摄影器材 百年成就艰辛路单反相机发展历程史记

【IT168 应用】单反相机全称是单镜头反光相机(Single-lens reflex camera,SLR),这个名字是由它的结构得出来的，单镜头反光相机原理所谓“单镜头”是指摄影曝光光路和取景光路共用一个镜头，不像旁轴相机或者双反相机那样取景光路有独立镜头。单反相机都有一个用于成像和取景的镜头，有一个反光镜来切换光路用于成像或者取景。

  实际上单反这个结构出现的非常非常早，甚至早到了相机出现之前，学过美术的朋友们都知道那个利用一片玻璃反射而临摹实物的创作方法，这就已经具备了最基本的单反结构了，在照相术发明之后，1861年，英国人托马斯·萨顿（Thomas Satton）则发明了具有相似结构的，于摄影镜头和感光元件之间装置有45°角反光镜的照相机，那时候还没有出现胶片，所以感光材料使用的是涂抹了卤化银的干板。

  单反光相机的优点是可以随意换用与其配套的各种广角、中焦距、远摄或变焦距镜头，也能根据需要在镜头安装近摄镜、加接延伸接环或伸缩皮腔。总之凡是能从取景器里看清楚的景物，照相机都能拍摄下来。而缺点也十分明显，增加反光镜室和五棱镜以后，机身加高、加厚，重量增加；反光镜弹起来的一瞬间还会出现机械震动和噪音；从按下快门钮到启动快门的时间间隔也比其它照相机略长；使用小口径镜头在光线较差的环境中取景、调焦，会因取景屏较暗而产生困难，易造成聚焦失误。

单反相机的史前时代

  135单反相机则是在莱卡确立了35mm摄影用135胶片标准之后出现的，1936年，Ihagee公司制造第一台135单镜头反光俯视取景相机Kine Exakta(国内翻译为爱克山泰)。下面是Ihagee公司第二型Kine Exakta的照片，它在1938年上市。在1936年出厂的第一型Kine Exakta十分罕见（因为生产量很少），品相好的差不多都在收藏家手中，偶而在二手市场上看到的不仅要价奇高而且品相令人伤心。不过36年的第一型和38年的第二型差别不大。和现代单反相比，这台相机在结构上有很大区别，它是俯视取景的，而并非现在的平视取景型，1936年五棱镜还没有发明呢，暂时先凑合了吧。

  其实要说到135单反相机的出现，推动力量和直到现在推动它发展的最重要力量都是同一个：体育摄影的需求。旁轴135相机一经推出就因为携带和使用方便而在新闻用户中流行开来，一些纪实摄影的大师也应运而生，不过旁轴相机限于结构，使用焦距超过135mm的镜头非常困难，而为了1936年柏林奥运会的需求，各大镜头厂都纷纷推出了长焦镜头，比如Zeiss的Olympia Sonnar 180mm f/2.8就是典型代表，在这种情况下，便于携带，同时又能够方便的搭载长焦镜头的单反相机就应运而生了。

　　这个时代的单反相机还是俯视取景的，拍摄的时候需要从相机正上方看下去，使用的手法类似于现在腰平取景的中画幅相机，对于以方便取胜的135系统来说，俯视取景这种完全违背了人体工程学原理的非人道使用方式必然会遭到淘汰。

五菱镜的出现

  俯视取景相机在使用的时候很麻烦，和135本身轻巧方便的初衷不符，而且由于没有微棱镜的辅助和限于135片幅本身尺寸较小，弯腰驼背的在毛玻璃上调焦也是很痛苦的事情，腰肌劳损恐怕是当时摄影师的职业病了。处于更快反应速度和更好的使用体验的需求，迫使单反相机从腰平取景走向眼平取景。解决之道名曰五棱镜(pentaprism)。

　　五棱镜是一个用一整块玻璃切削而成的有5面反光面的棱镜，用以把光束折射90度。光束在棱镜内反射两次，可以把影像的左右颠倒过来，这个结构被称为五棱镜眼平取景器(pentaprism eye-level viewfinder )。

  五棱镜内的反射并非由完全内反射造成，由于光束是以少于临界角(critical angle)进入，两个反射面是镀上反射物料以造成镜面的反射效果，而两个传递面则镀上防反光涂层以减低反射。五棱镜第5面则在光学上不会被使用，现代相机上使用的五棱镜则常常会在反射面上以真空镀膜技术镀上一层银膜并且在外面覆盖黑色的保护涂层以加强反射效果。

  理论上讲，五棱镜的反射视野率是100%的，不过限于成本和机内空间还有产品的市场定位等等原因，大多数单反相机的视野率并不会做到100%(取景器视野率也是区分专业和准专业机身的一个标杆)，近年来在厂商丧心病狂的削减成本的做法下，还出现了以五面镜代替五棱镜组成光路的单反相机，这种相机的取景器常常会显得比较暗淡，不如五棱镜那么明亮。

  比较值得一提的是，光学巨人蔡司在开发自己的单反相机的时候，在成像的毛玻璃(学名叫对焦屏)和取景器之间加入了一块儿菲涅尔透镜（Fresnel Lens）来提高取景器亮度方便对焦，这个设计自此之后就成为单反相机的固定设计，拧下任何一台单反相机的镜头，从反光镜箱里面往取景器上看，你都能看到菲涅尔透镜独有的一圈圈的花纹。

  1949年，东德蔡司(CZJ，carl zeiss jena，也叫耶纳蔡司)生产了第一台固定五棱镜平视取景单反相机Contax S(1949-1951年在产)，它最终确立了135单反相机的典型结构，一个镜头，有一个反光镜，然后有一块五棱镜将光路回转了一下，一方面将俯视光路变成平视，另一方面将取景的像左右正过来(俯视取景的时候像是左右相反的)，至此，单反相机的标准结构已经确立了，即使是目前最先进的35mm数码单反相机也依然维持了这个基本的结构。

  作为相机生产大国，日本的第一台五棱镜平视取景结构相机是Asahi Optical(旭光学，后来公司更名为Pentax，就是大家很熟悉的宾得)在1952年推出的Pentax 67，这是一台中画幅相机。Asahi Optical 同年还推出了腰平取景的35mm单反相机Asahiflex I ，只是没有使用五棱镜眼平取景器，而始依然保持的腰平俯视取景的设计，有意思的是，这台相机一直生产到83年。

即时回弹反光镜结构的诞生

  早期的单反相机取景和拍摄要分几步的，反光镜要给快门上弦之后才会落下，光圈和旁轴镜头一样是全手动的，要先开到最大光圈取景，在昏暗的腰平毛玻璃上对焦，然后折算一下光线，调到你想要的那一档光圈，按快门，咣当一声巨响后眼前一片漆黑，至于到底没有拍到你想要的东西就只有天晓得了。SLR是如此的麻烦，以至于大部分记者宁可用大中副新闻机也不碰单反，卡帕，布列松那一代人也没有用SLR的，不是他们不想，而是SLR实在是太不成熟。直到1954年Pentax做出了 Asahiflex IIb，才有了第一部的反光镜即时回弹单反相机，这样，135单反相机才算是真正的进入了实用化的阶段。

高速纵走焦平面快门

  快门是相机的核心部件之一，相机通过控制快门的开启时间来控制胶片的曝光时间，按照安装位置来分的话，常见的快门有镜间快门(leaf shutter)和焦平面快门(focal plane shutter)，按照行走方向来分有纵走快门和横走快门，按照快门材质来分又有布帘快门和钢片快门，总体来讲，没有在单反上用镜间快门的，横走快门和布帘快门的速度很难做到太高。因此，现在的顶级机身上已经是纵走焦平面快门一统天下，至于快门叶片的材质则从早期的钢片发展到蜂窝钛合金片，再到现在的碳纤维复合材料叶片，整个一个材料科学的发展缩影。

　　虽然焦平面快门出现的非常早，但是速度却怎么也做不快，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，直到1960年，才由柯尼卡开发的单反Konica F超过。Konica F搭载了名为Hi-Synchro的纵走幕帘快门，最高速度为1/2000秒，闪光同步为1/125 秒。在当时为最快。想想直到七十年代，最快的专业相机也不过是1/1000秒而已(要到71年的佳能F1才有1/2000的横走金属幕帘快门)。

  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。)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。Konica的Hi-Synchro快门对Copal的影响很大。不久Asahi Kogaku(Pentax)加入了联盟，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。

  现在的单反相机既高速又方便，而且基本上使用了人道主义的工作方式来避免摄影师沦为一个可耻的腰肌劳损患者，按说已经非常完善了，不过，新的问题又出现了，这次居然是……“卡着了”？！

插刀式卡口：卡住了的解决之道

  可更换镜头是单反最根本而且是最宝贵的特性之一，最早的单反相机和镜头之间的接口五花八门，有螺口也有插到式的卡口(其实到现在也没好到哪去，仍然是五花八门，只不过已经没人用螺口了而已)，到40年代的时候Praktica设计的M42螺口逐渐成为了接口的主流，而且由于M42接口标准是开放的，所以很多大大小小的相机生产厂都开发出了自己的M42机身，这也让M42成为影响力最为广泛的接口，没有之一。日系的相机厂家掺和进M42的也非常多，比如Pentax，Ricoh，Yashica，Mamiya，Fujica，Chinon，Cosina，Vivitar等等，开发了近百部机身，其中顽固的Pentax坚持到了70年代中后期，才最终的放弃了M42，转而使用了K卡口，这就是著名的PK卡口(话说这个K卡口也是个神奇的东西，兼容性出奇的好，比尼康F卡口都要更好)。

  M42虽然通用性好，但是却有着结构上的缺陷，比如日常使用中镜头拆装麻烦，碰到偶尔有热胀冷缩的环境中镜头拆卸和安装都会变的非常困难，最重要的是M42卡口无法实现光圈联动测光，看看现在的单反相机的主要拍摄界面：半按快门启动测光，全按下去开启快门暴光。这已经是通用设计了。但在上世纪60-70年代，全开光圈测光还是新鲜玩意。而绝大多数M42镜头都还是收缩光圈测（stopdown）用的单针设计。所以当时的经典设计就是以Pentax SP为代表的机身上有一个 stopdown 的按钮。使用时要先按下这个按钮来测光，然后在用另外一只手按下快门钮来开启快门暴光。如果我们把现在的这个过程叫做一步的话，那stopdown测光就是两部了。

  面对着M42的缺陷，Pentax这个日本单反相机的鼻祖选择了继续小修小补的做法(真不愧是顽固的pentax荣誉称号获得者呀)，而佳能尼康这样的没啥历史负担的新来者则选择了换用插刀式卡口的做法，分别推出了F卡口的nikon F和FL卡口的佳能Canonflex，在接口上解决了收缩光圈联动测光的麻烦。不过科技总是在继续发展的，自动对焦的变革到来之后，佳能选择了抛弃过去的积累，改用EOS EF全电子化界面的接口，而尼康则选择了继续在F卡口基础上修修补补的做法(F卡口先是改进为AI实现光圈优先AE，然后又改进为AIS，然后是AF)。就目前的发展来说，EOS的全电子化界面显然代表着未来发展的方向，这种接口取消了机械传动部分，代之以电子触点，提高了卡口的机械性能和密封能力，我们可以肯定，在可预见的将来，尼康在将镜头全面AFS化了之后，F卡口也必将发展成为一个全电子界面的卡口。

  其实，对于用户来说，使用相机拍照，最重要的事情却并非卡口或者螺口，而是测光。所谓测光，就是根据所拍对象的照度来决定胶片的曝光时间，反映到机身操作上，就是设置快门速度和光圈的组合了。和现在的单反不一样，早期单反没有自动测光表，什么光线下使用什么快门和光圈的组合，都要看摄影师自己的经验了，时间长了，自然也就诞生了类似于阳光16法则这样确定曝光的顺口溜，胶卷盒上也会大概的印着各种典型光线情况下凑合用的大体曝光组合。

TTL测光

　　早期的相机是没有测光系统的，一般都是估计测光或者使用外置测光表，然后发展到了机身搭载测光表的方式，这种做法相当的不准确，因为测光表所测到的读数只是它自己感受到的光量，而并非从镜头进入的光亮，随着电子技术的发展，CdS(硫化镉)测光元件已经可以缩小到装在机身里面的地步之后，终于出现了TTL(though the len，通过镜头)测光技术，由于是直接测量的镜头收集到的光线，测光的准确度大大提高了。

  虽然摄影大师都是熟悉光线变化如自家卧室的强者，根本不需要测光。只是附庸风雅的有钱人多了，测光仪器也成了必需品。最早的测光表不用电，甚至连任何感光元件都没有。大体上是一个木盒子上装着一块圆盘形的灰色玻璃，颜色在一圈里由浅到深周而复始。测光就是透过灰玻璃一边看一边转动圆盘，直到什么也看不见了就在盒子上的一个小窗里读出一个测光值。

  那些觉得木头盒子不好玩的人用光电池和光电阻做出了种类繁多的手持测光表。手持的表虽然看起来很专业，但是一手抓机，一手持表快拍还是会顾此失彼，如果没有长第三只手或者请一个助手来给你测光的话，那就要想办法把测光表整合到机身上。稍微有些头脑的厂家推出了肩扛式测光表，通过一个连杆和快门速度盘连动，一个指针对准当前对应的光圈值，又免了用户的劳神，又让很多人心甘情愿的多掏钱买一个只此一家的外挂测光表，这大概就是所谓的皆大欢喜。日久天长，测光表在机身上生了根，成了不可分割的一部分。进一步的的改良是测光显示被放到了取景器内，免去了把眼睛从取景器上移开去看测光数据的麻烦。

 世界上第一台成功加入TTL测光的Topcon Super D是真正的全开光圈TTL测光，但第一台成功市场化的TTL测光单反Spotmatic采用的是所谓的收缩光圈测光。镜头本身是自动光圈没错，但是在镜头座的左边有一个开关，推上去，光圈收缩才能显示实际的测光值。不能说不方便准确，但是却把自动光圈的问题带了回来，大家又要忍受那痛苦的眼前一暗。这种设计和螺口本身的结构也有关系(螺口镜头的光圈环不能准确的和机身耦合)，但是收缩光圈测光作为一种成功的方式被保留了下来，顺带着M42的流行贻害了无数家相机厂家，那是另一个故事，这里暂且不表。当时同样收缩光圈测光的卡口也有佳能FL等不多的几种，基本上也是因为机械结构的限制造成光圈耦合很难实现。这几家后来依靠在卡口/螺口内增加耦合机构的方式实现了全开光圈测光，但那已经是尼康，美能达用卡口实现全开光圈TTL测光很多年以后的事情了。

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