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关于相机的那些事-测光篇

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正文:
我们现在已经沉溺于数码相机和智能手机带给我们的对于拍摄使用图像的方便性,但是在摄影术发明早期,那时候的人们想要拍一张照片甚至要花几个小时。


因为早期用的感光材料感光非常慢,所以拍一张照片是一个痛苦的过程,要找个椅子,最好有靠背的地方,再摆好位置,再固定好摄影设备,然后漫长的一个过程,感觉比画人像都难,所以那时候要想拍一幅动感的照片几乎是不可能完成的任务。

从摄影术发明发展,人们意识到获得一张正确曝光(只有正确的曝光,没有准确的曝光)的照片是主要靠时间和光圈来控制。


光圈:到了16世纪人们才发现光圈可以提高成像质量,而早期的光圈是固定不可调的,而且很小。所以拍摄一张照片需要很长时间,那时候对可变光圈要求就没太大意义,因为那时候决定曝光主要是曝光时间。一直到湿版发明和使用,可变光圈才真正变得有用。



到了1858年英国的天文学家John Waterhouse.发明了WATERhouse 光圈,它是用一系列带空的铜板实现的。到了1880年,人们逐渐认识到光圈影响精深,到了1900年以后可调光圈已经变成了镜头的标准配置了,但是不管怎么说,第一个典型的彩虹光圈是1858 年由 Charles Harrison and Joseph Schnitzer发明的。

Waterhouse 光圈
waterhouse 光圈.jpg

彩虹光圈,其实就算是现代光圈了,基本到了现在基本机构还是这样。只不过很多原来通过机械控制的,已经改为电子控制的。理论上是减少了机械磨损,精度更加高。比如尼康G头彻底取消了机械光圈拨杆和控制环,改为机身电子控制,只不坏了以后维修没有机械的简单。


彩虹光圈.gif
现代光圈指标数列f/1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64, 90,是在二战后1949年才统一标准化,而之前英国一直和德国制定标准f/1.1, 1.6, 2.2, 3.2, 4.5, 6.3, 9, 12.5, 18, 25, 36, 50, 71, 100 竞争,另外当时另外一种1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc. (当时U.S. 1 = f/4, U.S. 2 = f/5.6, U.S. 4 = f/8, etc.), 在20世纪早期是被柯达支持使用。


G头光圈.jpg

快门:最早相机是没有快门的,只能用遮挡镜头来控制曝光与否。同样是到了19世纪以后,随着感光材料发展才必须要专门的快门控制机构。


我们通常碰到的是镜间快门和焦平面快门,旁轴和中大画幅相机大多是采用镜间快门,光圈和快门都是在镜头上,而焦平面快门都是在机身上,比如单反。

镜间:单叶片:最原始镜间快门只是一两个叶片,速度也只有简单的一档两档。现在还一些结构简单老相机还可以看到,应该是比焦平面快门发明要早,具体是谁发明和制造的手里没有资料。原来手里有几张修理这种原始快门的老相机时候照片找不到了,以后再补吧,现在先拿别人照片加以说明。


原始镜间快门.png


类似的扇形快门还有旋转快门,只是控制机构不一样
扇形快门.png


光圈快门:现在的镜间快门都是,有前置的。

镜间光圈快门.jpg


再后来也就发展到了电子快门了,曝光的方式跟传统机械还是有一些区别的,请自己查找资料

焦平面快门:这是现代相机里使用最多的一种,因为快门位置在焦平面位置,所以称为焦平面快门。


最早的焦平面快门是单帘水滴形的快门,在19世纪70年代以后制造出来。到了1883年由德国人Ottomar Anschütz发明了内建放在机身成像位置滚轴快门,靠弹簧拉力控制,因此焦平面快门诞生了(国外资料)。 Goerz 公司在1890年制造了第一个FP快门相机。



Francis Blake 在1889 发明了速度达到1/2000 的焦平面快门。第一个采用可调的水滴形镜间快门一般认为是在1861年使用的一次性军事相机 ,也是第一个FP快门。


单帘快门式纵走的,用弹簧控制,速度还是很慢。而美国人Folmer and Schwing 是最出名的单帘FP 快门支持者,他们在他们生产的Graflex 单反相机里这用这种快门从1905 to 1973年,而这是他们最出名的 4×5相机、另外还有旋转式快门,比如水星,这个在焦平面位置,怎么算呢?焦平面、镜间?

水星.jpg


双帘快门:在1925年,Leica A 型35MM相机采用了双布帘焦平面快门机构,水平移动,但是当时这种布帘缝隙和弹簧张力还是不可调的。


尽管这种快门是从19世纪中叶开始运用,但是还是从1925年莱卡使用的这种FP快门结构设计才使他们流行起来,作为最完美的应用自然是 1954年发布的 Leica M3速度 1 to 1/1000 秒. 可以达到最小2 mm缝隙可以提供高达 1/1000 秒的有效速度。


但是这种双帘快门还是会一样受到单帘快门不平的影响,120相机大多也使用这种快门。

M3.jpg



早期最好的是Ihagee生产的127幅面相机VP Exakta所用的快门,速度范围从1/25秒到1/1000秒,加上B门和T门,这个快门在当时非常先进



水平横走布帘FP 快门正常最大速度一般限制在 1/1000秒,因为用弹簧控制的布帘运动速度很慢。这也导致了最高同步速度一般也限制在1/60秒。


后来一些横走布帘快门通过缩短布帘之间缝隙或者增加 布帘速度突破了原来的速度限制,这些结构也只是用在一些高档的专业相机上,第一个这样的快门式用在1960年2月发布的Konica F上。


称为Hi-Synchro快门,这种快门速度可以达到1/2000秒,闪光同步速度也达到了1/125秒。

KONICA F.jpg


方形金属叶片焦平面快门:
在1960年的KONICA F增加了双帘速度和同步时间,通过使用更加结实金属叶片而且垂直运行,使快门速度和闪光同步达到了1/2000和1/125秒,这种快门也算是后来日本考派快门的雏形了。但是因为这个快门制造麻烦,而且太出色了,没有其它的制造商跟进。( 柯尼卡从1953年开始花了7年来研制这部快门,另外从1955年开始花5年研制机身。) Konica的Hi-Synchro快门对Copal的影响很大。



碰巧的是,在1957年左右,一个日本发明家独立的研制出一个新颖的快门。他试图向各大公司推销自己的发明。Mamiya很感兴趣并做了两年的研究。但是,Mamiya最后没有生产这部快门。Mamiya觉得非常抱歉就把这部快门介绍给Copal。


Copal在Konishiroku(Konica)和Mamiya的财力支持下对这部快门进行了彻底的开发。


同时Konishiroku(Konica)和Mamiya 也把自己的快门技术提供给Copal。不久Asahi Kogaku(Pentax)加入了联盟,在1960年日本考派尔(COPAL)公司发明了世界上第一只纵走式焦平面快门,然后到了1961年,第一部Copal Square I 开发出来了. 当时,只有Mamiya,Konica和Pentax才能用这部Copal快门。


但是Mamiya制造了Nikorex F(不是Nikon),所以这部相机是第一个使用了这部快门的相机。1965,Copal Square S 开发成功. 这是最著名的Copal 机械快门,以后被用在各种各样的相机身上。同年Konica用此快门制出Auto Reflex。


此后,Copal快门不局限在这三家公司,所以Copal S快门也被用在Nikkormat FT、Sigma Mark-1,Ricohflex TLS401,Singlex TLS,Exacta Twin TL,Cosina Hi-Lite等等相机上。1965年Copal S 快门被大量的模仿制造. 直到90年代还还有许多SLR 在用这部快门和它的模仿品。


更值得说的是,60年代用这部快门制造的相机很多到现在依然准确无误。速度从B门,1秒到1/1000秒,闪光同步为1/125.这在当时的机械快门里都是最高的。后来这种快门因为使用更耐用的材料和特殊纵走结构,可以明显提高速度和稳定性的快门已经开始替代了原来的横走布帘快门。


因为新得快门材料耐老化,只不过比较容易怕机械损坏会容易变形,所以一些中型相机还在使用,而且原来的横走布帘快门也在提高材料和机构,67十年代也还是广泛使用。


但是老相机的布帘老化实在是一个很麻烦的问题,维修成本有点大,希望以后能有成品出来,我想这还是很有市场的。


开始的康派快门是比较大的,质量也不大稳定,一直都20世纪70年代新的紧凑型康派快门设计生产出来 (CCS), 首先在 TC (1976)上应用。同时 a日本的精工快门(MFC)也首次用在Pentax ME (1977).纵走金属链快门在80年代彻底取代了横走布帘快门,而 莱卡也在2006年他的第一个数码相机Leica M8 采用了纵走金属快门,莱卡双帘快门彻底走进历史。

下图是早期的幕帘康派快门,用在理光SINGLEX,是当时最成功的快门,强壮有力,到今天仍然准确无比,Singlex 是第二台使用这个快门的相机。第一台是胞兄 Nikkorex F,当时都是玛米亚代工的?


康派.jpg


到后来,各个照相机厂商已经放弃自己生产快门,采用专业的快门厂商产品。而专业快门生产厂家为了提高快门速度和X闪光同步快门时间,唯一途径就是提高快门遮光叶片的运动速度,而运动速度的提高又势必使遮光叶片的运动加速度增大,从而导致遮光叶片的惯性增大,致使快门的撞击增大、噪音升高、寿命缩短。


而避免遮光叶片惯性增大的途径就是尽可能地降低叶片重量。为此,专业快门生产厂家从材料入手,作了大量的实验。首先将早期由普通高碳钢、弹簧钢薄钢片制造的遮光叶片,通过改进热处理加工工艺以提高其刚度,从而达到减少其厚度(目前厚度已降至0.07毫米甚至更薄),使叶片重量下降的目的。


后来又采用由重量更轻、刚度较好的钛合金制造遮光叶片,从而使叶片重量得到明显下降。


接着为了使钛合金遮光叶片的重量更轻而又不降低其刚度,又研制出采用腐蚀方法下降叶片局部厚度,制成具有蜂巢形加强筋的遮光叶片,使钛合金遮光叶片的重量更轻。于是1982年诞生了采用有加强筋结构的钛合金叶片,最短快门时间达1/4000秒X同步闪光快门时间达1/250秒的尼康FM2肽帘。


后来不知道什么原因,又采用吕帘,据说当时这个肽帘不那么耐用。

F6快门.jpg


到了胶片时代,当时顶级的尼康F6快门组件,采用DuPont KEVLAR和特殊铝合金材料。


与此同时,随着非金属材料技术的飞速发展,先后诞生了一系列重量轻、强度高、弹性好、抗静电、耐老化的新型材料,例如,成本略低的PFT塑料叶片,性能极佳的聚碳纤维叶片……,于是1992年世界上又诞生了采用聚碳纤维作部分遮光叶片,最短快门时间达1/12000秒、X闪光同步快门时间达1/300秒的美能达9Xi型单反相机。


目前,有众多的照相机,其叶片快门中的遮光叶片并非采用同一种材料。例如,美能达9Xi相机的遮光叶片中,仅部分叶片采用聚碳纤维材料制造,而凤凰DC828、DC858型相机采用的MFC328叶片快门系由3片高碳钢金属叶片、8片PFT塑料叶片组成。


在现代照相机上,有的叶片快门由金属叶片与非金属叶片混合搭配组成,也有的采用由钢叶片与铝合金叶片混合搭配组成。总之,这种采用混合材料遮光叶片的趋势,目前正被愈来愈多的照相机采纳。至于叶片快门的驱动摇臂,目前一般均采用高碳钢或合金钢材料制成。


当然,研究人员为了降低遮光叶片在运动终止时的撞击,还采用了各种减震缓冲装置,这既有利于进一步提高叶片速度,又有利于降低快门的噪声,延长快门寿命。例如日本尼康F5相机的叶片快门即通过采用独特的减震缓冲装置,使它的X闪光同步快门时间缩短至1/300秒,且噪声小,寿命长。不了解现在数码快门采用的最新技术了,我想只会更好,一般使用寿命都可以达到10万次以上了。

尼康D3快门,还是属于机械电子快门,再后来电子快门,主要是用在摄像领域,跟传统的快门结构和方式还是不同的。
尼康快门组件.jpg


纵走式幕帘快门:CONTAX在 1932生产的垂直焦平面快门跟康派快门是不一样的,可以达到速度1/1000秒,后来的th Contax II (1936)达到了 1/1250 d), 使用这种快门的还有当时仿制的基辅相机。这种快门感觉耐用度比纯布帘要好,不过那个丝带是死穴,还好可以用保有量很大的仿制品基辅替代。


虽然当年的尼康旁轴也使用的一样的接口,但是其他部分又参考莱卡,使用的横走布帘快门,
p2497365770.webp.jpg


随着标准化以后,快门速度标准的标准也从老快门是1/5、1/10、1/20、1/30、1/50、1/100、1/300秒 … 标准化到现代1/4、1/8、1/15、1/30、1/60、1/125、1/250秒 …。


虽然现在还是机械快门的天下,但是因为他的一些技术限制,我想随着技术的发展肯定会有突破或者更好的结构出现!

测光方法:那么前面说过了曝光只有正确的曝光,是以标准灰板为基准进行测量的,是可以量化的,用到的工具就是测光表。虽然现在相机机身自带比如点测光、平均重点、彩色矩阵等越来越先进的测光模式,但是很多原理还是不变的,就让我们了解下测光发展的历史吧。


测光从光源方向来讲是分入射式和反射式测光,相机内置的都是属于反射式。虽然现在相机内置测光系统已经很先进了,但是因为入射式的限制,还是会受到环境的影响。那么对曝光要求非常严格的题材还是最好购买一块专业的反射式测光表,虽然相机内置大多数情况已经足够用了。


虽然相机现在有足够多的侧光模式适应遇到的各种环境,但是很多人包括以前我都是以唯点测光唯一论,虽然这样可以根据拍摄者的意图来控制曝光。还有人唯亚当斯的区域曝光法为真理,其实从小片幅和中画幅来说根本没什么意义,毕竟区域曝光法原来是主要在黑白暗房和大画幅胶片上,但是我想他的科学思想对我们怎么控制曝光还是有用的。


测光表:讲了这么多,要确定正确的曝光,都需要专门的设备,那就是测光表。虽然我手里有不少测光表,但是大多都是老表,对新表不大了解,也只能反向一下我对老表的一些了解。作为老相机最重要的配件独立式测光表(装置),造型各异,美轮美奂,很多都是艺术品。收集把玩既可以陶冶心情,又可以了解相机的发展历史,也是一个很有意思的事情。


http://museum.xiangshenghang.com/story/55.html链接是吴刚老师的有关老测光表的帖子,推荐。


到底是谁最新发明了现代测光表,我想任何发明都不可能是天才的突然灵机妙贤,肯定需要积累,才能突变。早期摄影因为光圈太小,而且没有快门,所以使用时间很长,用镜头盖控制曝光,用钟表计时。湿版发明以后,曝光时间显著缩短,原来的钟表已经不能满足要求。于是又根据实际科学测量,制作了测光表格,对!只是数据!


物理测光表:机械、光学


下面据说是最早的曝光表,对,我理解是曝光,而不是测,因为它不是能测光的仪器!这个表格大约1840年出现。但是对环境的描述都是不能量化的,所以这些表格都只是做参考的,也只是根据试验和经验得来的数据,而且那时候感光材料在不断的变化的。


最早的测光表.gif


在后来包括国内也生产过类似的测光表,而且甚至一直用到7,80年代,因为当年我们的技术水平很低,哪怕硒光电池都无法生产出来。后来可以生产了,但是价格也比较昂贵,所以我们小时候还要记阳光十六**。

少见的国产铝制

这是最普通的纸质(现在也容易买得到,很便宜)主要是曙光牌子的
1523613909614.jpg


这是带语录的,使用方法都比较简答
142728_1421034095.jpg


这是德国产的(铝制,又有纸质的),还有更复杂的可以机械联动结构,但是这些都只能算曝光计算表
s-l1600 (4).jpg


随着技术发展,又诞生了类似我们在暗房用的测试曝光试纸一样的曝光装置,通过实际测试确定正确的曝光时间,从20世纪初到20世纪30年代还有生产。具体用法吴老师帖子上有说明。



后来又发明了消色光测光表,具体使用可参见吴老师的解释,坛子里也有说明,这种表有些现在还可以用,算是比那种单纯计算表更先进,准确。
s-l1600 (2).jpg


一般以圆筒形居多,当然还有其他类型,下面是蔡司的怀表型
s-l500.jpg


还有这种形状的(?)
s-l1600 (7).jpg


还有这种,带盖子的,应该也是消色法的,原来主人描述是1900年的
s-l1600 (19).jpg


永远的福伦达至尊,配备消色测光表
20141103104437_7398.jpg    


虽然以上几种测光表都可以用来做摄影曝光用,但是都是属于只是主管,只能做参考,还需要摄影者根据经验和意图进行调整


电测光表:
终于随着电技术的发展,终于出现了电测光表。德国的Dr. Bruno Lange 发展了第一个硒光电池测光单元,但是一般来说都把1931年生产的 Rhamstine's electrophot(J. Thomas Rhamstine)作为第一个以摄影为目的的商业测光表。但是没找到这个表照片,只找到稍微一点的另外一个型号



但是有人认为这个又大又重,而且还要用电池(?硒光不用电池?),所以一般认为这个只适合用在实验室做研究用。
gossen_blendux-sm.jpg


有些人又声称Gossen Ombrux (德国名称,在英国叫Blendux) 或许是第一个电测光表,因为它不像Rhamstine,它用的是光电原件,或许用的是铝镍钴磁体并且不需要电池,所以变得更小更轻。



有的认为这个1932年生产的测光表才是第一个摄影用测光表,理由如下:当时同时有德国的Philip Gossen,美国底特律的J. Thomas Rhamstine,新泽西 Weston Electrical同时生产了这种类似测光表。而 Rhamstine's 大约出现在1928年,但是需要使用电池并且描绘成像一个铁砧. Gossen 和 Weston表几年后才出现,但是他们不需要电池, 因此他们更加小巧便于携带。


而同时期的大多都是更简单的foot-candle表,假如你使用时真的想作为参照的更好的选择是Gossen Blendux或者GE DW-40. 这个表除了一些优点,而且是当时同类唯一的反射光测光表。


WESTON 650测光表,分体式,右边读出数据,再在左边计算表里计算。   


GOSSEN Luna-Pro SBC 月光女神,变态暗光表,还带有不同的测光头
GOSSEN Luna-Pro SBC.jpg


海鸥CL—A,CDS,七、八十年代是当时国产顶级测光表

海鸥CL—A.jpg    


漂亮奢华内敛的ZEISS IKON表

s-l500 (1).jpg


带有增强侧光板可以和机身联动的莱卡测光表

s-l1600 (26).jpg


带取景器的测光表

metrastar 可以取景测光表.jpg



第一个日本内置硒光测光表的相机



Nikon SP测光表



外置联动测光表
0824ab18972bd4076c1e9b0170899e510eb30974.jpg

古典的艺术品
s-l1600 (24).jpg


然后到了60年代以后,CDS测光表由于一些硒光电池没有的优点,彻底替代了无法小型化的硒光表。不过很多老的硒光表到现在也能基本正常使用,不过精度要进行调整。后来又有更新的测光显示方法,又有机械式追针、液晶式追针、LED双灯追光、LED三灯显示、LCD液晶数字显示等等。


尤其是测光元件也开发出SBC蓝硅光电池(蓝硅光敏元件)、SPD蓝硅光电二极管、SPC硅光敏元件(又称矽光敏元件)、GAP(GAsP)磷砷化镓光敏元件、GPD镓光电二极管、CCD电荷耦合器件、CCD/RGB三原色立体测光、CMOS图像感应器等等,将来肯定还会有更新的技术和材料面世,但是把玩性肯定无法与之前这些老表相提并论。因为后来不管怎么先进,都只是个工具,而老表甚至可以成为把玩的艺术品!


复古的的福伦达测光表

现代的测光表
200046swbys7ke8ene850s.jpg


相机内置测光表发展历史:
1935 德国Zeiss公司发行带测光表的Contaflex 135
1936 Zeiss公司发行带测光表的Contax III 135平视取景照相机
1938 Kodak公司发行 120快门先决自动曝光相机Super Kodak Six-20
1956 Voigtlander公司推出首次内装测光表的135旁轴相机 Vitessa
1960 Pentax公司制成第一台TTL测光135单反相机Pentax Spotmatic
1965 日本推出TTL镜头测光的135单反相机Pentax Spotmatic SLR和 Topcon Super D
1971 光圈先决时间自动的单反相机Pentax Spotmatic ES问世


部分文字图片来源于网络

补充内容 (2018-4-18 00:11):
897年,由德国人黑泽基尔(Dr. Hesekiel)发明的Spiegel Reflex,具备一个狭缝速度可调的焦平面快门。在拍摄时,使用者需要现在相机内部设置快门速度,...








Gossen Luna-Pro F manual.jpg
LEITZ - LC 60 1939 first Leica meter 1.jpg
LEITZ - LC 60 1939 first Leica meter 3.jpg
p34920350-5.webp.jpg
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好贴!学习学习!谢谢楼主的贡献。
我色我自在
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本帖最后由 myskite 于 2018-4-18 01:31 编辑

1897年,由德国人黑泽基尔(Dr. Hesekiel)发明的Spiegel Reflex,具备一个狭缝速度可调的焦平面快门。在拍摄时,使用者需要现在相机内部设置快门速度,然后在一张照片拍摄完成后,再手动将快门幕帘回复到关闭状态,整个拍摄步骤相当繁琐。 黑泽基尔发明的Spiegel Reflex单反相机.jpg


直到1909年,英国公司亚当斯(Adams & Co.)生产的焦平面快门终于实现了前后幕帘联动、后帘自动闭合的功能。此时的曝光时间已经可以在相机外部进行控制,并且最高快门速度也达到了1/1000秒
亚当斯公司生产的Minex系列单反相机.jpg 福伦达的 bessmatic 翻斗快门也是比较特殊的



bessmatic.jpg
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少见的圆形Norwood 测光表
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