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照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的，并通过镜头，把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。

摄影时，控制合适的曝光量，也就是控制到达感光材料上的合适的光子量。因为银盐感光材料接收光子量的多少有一限定范围，光子量过少形不成潜影核，光子量过多形成过曝，图像 又不能分辨。照相机是用光圈改变镜头通光口径大小，来控制单位时间到达感光材料的光子量，同时用改变快门的开闭时间来制曝光时间的长短。

从完成摄影的功能来说，照相机大致要具备成像、曝光和辅助三大结构系统。成像系统包括成像镜头、测距调焦、取景系统、附加透镜、滤光镜、效果镜等；曝光系统包括快门机构、光圈机构 、测光系统、闪光系统、自拍机构等；辅助系统包括卷片机构、计数机构、倒片机构等。

镜头是用以成像的光学系统，由一系列光学镜片和镜筒所组成，每个镜头都有焦距和相对口径两个特征数据；取景器是用来选取景物和构图的装置，通过取景器看到的景物，凡能落在画面框内的部分，均能拍摄在胶片上 ；测距器可以测量出景物的距离，它常与取景器组合在一起，通过连动机构可将测距和镜头调焦联系起来，在测距的同时完成调焦。

光学透视或单镜头反光式取景测距器都须手动操作，并用肉眼判断。此外还有光电测距、声纳测距、红外线测距等方法，可免除手动操作，又能避免肉眼判断带来的误差，以实现自动测距。

快门是控制曝光量的主要部件，常见的快门有镜头快门和焦平面快门两类。镜头快门是由一组很薄的金属叶片组成，在主弹簧的作用下，连杆和拨圈的动作使叶片迅速地开启和关闭 ；焦平面快门是由两组部分重叠的帘幕(前帘和后帘)构成，装在焦平面前方附近。两帘幕按先后次序启动，以便形成一个缝隙。缝隙在胶片前方扫过，以实现曝光。

光圈又叫光阑，是限制光束通过的机构，装在镜头中间或后方。光圈能改变能光口径，并与快门一起控制曝量。常见的光圈有连续可变式和非连续可变式两种。

自拍机构是在摄影过程中起延时作用，以供摄影者自拍的装置。使用自拍机构时，释放延时器，经延时后再自动释放快门。自拍机构有机械式和电子式两种，机械式自拍机构是一种齿轮传动的延时机构，一般可延时8～12秒 ；电子式自拍机构利用一个电子延时线路控制快门释放。

16世纪初，意大利画家根据“小孔成像”的原理，发明了一种“摄影暗箱”。画家达?芬奇在笔记中对它做了记载。他写道：光线通过一座暗室壁上的小于L，在对面的墙上形成一个倒立的像。当然，它只会投影，要用笔把投影的像描绘下来。接着，又有人对“摄影暗箱”进行了改进。比如：增加一块凹透镜，使倒立着的像变成了正立像，看起来舒适多了；增加一块呈45度角的平面镜，使画面更清晰逼真。然而，这时候的“摄影暗箱”虽具有照相机的某些特性，但仍不能称为照相机，因为它不能将图像记录下来。

直到18世纪初中期，人们发现了感光材料，特别是达孟尔发现的感光材料碘化银，仿佛给照相机的问世注入极有效的催产剂。于是，在“摄影暗箱”上装上达孟尔的银版感光片，就诞生了人类历史上架真正的照相机。照相机的问世轰动了世界。许多高官达贵要求拍摄自己的肖像照，尽管那时候要照一张相就像受一场刑罚一样。初期的照相机体积庞大，十分笨重，携带十分不便。且照相时要选择好天气，在晴天的中午，让照相的人在镜头前端端正正地坐半小时左右。为了让自己的姿容永留人间，养尊处优的们只好耐着性子忍受这一苦楚。新事物的产生，对世界必定产生一定的冲击力。