、鏡頭
鏡頭使景物成倒象聚焦在膠片上。為使不同位置的被攝物體成象清晰，除鏡頭本身需要校正好象差外，還應(yīng)使物距、象距保持共軛關(guān)系。為此，鏡頭應(yīng)該能前后移動進(jìn)行調(diào)焦，因此較好的照相機(jī)一般都應(yīng)該具有調(diào)焦機(jī)構(gòu)。
數(shù)碼相機(jī)的鏡頭由多片鏡片組成，材質(zhì)則分為玻璃與塑料兩類。如果數(shù)碼相機(jī)鏡頭以玻璃為材料，很多用戶及商家都說玻璃鏡頭透光率佳、投射圖像更清晰。不過目前許多測試報告都顯示，玻璃的透鏡并不一定比塑料材料能帶來更清晰的圖像，同時玻璃鏡頭也可能增加相機(jī)重量。
我們來了解一下鏡頭和感光器件的擺設(shè)位置。如下圖所示，從右至左該鏡頭組件依次由透鏡、電子快門、透鏡組1、透鏡組2以及CCD組成。拍攝的影像就是沿著這條光路投射在CCD上成像的。組件中的焦距調(diào)節(jié)系統(tǒng)和快門系統(tǒng)是由透鏡組1和電子快門構(gòu)成的，二者是連接在一起。 在電機(jī)的帶動下，透鏡組1和電子快門可以前后移動，進(jìn)行焦距調(diào)節(jié)，從而獲得最清晰的圖像，由電子快門控制曝光。多組透鏡是完成光學(xué)成像的，而最后的CCD可以把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
索尼F828采用的卡爾蔡斯鏡頭
奧林巴斯E-300的成像光路圖
如果你在相機(jī)的英文規(guī)格書上看過“f =”，那么后面接的數(shù)字通常就是它的焦長，即焦距長度。如“f=8-24mm，38-115mm（相當(dāng)于35mm傳統(tǒng)相機(jī)）”，就是指這臺相機(jī)的焦距長度為8-24mm，同時對角線的視角換算后相當(dāng)于傳統(tǒng)35mm相機(jī)的38-115mm焦長。一般而言，35mm相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦長約是28-70mm，因此如果焦長高于70mm就代表支持望遠(yuǎn)效果，若是低于28mm就表示有廣角拍攝能力。
照相機(jī)鏡頭的焦距是鏡頭的一個非常重要的指標(biāo)。鏡頭焦距的長短決定了被攝物在成像介質(zhì)（膠片或CCD等）上成像的大小，也就是相當(dāng)于物和象的比例尺。當(dāng)對同一距離遠(yuǎn)的同一個被攝目標(biāo)拍攝時，鏡頭焦距長的所成的象大，鏡頭焦距短的所成的象小。根據(jù)用途的不同，照相機(jī)鏡頭的焦距相差非常大，有短到幾毫米，十幾毫米的，也有長達(dá)幾米的。較常見的有8mm，15mm，24mm，28mm，35mm，50mm，85mm，105mm，135mm，200mm，400mm，600mm，1200mm等，還有長達(dá)2500mm超長焦望遠(yuǎn)鏡頭。
佳能 EF 17-40mm F4L USM鏡頭
尼康標(biāo)準(zhǔn)鏡頭
各種類型的鏡頭
關(guān)于數(shù)碼變焦及光學(xué)變焦
要解釋光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦，就要先了解一下“鏡頭焦距”的概念。“鏡頭焦距”是相機(jī)鏡頭最重要的特性之一，為了讓傳統(tǒng)攝影者很容易地了解消費(fèi)級數(shù)位相機(jī)的鏡頭焦距之意義，我們常常將其轉(zhuǎn)換成 135 相機(jī)的等值焦距。“鏡頭焦距”指的是平行的光線穿過鏡片后，所匯集的焦點至鏡片間之距離。
基本上，若是被攝體的位置不變，鏡頭的焦距與物體的放大率會呈現(xiàn)正比的關(guān)系。即：
放大率＝影像尺寸 / 被攝體尺寸
光學(xué)變焦
所以，像是 Nikon CoolPix 990 數(shù)碼相機(jī)的鏡頭焦距為 38 mm - 115mm ( 相當(dāng)于 135 相機(jī) )，我們便說它是 3X 的光學(xué)變焦，意謂原始的鏡頭焦距為 38 mm，經(jīng)過鏡頭系統(tǒng)的伸縮改變，最大可以將鏡頭焦距調(diào)整到 115mm。在相同的拍攝距離下，可以將被攝體放大三倍。
數(shù)碼變焦
今日的數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)演進(jìn)成小型的計算機(jī)一般，內(nèi)部含有操作系統(tǒng)，可以執(zhí)行既定的程序。透過韌體上程序的演算及光學(xué)系統(tǒng)的配合，我們可以將被攝體再做局部放大，以插補(bǔ)的方式仿真出光學(xué)變焦的效果。 “數(shù)碼變焦”必然會損耗掉影像的品質(zhì)，在一般的拍攝狀況下，我們都不建議使用“數(shù)碼變焦”的功能。但我們也知道“較差的相片”勝過“沒有相片”，在某些特殊狀況下，我們還是會動用“數(shù)碼變焦”的功能。
二、取景器
無論是何種相機(jī)，在拍攝照片的時候都需要通過取景器來進(jìn)行構(gòu)圖，因此，取景器自然成為了數(shù)碼相機(jī)必不可少的部件之一。取景器的主要作用就是構(gòu)圖，也就是確定畫面的范圍和布局。另外有有些取景器還能顯示拍攝的參數(shù)以及預(yù)測景深等等，良好的取景器能讓我們對于照片的最終效果有一個更直觀的認(rèn)識，方便我們拍出更完美的照片。
取景器可以分為光學(xué)取景器和電子取景器。我們先來看光學(xué)取景器，光學(xué)取景器，顧名思義就是通過光學(xué)的組件來完成取景的工作。取景器的結(jié)構(gòu)型式很多，分類方法也各不相同。按照取景光軸與攝影光軸是否重合，可分為同軸式取景器和旁軸式取景器；按照所成象的虛實，可分為實象式取景器和虛象式取景器；按照實際結(jié)構(gòu)，可分為框式取景器、牛頓式取景器、逆伽利略取景器、開普勒取景器、阿爾巴達(dá)取景器等。根據(jù)工作原理的不同，又分為旁軸式和單鏡頭反光同軸式兩種。
在消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)中，旁軸式取景器最為常見，這種取景方式說白了很簡單，就是在鏡頭上方開一個孔，前后裝上玻璃，讓拍攝者能通過這個孔看到要拍攝的人或物而已。雖然現(xiàn)在的旁軸式取景器并沒有那么簡單，還有變焦玻璃，對焦輔助線等功能，但是總體上結(jié)構(gòu)是非常簡單的。正是由于結(jié)構(gòu)簡單，所以成本也比較低，因此被大量的用于中低端的數(shù)碼相機(jī)上。但是旁軸式取景器也有它的不足之處，因為不是通過鏡頭直接取景，所以拍攝者從取景器中看到的圖像和最終照片上的圖像會有一定程度的偏差，在拍攝近處物體時尤為明顯，這不利于拍攝者對照片的構(gòu)圖和取景。
單鏡頭反光式的結(jié)構(gòu)就復(fù)雜多了，因此制造成本也比較高，一般都是用于高端產(chǎn)品上，也就是通常所說的數(shù)碼單反（DSLR）。單鏡頭反光式取景器是直接通過鏡頭取景，光線從鏡頭射入，通過一面反光鏡，折射到上方的對焦屏成像，再折射到目鏡中，這樣拍攝者就能從觀景框中看到所要拍攝的圖像了，由于是直接通過鏡頭取景，解決了圖像偏差的問題，真正做到“即見即所得”的效果。
單反相機(jī)取景的光路圖。
以上說的都是一些傳統(tǒng)的光學(xué)取景方式，我想大家區(qū)分?jǐn)?shù)碼相機(jī)和普通相機(jī)的重要依據(jù)之一就是看有沒有LCD(Liquid Crystal Display)，也就是所謂的液晶屏幕。
當(dāng)今數(shù)碼相機(jī)的LCD從1英寸到2.5英寸不等，有些特殊設(shè)計的LCD還能各個角度旋轉(zhuǎn)，但是無論大小和結(jié)構(gòu)如何，它們的用途基本上一樣，主要是回放照片和拍攝時取景（數(shù)碼單反除外）。并且能在取景的同時顯示各種拍攝的參數(shù)。相機(jī)的各項設(shè)置也能一目了然。十分方便實用。實際上LCD還能細(xì)分為好幾種，如TN， STN，TFT，OLED等等，現(xiàn)在最常用的是TFT顯示屏，KODAK的部分產(chǎn)品使用的是OLED，兩者各有優(yōu)點，難分伯仲。
佳能A95的取景器。它使用了LCD取景和光學(xué)旁軸取景。
除了LCD取景器之外，另外一種電子取景器就是EVF(Electronic Viewfinder)。其實，EVF說白了就是一塊高
分辨率，高像素的小LCD,一般是在0.5英寸左右，安裝在相機(jī)的內(nèi)部，外面由取景窗覆蓋，避免了強(qiáng)光的干擾，小屏幕的省電效果也非常的明顯。加上屈光度調(diào)節(jié)的功能以后，即使是近視也一樣能方便的使用EVF取景器。更重要的是類似于傳統(tǒng)相機(jī)的取景方式，使得一些用慣了傳統(tǒng)相機(jī)的人能更快的適應(yīng)，無疑也吸引了一大批想要更新?lián)Q代的消費(fèi)者。可以說是一種非常人性化的設(shè)計！
這就是索尼F828上帶的EVF電子取景器，235,000 像素 0.44" 。
三、控制曝光的機(jī)構(gòu)——快門和光圈
為了適應(yīng)亮暗不同的拍攝對象，以期在感光元件上獲得正確的感光量，必須控制曝光時間的長短和進(jìn)入鏡頭光線的強(qiáng)弱。于是照相機(jī)必須設(shè)置快門以控制曝光時間的長短，并設(shè)置光圈通過光孔大小的調(diào)節(jié)來控制光量。
“光圈”是通過調(diào)節(jié)通光孔的大小來控制通光量的。“快門”是通過控制光照射到CCD上的時間長短來調(diào)節(jié)光量的。用數(shù)值表示光圈通光孔的大小，我們稱之為“光圈值”。同樣的，用數(shù)值表示快門打開的時間長短，我們稱之為“快門速度”。
光圈值表示為F2.0、F5.6、F8的形式。數(shù)值越小，則通光量越大（通光量增加），數(shù)值越大，通光量越小（通光量減少）。。快門速度使用 1/60 秒、 1/250 秒、 1/4 秒的形式來表示的。時間越短通光量越少，時間越長通光量越大。
有兩個術(shù)語一直用來分別表示光圈的變化。“開大”表示使光圈更大，使鏡頭有更大的通光孔徑。這意味著準(zhǔn)許更多的光線通過鏡頭照射到底片上。另一個術(shù)語“收縮”實現(xiàn)相反的過程，使光圈更小，減少通過鏡頭到達(dá)底片的光線數(shù)量。所以可以這樣說：從f/8開大光圈到f/4，或從f/8收縮光圈到f/16。
快門速度和光圈大小一起配合可以控制有多少光線可以到達(dá)底片上，而且這兩個因素必須要同時考慮。它們都是以擋位的方式工作的，而且是相互關(guān)聯(lián)的，我們稱之為“互易關(guān)系”。一旦可以確定正確的曝光需要的光線總量，快門速度和光圈大小中的任一個發(fā)生了改變，都可以很快的根據(jù)互易關(guān)系確定另一個應(yīng)該設(shè)置的值。在照射在底片的光線總量不變的情況下，一擋快門速度的改變等同于相反方向上一擋光圈大小的變化。也就是說把快門和光圈中的一個減半，而把另一個加倍，通過鏡頭照射到底片的光線總量(也就是曝光量)是一樣的。
光圈和快門就像是蹺蹺板。光圈值的變亮的同時快門速度要相應(yīng)的提高，這樣照射到CCD上光量才能相等。蹺蹺板達(dá)到水平狀態(tài)時就是最適當(dāng)?shù)钠毓庵怠?
在光量不適當(dāng)?shù)那闆r下，比如照射到CCD上的光量過多時畫面會顯得比較白。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，我們稱之為“曝光過度”。相反的，當(dāng)光量較少時，會出現(xiàn)畫面過暗的情況。我們稱之為曝光不足。
絕大部分的數(shù)碼相機(jī)都配備有自動測量被拍攝物體的明暗并對其進(jìn)行光圈和快門速度的調(diào)節(jié)的內(nèi)置自動曝光功能。因此，平時（在沒有特殊照明的情況下）拍攝照片的時候無需在意光圈和快門速度的調(diào)節(jié)也可享受輕松的拍攝過程。這個功能稱為“程序自動曝光”、“光圈優(yōu)先自動曝光（虹膜優(yōu)先自動曝光）”、“快門速度優(yōu)先自動曝光”攝影模式。
四、感光元件
老式的相機(jī)都采用膠卷作為感光元件，其拍出的照片也是用膠卷作為載體。數(shù)碼相機(jī)的感光元件是用CCD或者CMOS。
CCD，是英文Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫，它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮處理經(jīng)USB接口傳到電腦上就形成所采集的圖像。CCD上面有很多一樣的感光元件，每個感光元件叫一個像素。 CMOS全稱為Complementary Metal-Oxide Semiconductor，中文翻譯為互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機(jī)芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。
由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設(shè)計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設(shè)計，因此必須先行放大再整合各個像素的資料。
成本差異：CMOS 應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本 和良率的損失；相對地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個像素故障（Fail），就會導(dǎo)致一整排的 訊號壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對高于CMOS。
解析度差異：在第一點“感光度差異”中，由于 CMOS 每個像素的結(jié)構(gòu)比 CCD 復(fù)雜，其感光開口不及CCD大， 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時，CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬 像素 / 全片幅的設(shè)計，CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅 24mm-by-36mm 這樣的大小。
噪點差異：由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個 ADC 放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的 ADC 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對比單一個放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪點就比較多。
耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動式， 必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 還必須要有更精密的
電源線路設(shè)計和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動電壓使 CCD 的電量遠(yuǎn)高于CMOS。
盡管 CCD 在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認(rèn)的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。 由于數(shù)碼影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨，成為廠商的最愛，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得 CCD 與 CMOS 兩者的差異逐漸縮小 。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進(jìn)目標(biāo)，以期進(jìn)入照相
手機(jī)的行動通訊市場；CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合，藉由后續(xù)的影像處理修正噪點以及畫質(zhì)表現(xiàn)， 特別是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功，足見高速影像處理晶片已經(jīng)可以勝任高像素 CMOS 所產(chǎn)生的影像處理時間與能力的縮短；另外，大尺寸全片幅則以 Kodak DCS Pro14n、DCS Pro/n、DCS Pro/c 這一系列的數(shù)碼機(jī)身為號召，CMOS未來跨足高階的影像市場產(chǎn)品，前景可期。
既然說到CCD，就要提一下CCD大小和像素的關(guān)系。不少朋友在看相機(jī)參數(shù)的時候只關(guān)注相機(jī)能輸出的最大分辨率，卻忽略了CCD的大小。而CCD面積的大小與輸出照片最大分辨率效果是成正比的。現(xiàn)在市面上的消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四種。CCD/CMOS尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300萬像素相機(jī)效果通常好于1/2.7英寸的400萬像素相機(jī)(后者的感光面積只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，但這也會導(dǎo)致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。但如果在增加CCD/CMOS像素的同時想維持現(xiàn)有的圖像質(zhì)量，就必須在至少維持單個像素面積不減小的基礎(chǔ)上增大CCD/CMOS的總面積。目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比較困難，成本也非常高。因此，CCD/CMOS尺寸較大的數(shù)碼相機(jī)，價格也較高。感光器件的大小直接影響數(shù)碼相機(jī)的體積重量。超薄、超輕的數(shù)碼相機(jī)一般CCD/CMOS尺寸也小，而越專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)，CCD/CMOS尺寸也越大。
面積分別是1/2.7英寸、1/1.8英寸和2/3英寸大小的CCD
付：旁軸相機(jī)和單反相機(jī)
先說說單反相機(jī)，全稱單鏡頭反光照相機(jī)，英文簡寫SLR。之所以稱為“單鏡頭反光”照相機(jī)，原因在于它的光路原理：
單反相機(jī)有兩個特點：
1.單鏡頭：就是相機(jī)前面的那個鏡頭（旁軸相機(jī)有兩個鏡頭：一個用于取景，一個用于成像）。單反所看即所得，成像照片與取景器所看到的一致，幾乎不存在成像差異。
2.反光：看光路A和B，光線在進(jìn)入鏡頭后，先經(jīng)過反光板（紅色標(biāo)識）一次反射，再經(jīng)過上面五棱鏡（紅色標(biāo)識）的二次反射后投射至取景器。反光板在不進(jìn)行曝光時，一直關(guān)閉，光線無法到達(dá)CCD，所以DSLR無法通過LCD取景也無法錄像。
DSLR和DC的快門結(jié)構(gòu)差異
眾所周知，傳統(tǒng)相機(jī)使用的是機(jī)械快門，在快門打開后對膠片進(jìn)行曝光，不曝光時則對膠片遮擋保護(hù)。
先說說DC的快門結(jié)構(gòu)。
DC使用的是電子快門，原理在于控制CCD的開關(guān)電路來獲得等效的曝光時間（電子快門的好處在于容易獲得較高的快門速度）。同時DC存在一個機(jī)械快門，但這個機(jī)械快門并不像傳統(tǒng)相機(jī)那樣用于控制曝光時間，而是僅只是起到一個*遮擋（后面另做解釋）的作用。
這里不得不提到DC的CCD成像過程。
在DC取景時，DC的機(jī)械快門一直是打開的。允許光線進(jìn)入CCD，使得電信號傳送至LCD，以供通過LCD取景。而在曝光前，機(jī)械快門則先關(guān)閉做一次*遮擋動作，讓CCD記錄一次暗電流（以使CCD上存儲的信息得以復(fù)位），然后機(jī)械快門打開，進(jìn)行CCD的正常曝光，機(jī)械快門再關(guān)閉，做信號處理，之后機(jī)械快門再打開繼續(xù)由CCD取景。
相比較之下，DSLR使用的機(jī)械快門和電子快門結(jié)合的快門方式（不完全如此，如較早的Nikon D100完全使用機(jī)械快門，而較晚的D70則使用機(jī)械/電子快門結(jié)合方式（。DSLR在快門速度較慢時，使用機(jī)械快門；快門速度較高時，使用電子快門。DSLR的機(jī)械快門平時都是關(guān)閉的，只在曝光時打開。我們用下面的圖解能簡單的看出DSLR和DC曝光過程的差異。
正因為以上差異，家用DC的快門遲滯總是大于DSLR。
DSLR較DC的優(yōu)勢在哪里？
1.DSLR擁有龐大的鏡頭群，能夠滿足各種拍攝題材、各個層次攝影人士的不同需求。
能提供超廣角（從魚眼（到超級望遠(yuǎn)鏡頭所有焦段上的高質(zhì)量圈鏡頭，這是DC所無法比擬的；即便DC擁有高倍變焦鏡頭，但別忘了變焦范圍增大的同時，犧牲的是鏡頭成像質(zhì)量和最大光圈，這也是許多攝友不愿意使用“一鏡走天下”的原因。
2.DSLR大尺寸CCD帶來了感光元件的高信噪比。
大尺寸CCD使得象素之間的干擾大為較低，為成像質(zhì)量提供了有力保障。有些朋友認(rèn)為：DSLR賣點就是大CCD，是廠家炒作的手段。而實際上呢，數(shù)碼單反因為沿用了傳統(tǒng)單反模式，如果單反采用CCD尺寸過小，將導(dǎo)致單反的鏡頭群將無法正常“適用”。因為如果采用小尺寸CCD，數(shù)碼單反中將無法實現(xiàn)廣角。所以，采用大尺寸CCD是單反結(jié)構(gòu)所必需的，并不是廠家的炒作手段。
2005年02月07日12:16 于云南
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