化工研究和開發
[拼音]：zhaoxiangji
[英文]：camera
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。現代照相機比較複雜，具有鏡頭、光圈、快門、測距、取景、測光、輸片、計數、自拍等系統，是一種結合光學、精密機械、電子技術和化學等技術的複雜產品。
簡史
在公元前 400年前墨子所著《墨經》中已有針孔成像的記載（圖1）。13世紀，在歐洲出現了利用針孔成像原理製成的映像暗箱，人走進暗箱觀賞映像或描畫景物。1550年，義大利的G.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，義大利的V.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製作了一種小型的可攜帶的單鏡頭反光映像暗箱（圖2），因為當時沒有感光材料，這種暗箱只能用於繪畫，而不能攝影。
1822年，法國的J.N.涅普斯在感光材料上製出了世界上第一張照片，但成像不太清晰，而且需要8個小時的曝光。1826年，他又在塗有感光性瀝青的錫基底版上，通過暗箱拍攝了一張照片。1839年，法國的L.J.M.達蓋爾製成了第一臺實用的銀版照相機(圖3)。它是由兩個木箱組成，把一個木箱插入另一個木箱中進行調焦，用鏡頭蓋作為快門來控制長達30分鐘的曝光時間，拍攝出了非常清晰的影象。1860年，英國的J.薩頓設計出帶有可轉動的反光鏡取景器的原始型單鏡頭反光照相機。1862年，法國的德特里把兩隻照相機疊在一起，一隻取景，一隻照相，構成雙鏡頭照相機的原始形式。1880年，英國的J.貝克製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）做基片的膠捲。
隨著放大技術和微粒膠捲的出現，鏡頭的質量也相應地提高了。1902年，德國的P.魯道夫利用賽得爾於1855年建立的三級像差理論和1881年E.阿貝研究成功的高折射率低色散光學玻璃製成了著名的"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O.巴納克設計製作了使用底片上打有小孔的35毫米膠捲的小型萊卡照相機。但這一時期的35毫米小型照相機均採用不帶測距器的透視式取景器。1930年製成彩色膠捲。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，並首先採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型屋脊五稜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，聯邦德國首先製成自動控制曝光量的電眼(EE)照相機。1960年以後，照相機開始採用電子技術，出現了多種自動曝光形式和電子程式快門。1975年以後，照相機的操作開始實現自動化。
分類
照相機品種繁多，按用途可分為風光攝影照相機、印刷製版照相機、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（畫面為13×17毫米），126照相機（畫面為28×28毫米）、 135照相機（畫面為24×18，24×36毫米）、127照相機（畫面為45×45毫米）、120照相機（包括220照相機，畫面為60×45，60×60，60×90毫米）、圓盤照相機（畫面為 8.2×10.6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。
任何一種分類方法都不能包括所有的照相機，對某一照相機又可分為若干類別，例如 135照相機按其取景、快門、測光、輸片、曝光、閃光燈、調焦、自拍機等方式的不同構成一個複雜的型譜(圖4)。
原理
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，把某一瞬間的被攝景物的光資訊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。
針孔成像
景物上的一點所射出的光線經直線傳播到像平面上，形成直徑較大的彌散圓斑（圖5）。這種成像方法，進入針孔光束的光子量少而能量分散，故成像暗淡，模糊不清，不能用於照像。
物鏡成像
景物上的一點所射出的光線直線傳播，經凸透鏡折射，匯聚成較小直徑的彌散圓斑（圖6）。物鏡成像時，經透鏡傳遞的光束的光量子多而且能量集中，故成像明亮又清晰。
曝光量
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一限定範圍，光子量過少形不成潛影核，光子量過多形成過曝，影象不能分辨。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。
結構和功能
從完成攝影的功能來說，照相機大致要具備三大結構系統（不包括感光材料）。
（1）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。
（2）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。
（3）輔助系統：包括卷片機構、計數機構、倒片機構等。
鏡頭
用以成像的光學系統，由一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徵資料。
（1）焦距:無限遠物體的成像面到鏡頭後主面的距離，以f或f′表示(圖7)。如果物體的距離一定，焦距越長，成像越大，焦距越小，成像越小。如果照相機成像面的尺寸一定，焦距越短視場角越大（圖8）。變焦距鏡頭的焦距可在一定範圍內連續改變，因而能連續改變像的大小或連續改變視場範圍。
（2）相對口徑：鏡頭的入射光瞳直徑D與焦距f之比，以D/f表示（圖9）。常將這一比值的分子D化為1，變成1/A的形式。A稱為光圈數。光圈數越小，相對口徑越大，通光能力也越大，並可縮短曝光時間。在鏡頭內部安有一個直徑可變的光圈，改變光圈直徑可得到不同的相對口徑，取其最大值為相對口徑的標稱值。在鏡頭上只標出光圈數A而不直接標出相對口徑。
取景器和測距器
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一起。通過連動機構可將測距和鏡頭調焦聯絡起來，在測距的同時完成調焦。常見的有光學透視取景器和單鏡頭反光式取景器。
（1）光學透視取景器:由目鏡、物鏡、取景框、反光鏡、前置鏡、半透鏡構成取景部分；由目鏡、半透鏡、測距物鏡、測距反光鏡構成測距部分(圖10a)。鏡頭通過迴轉杆、連動杆與測距器聯絡起來。未完成測距時，測距器中的影像是分開的（圖10b），完成測距時影像重合（圖10c）。
（2）單鏡頭反光式取景器:景物的影像經過鏡頭由反光鏡，投到調焦屏上（圖11a）。人眼通過目鏡和屋脊五角稜鏡觀察取景。取景時，在調焦屏的中央有一對光楔，其楔形角相反、兩個斜面交匯處是調焦屏平面。測距時，當影像恰好落在調焦屏上時，兩光楔對影像不產生影響，在取景器內看到的影像是重合的（圖11b）。當影像落在調焦屏的前方或後方時，影像便分裂開來（圖11c、d）。這時需要進行調焦測距，直到在測距器內看到重合的影像為止。單鏡頭反光式取景測距器能使觀察到的影像上下左右一致，又因與攝影鏡頭為同一光路而不存在取景視差。
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
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。
（1）鏡頭快門:由一組很薄的金屬葉片(圖12a)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。鏡頭快門裝在鏡頭中間或鏡頭後方附近。鏡頭快門的光孔中心與鏡頭光軸重合。鏡頭快門光孔由閉合狀態開始逐漸開啟，達到全部開啟後再逐漸閉合(圖12b)。快門開啟的全過程所需要的時間稱為全曝光時間，一般可達1/500～1/750秒。鏡頭快門的作用是使像面上各點同時曝光。
（2）焦平面快門:由兩組部分重疊的簾幕（前簾和後簾）構成（圖13），裝在焦平面前方附近。兩簾幕按先後次序啟動，以便形成一個縫隙。縫隙在膠片前方掃過，以實現曝光。縫隙寬度除以簾幕運動速度即為曝光時間。縫隙寬度可以改度，因而可以改變曝光時間。最短曝光時間可達1/1000～1/4000秒。焦平面快門的特點是像面各點不能同時曝光，縫隙的掃描運動對活動景物的拍攝會產生一些影響。有一種新型的多葉片金屬焦平面快門能提高快門速度，曝光時間可達1/2000～1/4000秒。
光圈
又叫光闌，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，並與快門一起控制曝光量。常見的光圈有連續可變式和非連續可變式兩種。
（1）連續可變光圈:由一組薄金屬葉片組成一個光孔(圖14)。每個葉片同時繞各自的四轉軸旋轉。葉片的內輪廓線形成一個近似圓孔的光孔。改變葉片的旋轉角度，即可連續改變光孔的直徑。
（2）非連續可變光圈:在一金屬薄板上有一系列直徑不同的光孔(圖15)，裝在鏡頭中間或鏡頭後方。根據攝影的需要，將任意大小的光孔轉到鏡頭的光軸位置。
測光系統
測光系統的作用是保證照相機的正確曝光。鏡頭光圈數A、曝光時間T（單位為秒）、景物平均亮度B(單位為坎德拉／米2)和膠片感光度S（以ASA值表示）4個主要引數應滿足曝光方程式
式中K為測光系統校正常數。隨著這4個引數的引入方式不同，可實現3種不同方式的自動曝光。
（1）光圈優先自動曝光:引入A、B、S後確定T值。
（2）速度優先自動曝光:引入T、B、S後確定A值。
（3）程式控制自動曝光：引入B、S後確定A和T值。
照相機的測光方式有外測光和內測光兩種。
（1）外測光：測光元件在鏡頭光路之外的測光方式。光學透視取景照相機多采用外測光（圖16）。測光元件硫化鎘(CdS)裝在測光視窗內，它的電阻值隨受光強弱而改變，因而能測出景物亮度(B)。膠片感光度(S)和快門速度(T)由攝影者選定，隨後撥動光圈環，綠燈亮完成測光過程，可實現正確曝光。也可選好光圈數(A)，撥動快門速度(T)來完成測光。不能滿足曝光方程式時，(＋)號紅燈亮，表示曝光速度，若（-）號紅燈亮，表示曝光不足。
（2）內測光：通過攝影鏡頭進行測光（圖17）。測光元件裝在攝影鏡頭後方。單鏡頭反光照相機多采用內測光。測光元件可裝在屋脊五角稜鏡附近、反光鏡附近、快門幕簾附近或機身底部。根據測光範圍、內測光又分為全面平均測光、部分測光和中央重點測光 3種類型。測光元件有硫化鎘光敏電阻(CdS)、藍矽光電池(SPD)、磷砷化鎵光電池(GPD)等。
閃光系統
常用的是電子閃光系統。它由電源、升壓和觸發電路、燈管、控制開關等組成，多裝在照相機內部，稱內裝閃光系統。閃光指數GN多為10～14，即閃光攝影的景物距離乘以所用光圈數的乘積不大於標稱GN值，便可達到滿意的閃光效果。圖18為閃光系統電路。電源開關閉合後，低壓直流電通過振盪變壓器變成高壓交流電，再經整流器向主電容器C4充電。當主電容器的電壓上升到某一額定值時，指示氖燈點燃。經過約30秒鐘即可按快門釋放鈕，同步開關SS閉合，主電容器經觸發線圈向閃光管放電，閃光管閃光。
自拍機構
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。機械式自拍機構是一種齒輪傳動的延時機構（圖19），一般可延時8～12秒。扇形齒輪的缺口控制著快門的釋放。在彈簧的作用下，扇形齒輪作旋轉運動，經齒輪系的加速傳動使擒縱輪和卡子（擒縱叉）做無固有周期的擒縱運動，從而實現延時。電子式自拍機構利用一個電子延時線路控制快門釋放。
參考書目
畑鐵彥：《カメラ技術ハンドづック》，寫版社，東京，1979。
Michall J.Langford， Adranced of Photograph，4rd ed.，Focal Pr.，Landon.1980.