寫給新手:SLR觀景系統(反光鏡和五稜鏡)
發表於2012.11.25 18:08

喜歡這篇文章嗎?

 

 
寫給新手:SLR觀景系統 - 反光鏡和五稜鏡
 
November 25, 2012上線
 
 
 
 
本文取材自本人的新書DSLR:觀念、技巧與原理請勿以任何型式轉載或轉貼另外本文不論是本人或他人的照片都有著作權嚴禁複製轉貼
 
            前些日子寫給新手:名詞解說(單眼、類單眼、微單眼)這篇文章解釋單眼、類單眼、微單眼這幾個名詞指出SLRSingle-Lens Reflex必須要有反光鏡這個元素,而「單眼」卻涵蓋了很多原本SLR不包含的機型,從而扭曲了SLR的原意。本篇繼續這個方向的討論,說明SLRR的意義,再進一步解釋目前SLR/DSLR裡頭的正像五稜鏡(或是類似系統)的成像方式,這樣就結束有關SLR這個詞的討論。
 
 
 
            SLR/DSLR鏡頭取下後會看到一面反光鏡(下面照片),這是SLR/DSLR最重要的特徵。SLRSingle-Lens Reflex的縮寫Single-Lens表示相機上只有一個鏡頭,取景和拍攝都是用它;Reflex是反射,這正是反光鏡的功能。所以,SLR單鏡頭Single-Lens反射式Reflex)相機或單鏡反射式相機,而DSLR數位Digital單鏡頭Single-Lens反射式Reflex)相機或數位單鏡反射式相機因此一台相機是SLRDSLR的充分而且必要條件是機身內有反光鏡,反光鏡的機制可以是下面照片的鏡面、也可以是其它型式。
 
 
 
 
反光鏡機制
 
            下面第一張是一台DSLR的剖面圖,機身內鏡頭後方有45度的反光鏡,把鏡頭捕捉到的影像向上反射到達機頂的稜鏡部位,稜鏡再把影像經過(通常是三次)反射後送到觀景窗方便取景和構圖。第二張圖是一台傳統SLR的光路示意圖。在按快門鈕拍攝時,反光鏡會向上彈起讓出光路並且打開擋在底片前方的快門機制開始曝光,曝光完成後反光鏡會回到原位。正因爲如此,在曝光的過程中,因爲反光鏡無法把鏡頭的影像反射到觀景窗,所以觀景窗中全黑而看不到景物。
 
 

Nikon D800 (照片來源:Nikon

 
Minolta 110 Zoom Mark II照片來源:Minolta
 
 
半透明固定反光鏡
 
            這面會昇起降落的反光鏡不但會讓曝光時觀景窗內看不到景物,又因爲昇起和降落都需要時間使連拍速度變慢,而且鏡面上下移動造成的微震也可能使拍到的影像模糊(在使用慢快門速度和長焦距鏡頭時特別明顯)。SLR生產廠家很早就注意到這個問題,Canon1965年推出的Canon Pellix使用固定的半透明鏡面,把1/3的入射光向上反射到觀景窗,2/3的光穿過半透明鏡面到底片拍攝,因此就解決了上述反光鏡帶來的問題。然而,因爲只有1/3的光線會被反射到觀景窗,觀景窗就比較暗。後來CanonNikon都使用類似的技術生產過有髙速連拍功能的特殊機種。
 
            固定反光鏡的觀念沈寂很長一段時間後,Sony2010年推出SLTSingle Lens Translucent,單鏡頭半透明)系列DSLR機型,在DSLR機身內裝上固定半透明鏡面,下面是SLT的剖面圖。
 
 
照片來源:Sony
 
 
分光稜鏡
 
            除了固定半透明鏡面之外,相機廠也曾經使用過分光稜鏡。分光稜鏡在髙階攝影機中十分普遍,數位相機興起後若干廠商生產過不能換鏡頭的DSLR,這些機型用一個分光稜鏡取代會移動的反光鏡。下面是Olympus E-102000)的剖面圖和相機照片。分光稜鏡的功用和半透明鏡面相同,入射光到達分光稜鏡的斜面後一部分反射向上到觀景窗,大部分通過稜鏡到達後方的感光晶片。比Olympus E-10還早、使用分光稜鏡的(不能換鏡頭)DSLR還有SonyCyber-Shot DSC-D7001998)和稍晚的Cyber-Shot DSC-D7701999)。
 
 
照片來源:Sony
 
 
 
 
反光副鏡
 
            把反光鏡稍許掀起會發現後面還有一面小副鏡(下面照片)。反光鏡在副鏡的部位是半透明的,大部分的入射光被反射到稜鏡部位,少部分穿過反光鏡到達後方的副鏡,再被副鏡向下反射到機身下方的自動對焦模組。拍攝時副鏡隨反光鏡一併昇起、貼在反光鏡後方讓出光路。SonySLT系列機型中,因爲半透明反光鏡固定而不方便裝副鏡,因而自動對焦模組就裝在稜鏡部位(見上面Sony SLT的圖),接收從半透明反光鏡向上反射的光對焦。
 
 
 
            總之,DSLR的要件是機身內有反光鏡系統(不論用什麼方法實現),至於能否換鏡頭則不是要件
 
 
鏡頭成像方式
 
            鏡頭的成像是上下顛倒左右相反的,加了反光鏡之後看到的像就變成上下正確但左右仍然相反。下面第一張照片是在SLR的底片部位貼了半透明紙並且昇起反光鏡,照片清楚地呈現了在感光晶片上的像和實物之間上下顛倒左右相反的關係。第二張照片是把SLR稜鏡部位拿掉後看到的影像,反光鏡使上下正確、但左右仍然相反。
 
 
 
 
 
 
 
五稜鏡
 
            機頂的五稜鏡pentaprism)可以修正反光鏡得到的影像,使左右不會相反、得到眼睛看到的結果,所以也叫做正像稜鏡。下面照片是一個SLR/DSLR用的五稜鏡(更大片幅機種通常使用不同的結構),雖然它有很多面(總共八面),但只需要三面的反射就可以把左右相反的影像變回正常,這三面是稜鏡頂端左右兩個斜向的屋頂(照片中的AB)以及前方朝下的斜面(照片中的C)。
 
 
 
        圖說明反光鏡加上五稜鏡修正上下顛倒左右相反的過程。在鏡頭前方一側的被攝體(英文字母F)經對焦成像後投射在反光鏡M上頭,這個像是上下顛倒左右相反的,然後被向上反射到達五稜鏡左邊的斜面A、再反射到右邊的斜面B,接著反射到五稜鏡前下方的斜面C,由此而反射到達觀景窗的就是和實物一樣、上下左右都正確的影像。
 
 
L:鏡頭    V:視線   O:被攝體   I:觀景窗看到的像
線:成像光路   紅點:光路和各面的交點
M:反光鏡   AB:五稜鏡左右斜面   C:五稜鏡前方斜面
注意:為說明方便起見,圖中各反光面與位置和實物不成比例)
 
 
用鏡面模擬五稜鏡
 
            五稜鏡用三次反射達成正像的目的,所以用三個鏡面也可以有相同的結果。事實上,不少入門級的DSLR為了降低成本和重量而改用鏡面而非五稜鏡,但這不是近年才有的技術。早在1948少為人知的匈牙的Gamma Duflex就用過這樣的技術,日系的Nikon Nikkorex Zoom 35Olympus Pen F也是用鏡面或簡單的稜鏡取代五稜鏡,因而機身上沒有突起的稜鏡部位。
 
            因為不用五稜鏡可以避免機頂的突出部位一些造型比較獨特的SLR/DSLR會採用這樣的設計;Minolta 110 Zoom SLR就是很好的例子這是扁長型機身使用110底片的SLR(片幅為17´13mm,和4/3系統差不多)。下圖是比較早期4/3系統的Olympus E-300 EVOLT2005),它也是用鏡面反射而非五稜鏡的DSLR
 
 
照片來源: Olympus
 
 
電子觀景窗
 
            目前的DSLRLive View(或錄影)功能有作用時通常都得把反光鏡昇起讓出光路觀景窗全黑看不到景物),於是鏡頭捕捉到的影像才能到達感光晶片從而在LCD上顯示。使用半透明反光鏡的機種沒有這個問題(因爲反光鏡固定),只要快門開著就會在感光晶片上成像,因而可以在LCD上顯示,所以這一類機型通常把五稜鏡換成一個顯示器,顯示感光晶片上的影像。如果觀景窗中看到的是顯示器上的像,這樣的相機稱爲電子觀景窗相機Electronic Viewfinder Camera);如果可以更換鏡頭,就叫做電子觀景窗可更換鏡頭相機Electronic Viewfinder Interchangeable Lens),簡稱爲EVIL相機。前面提過的Sony SLT就是典型的EVIL,然而因爲有反光鏡,它也是DSLR。因此,如果從觀景窗看到的是顯示器上的影像,該觀景窗叫做電子觀景窗Electronic Viewfinder,簡稱EVF);反之,若看到的是鏡頭得到的實際影像,就是光學觀景窗Optical Viewfinder,簡稱OVF)。目前絕大多數DSLR都是用光學觀景窗。
 
 
觀景系統的演變
 
        最早期的SLR並沒有五稜鏡。在反光鏡上方有一片透鏡,一面是平面磨沙玻璃另一面是光滑的凸面,這就是觀景窗,所以看到的景物是上下正確左右相反。下面照片是相機史上第一台135底片SLR,它是1936年德國Ihagee公司生產的Kine Exakta第二型(1937-1938),照片中可以看到已經掀起來的觀景窗遮光罩,把它收起來機頂就幾乎是平的。這類SLR的觀景窗在取景構圖時相機放在腰部從上往下看,所以叫做腰平觀景窗俯視觀景窗
 
 
 
            1937年左右,Zeiss Ikon公司開始研究使用五稜鏡的SLR,最早的模型是以Contax II連動測距(旁軸)機型為藍本,在機身中加裝了反光鏡和五稜鏡。這台相機叫做Syntax,下圖是Zeiss Ikon1941年申請法國專利的剖面圖,然而盟軍在194521314日轟炸Dresden時炸毀了Zeiss Ikon廠房,原型機和設計圖在大火中消失。
 
 
 
            二次大戰後Zeiss集團一分為二,東德Zeiss Ikon1949年推出相機史上第一台近代SLRContax S下面第一張照片),它有偏一邊(而不是在機頂正中央)的正像五稜鏡觀景窗,使用42mm螺紋裝卸的(也就是M42)鏡頭,此後的SLR差不多都沿用這樣的造型。西德Zeiss IkonSLR上起步較晚,到1953年才推出第一台不能換鏡頭、使用五稜鏡的Contaflex(第二張照片)。這些有五稜鏡或類似機制的相機在取景構圖時會放在眼睛處向前看,所以這一類觀景窗叫做眼平觀景窗平視觀景窗
 
 
 
 
            日本的SLR發展起步也很早,旭光學工業(Asahi Optical Co.Pentax的前身)在1952年推出腰平觀景窗Asahiflex I,下面第一張照片是1954年的改良版Asahiflex IIb。此後,日本廠家還生產過若干SLRMiranda T1954)、Asahi Pentax1955)、Topcon R1957)、Minolta SR-21958),但是要到1959Nikon推出Nikon F(第二張照片)之後日系SLR才站穩腳步。除了最早期的少量機型之外,Nikon F的稜鏡部位可以取下(第三張照片)換成其它型式(譬如腰平)觀景窗,此後各家的專業級機種也莫不如此。這個設計到DSLR興起後才完全停用,主要原因是機身和稜鏡部位有太多電子訉號溝通,更換稜鏡部位時很容易造成接點接觸不良而破壞操作的整體性,而且入麈也會影響到精密的電子零件。
 
 
 
 
 
            總之,上面的說明要強調的是:SLR/DSLR的要件是有無反光鏡,觀景系統可以是用稜鏡、也可以用其它機制(甚至於電子觀景窗)
 
 
結論
 
            上面瀏覽了SLR/DSLR觀景系統中最重要的兩個機制:反光鏡和五稜鏡,以及兩者的其它型式。本文也可以看成是前不久寫給新手:名詞解說(單眼、類單眼、微單眼)這篇文章的進一步討論,相信經過兩篇文章的說明,各位應該了解SLR的真正意義。
 
 
 
未經本人同意,請勿轉載轉貼本文任何片段,請尊重智慧財產(著作)權
引用方式:冼鏡光,寫給新手:SLR觀景系統 - 反光鏡和五稜鏡DCView.com達人部落格(http://blog.dcview.com/article.php?a=ATwIbVE4UGEDZA%3D%3D
 
│本站文章分類:概念解析
│今日人氣:1 │累計人氣:264427 │回應(2)

喜歡這篇文章嗎?

回應

Candywhat  於2012.11.27 00:15  

老師您好,看了您的文章我受益良多,學到了不少!!

不過小弟似乎發現一個小錯誤:
"下圖是比較早期4/3系統的Olympus E-300 EVOLT(2005)"
圖片裡應為Olmypus E-330,附有副感光元件,可以同時相位對焦+Liveview。E-300應該沒有上面那塊副感光元件,OLYMPUS的標誌位置也不太一樣。請老師再做確認,謝謝~

版主回應︰ 於 2012.11.27 09:18

放錯照片,已經改正。謝謝。

詹謨澤  於2012.11.27 10:31  

您好,
關於五稜鏡一直有個疑問,看完您的文章之後,還是沒能解開我的疑問。

為什麼要用五稜鏡? 用一塊固定的鏡子不就好了嗎?(再加上鏡頭到感光器之間的可動式反光鏡,總共二塊鏡子,就像潛望鏡一樣,影像也不會上下左右相反呀)

總之,不管是三面鏡或是五面鏡,它都是為了和下面鏡頭到感光器之間的反光鏡加起來總共是偶數塊鏡子,使得影像不會上下左右相反。

版主回應︰ 於 2012.11.27 13:26

如果只用一面鏡子取代五稜鏡,觀景窗中看到的影像是上下正確、左右相反的,把「五稜鏡」那一節的五稜鏡加反光鏡的示意圖A、B和C中的三個面換成一面把影像反射到眼睛的鏡子,效果就很明顯了。文中說得很清楚,五稜鏡的功能就是維持上下正確、並且修正左右相反的現象用的。

  • 驗證碼:請點選熊貓重換驗證

    • 2f0c026f3337b740b057e42231529f2e
    • c89b97896b43c9b3af7c59e0d30f7f8b
    • b1396090b08359ac5d50ad0c63b3ab2c


2018-05 >>
12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031

文章列表

  1. 手機配件 (12)
  2. 老鏡叢談:拆老機、玩老鏡 (4)
  3. 老鏡叢談:反射鏡頭(5)
  4. PC級電腦古董零件 (1)
  5. 中文攝影書書評 (2)
  6. 家居瑣記(5)
  7. SLR到DSLR之路 (2)
  8. 相機短篇 (4)
  9. 鏡頭短篇 (6)
  10. 部落格公告 (4)
  11. 後院紀事 (3)
  12. 急就章--各種器材紀事(22)
  13. 瑣瑣碎碎的話題 (9)
  14. 我寫的書 (4)
  15. Nikon鏡頭筆談 (7)
  16. 寫給新手 (20)
  17. 相機鏡頭 (6)
  18. 姑妄言之集 (3)
  19. 遊記 (7)
  20. 電子計算機(電腦)科學 (4)
  21. 老機雜記 (27)
  22. 攝影思潮回顧 (1)
  23. 數位相機(DC)隨筆 (13)
  24. 大湖燈塔巡禮 (3)
  25. 書!書!書! (11)
  26. 基礎知識 (14)
  27. 閒話SLR (24)
  28. 老鏡叢談 (30) NEW!

最新文章發表

  1. Argus C3交換鏡頭
  2. KamLan 50mm f/1.1超大光圈鏡頭初探
  3. 鏡頭短篇:Komura 500mm f/7望遠鏡頭簡介
  4. 手機配件:Ztylus Switch 6六合一鏡頭組
  5. 手機配件:Apple沒說清楚的iPhone 7 Plus(2X)望遠鏡頭

最新回應訊息

  1. Re:洗老師您好, by terry wu(4.16)
  2. Re:老師不好意思,最近有 by rfr(4.13)
  3. Re:請問冼老師:本人&# by 网幽(4.08)
  4. Re:1. 今天我看的時候 by TJ Hsieh(3.19)
  5. Re:前輩,你好: by Lin(3.15)

人氣指數

  1. 今日人氣指數:3284
  2. 累積人氣指數:198986374