鏡頭交換，就可擁有廣角及望遠效果。
變焦伸縮調整方式:
1.  電動伸縮鏡頭 (motorized zoom lens )  2. 手動伸縮鏡頭 (manual zoom lens )
  鏡頭倍 : 6倍 , 8倍 , 10倍 , 12倍等
6.望遠鏡頭（俗稱長鏡頭）：
  可分中長距鏡頭、望遠鏡頭及超望遠鏡頭三種。
  （1）中長距鏡頭、焦距較標準鏡頭長，約80mm到105mm或135mm左右，相對地比標準鏡頭拍遠而窄，前景及後果可以模糊而人像。
  （2）望遠鏡頭，焦距約在135mm～200mm，此中長距較長，可拍更遠的景物，亦可拍特寫，強調主題，模糊背景，很適合拍人像特寫。
  （3）超望遠鏡頭，通常焦距在 300mm以上到1000mm鏡頭，外型就會感到很長，口徑特大，要用腳架支撐拍更遠的景物，此類適合拍運動攝影和遠處鳥類生態攝影，其特性是景深特別淺，極顯著的空間壓縮感。
7.濾色鏡片
又稱濾色片或濾鏡。在攝影及其他影像學科中，圍繞光的波長對影調、色調進行調節的濾光器。通常是指加在攝影光學鏡頭前方或後面用的有色濾色片。主要作用包括校正黑白膠片在感色上和人眼對色光分光靈敏度的差別。調節天空影調，例如運用黃濾色鏡略加深黑白畫面上的藍天影調、突出白雲。調節反差，在黑白攝影中，加用濾色鏡改變各種顏色表現為消色（白、灰、黑）時影調的明亮程度，以達到突出某一顏色、壓暗另一顏色的影調效果。

使用濾鏡時，通常會遮掉一些光，因此要略為增加軟片的曝光。濾鏡製造廠商會在說明書上家每種濾鏡的特性和用法標出，有時甚至會告訴你，在使用時候應增加多少曝光量。

濾鏡簡單介紹
1.SKYLIGHT（天空鏡）: 又叫保護鏡，是加裝在鏡頭上保護鏡頭鏡片為主，是必備的濾鏡，編號以1B較佳。
2.PL鏡 :又叫偏光鏡是兩個略偏藍色鏡片連在一起，可以轉動調整，以消去天空的反射光及水面的反射光為主，在藍天白雲時加上去效果最好，可使畫面藍天顯的更藍，色彩鮮豔飽和。
3.SOFT鏡 : 又叫柔焦鏡，顧名思義，拍攝起來畫面較為柔和，表現朦朧之美，尤其皮膚粗糙，可用此鏡予以柔化。除了以上三種以外，目前最常流行使用的是法國製的KOKIN系列濾鏡，內有分風景專用組，人像專用組等，內附各項說明及拍攝效果，有興趣者，不妨借來參考。初學者最好不要常用各式各樣濾鏡，濫用結果會適得其反。
  濾鏡
光圈是用來調節進入鏡頭光量多少裝置；快門則用來控制光線進入鏡頭的時間。不同的光圈快門組合，會產生不同的曝光值。而「正確曝光」即是利用適當的光圈快門組合，來獲得色彩層次、明暗度和反差等元素都能令人滿意的影像。亦即通過鏡頭的亮度值與鏡頭口徑及倍率有關，其中 f /D 是一個重要的鏡頭參數，我們叫它焦距比 (focal ratio)、f 數 (f number) 、f 值 (f value) 或直接以 f/# 表示，我們在 CCD 或數位相機上可看到的光圈調整盤或液晶顯示幕的光圈指數 (f 數)，光圈指數愈大，通過 CCD 或數位相機鏡頭的光量 (光圈) 愈少，亦即光圈指數大小和光圈大小成反比，即 f/1.4 光圈較大，而 f/32 光圈較小。如果對一個照相機的鏡頭而言，f 數直接影響到照片曝光的時間長短，通常 f 數 (光圈指數) 越大，所需的曝光時間越長，或者待拍攝的景物越暗，所需調整的 f 數 (光圈指數)越小。如果一個鏡頭之焦距 10mm，而其直徑為 8mm 的話，那麼我們就可以說鏡頭的 f 數為 1.2，或是習慣性將他寫作 f /1.2
光圈的功能就如同我們人類眼睛的虹蟆，是用來控制拍攝時，單位時間的進光量，一般以ｆ／5、Ｆ5或1：5來標示。以實際而言，較小的ｆ值表示較大的光圈。
光圈的大小，是以光圈值來表示：
光圈值 = 鏡頭焦距 / 光圈口徑
完整的光圈值的系列的數值如下：
f/1, f/1.4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/16, f/22, f/32, f/44, f/64。
f/值之間的關係
你的鏡頭之光圈值系列可能是由上述列數中的某一個數值開始的，例如由f/2.8開始，一直到最細光圈的，例如f/22，在此情況下，這支鏡頭就可以稱為f/2.8鏡頭，指它的最大光圈為f/2.8，例如35mmf/2.8，135mmf/2.8，300mmf/2.8……，這就是這個鏡頭最大的光圈。明白了光圈的f/值的關係，你可看即時知道為甚麼f/8是f/16能納入的光量的四倍，因為f/8比f/16大兩級光圈，或者為甚麼f/11只能通過f/4的鏡頭八分之一的光量，因為f/11比f/4細三級。但是你的相機上光圈的f/值有可能不在這個系列上，例如f/1.7, f/1.8, f/2.5、f/3.5或f/4.5，這些是非一整級的光圈值，約是1/3級或1/2級的數值，你可以把f/1.8視為比f/2大三分之一級的光圈，而f/3.5只比f/4多通過四分之一的光。
Focal Length 的計算單位為: 毫米(mm); mm數值的大小關係著視野的角度的大小;因為所謂Focal Length就是指鏡頭內的光學中心點(Optical Center)到攝影機CCD(Charge Coupled Device)表面的距離。
光圈葉片
光圈是由一組互相重疊的金屬葉片圍繞而成，並使其中央形成一縮放自如的開口；開口大進入的光量就愈多，開口小進入的光量就愈少。
光圈的原理
投射入相機內的光量可以利用調節光圈的口徑大小來加以控制。正如流入杯中的水量可利用調節龍頭開啟的大小來控制。圖中表示水龍頭開得最大時，只需2秒鐘可注滿一杯；如果龍頭只開一半大，則在兩秒鐘內只能注入半杯水。光的情形也是一樣，在一預定的時間長度內（快門速度一致），開至任何一級光圈數的口徑所能通過的光量，是其大一級光圈數所能通過光量的一半。

數位相機鏡頭的主要功能為變焦、廣角、望遠，所以以下的分析朝變焦、望遠、廣角來分析。
相機分類
一、依底片規格區分
1.  １１０相機─間諜相機
2.  １３５─相機為最常見的相機，輕巧方便
3.  １２０─即拍大頭照的相機
4.  其他４＊５、５＊７、８＊１０（ｉｎｃｈ）、６＊６（ｉｎｃｈ）６＊４.５（ｉｎｃｈ），為商業、婚紗攝影用
5.  數位相機─以ＣＣＤ取代傳統化學銀鹽酸材料，而將數位訊號儲存於電腦中的相機，可由軟體修改影像
6.  ＡＰＳ─Ａｄｖｅｎｃｅ－Ｐｈｏｔｏ－Ｓｙｓｔｅ
二、依觀景窗看出的景物區分
1.  單眼反射式相機（ＳＬＲ，Single Lens Reflex）
配備單一鏡頭，此一鏡頭兼具取景、對焦、成像的功用，即由觀景窗看到的景物和底片上的成像是一樣的
2.  雙眼反射式相機（Twin-Lens Reflex）
此種相機多半不可更換鏡頭和片盒，只有少數例外，而由觀景窗看到的景物和成像會有誤差須作調整
三、依快門驅動方式、操作方式區分
1.  機械式相機（ex：Ｎｉｋｏｎ　ＦＭ２）：
此類相機利用齒輪及彈簧之機械力量驅動快門運作。
優點：可靠性高，受氣候影響較小，較耐用。
缺點：有機械彈性疲乏的現象，震動及噪音較大。
2.  電子式相機（ex：Canon EOS50、Nikon F70）：
利用半導體震盪計時器計時、電磁力控制快門運作。
優點：精確度高，較安靜，方便。
缺點：低溫時電池耗電速度快，不耐用。
鏡頭焦距
鏡頭焦距是鏡頭諸基本性質中，最重要的一項。因為接下來所要探討的許多性質中，幾乎都與它有關係。
先以一個簡單的凸透鏡來說明「焦距」的意義，如圖所示。從無窮遠處的被攝體上反射而來的光線，平行鏡頭中心軸前進，當遇到凸透鏡進入玻璃介質後，再離開且再次進入空氣介質，此時便產生「折射」現象，而向厚鏡片的方向彎曲，最後諸光線便聚集於中心軸上的一點，此點在光學上稱為「焦點」，焦點到鏡片中心的距離稱為「焦距」，通常以mm為其單位，在鏡頭上均有標示，例如50mm、135mm。
但是目前相機的鏡頭，並非僅止一片透鏡，而是由許多鏡片組成的複合式鏡頭，這就使每一個鏡頭焦距的計算更為複雜了。鏡頭焦距與焦點的測定，都是將被攝物定於「無限遠」（∞）時，再加以探討。所謂無限遠，是指光線從那裡以近乎平行的方式射到鏡頭的那一點。