相机能不能不要镜头，直接让感光元件对着物体拍？为什么一定要有个镜头？
相机不要镜头的确可以借助“小孔成像”原理拍照；但那样的相机几乎没有实用价值。
想要搞明白为什么，先得知道成像原理。
小孔成像
物体之所以能被我们看见，是因为它上面的每一点都会发射出光线。这个光线可能来自它自身，也可能是反射的阳光、灯光。
换句话说，我们可以把一张照片看成“成千上万个不同颜色和亮度的小灯珠整齐排列组合而成”的：
当小灯珠足够小时，它们组成的画面看起来就变得细腻了：
知道了这个原理后，假设有如下装置：
左侧有一个人，中间一个有小孔的板子K；K右侧是暗室，有一个和板子K平行的幕布P。
那么，人头部的一个点a，它就好像一个小灯泡一样，把光线向四周辐射（当然，它实际上是反射的灯光或者阳光），这叫漫反射。
很显然，点a辐射出去的光线都会被板子K挡住；唯有a射到板子K上面的小孔里面的那条光线才能射进暗室、并在幕布P上照亮一个小光斑A。
类似的，人腰部的一个点b也是一样的：自它射出的光线绝大多数被板子K挡住了，只有其中一条能照到B。
最终，幕布P上面就会出现左侧那个人的倒立像。
现在，把感光胶片贴到幕布P之前，它上面的每个点就会被人身上对应点发出的光照亮，继而发生光化学反应，这就把人的影像记录下来了。
因此，相机不用镜头，只要用一张不透明的遮板挡在感光元件之前，再在遮板上戳个洞，它一样能拍摄照片。
但是，小孔成像有个严重的问题，那就是能通过“小孔”的光太少了；光太少，那么感光元件上面得到足够的信息、拍摄清晰照片所需的时间就会大大延长。这就使得用小孔当镜头的话，相机就需要很长时间来曝光。于是，静物还可以拍，动态画面就拍不下来了。
那么，能否把小孔戳大些呢？答案是不行。如下图：
当小孔扩大后，的确有更多自点a发出的光通过它；但通过它的光不再是在幕布P上照出一个小光点，而是一个大光斑。孔越大，光斑就越大。物体上各点发出的光形成的光斑之间相互干扰，就使得最终成像变得模糊，乃至完全消失——这就是透过窗户的光并不能把室外景物投射到墙上的原因。
利用简单的几何学知识，很容易找到物-孔-像之间的制约关系。
当然，小孔也不能无限缩小。再小，光的衍射效应就会出现。不过这就和主题无关了。
总的来说，小孔相机等效光圈通常在f/100∼f/300之间；而普通镜头光圈一般在f/1.4∼f/16之间。
进光量大约正比于光圈值的平方的倒数，也就是说两者进光量差距在2500倍以上——换句话说，相机白天室外拍摄，快门速度1/500秒足以拍到高质量照片，而小孔相机哪怕白天都得曝光数秒，这才能拍出照片来。
凸透镜成像
那么，能否突破小孔成像的制约呢？
答案当然是：可以。
这就是我们初中学过的凸透镜成像：
凸透镜表面是球体的一部分；光线经过透明物（如玻璃）和空气的交界面时，会因为介质光速的不同而产生折射。此时，在合适的物距-焦距-像距约束下，来自物体某点的、通过凸透镜的所有光重新聚集为一点。
你看，现在我们就相当于既把“小孔”扩大到了镜头尺寸、却又规避了光斑扩散问题，大幅提高了像的亮度。
此时，拍摄快速移动的物体终于成为可能。
当然，有时候物体过亮、或者我们想要放慢拍摄过程（从而拍出更有动感的“拖影”）但却又不想曝光过度。此时我们就需要主动缩小“光圈”，让进入相机的光变少一些。
另一个麻烦是，如你所见，凸透镜的确增加了光通量；但它也使得物平面、像平面以及镜头焦距之间必须满足固定的约束关系。距离差一点点都可能导致“失焦”，俗称“拍糊了”。我们不得不调整像距、使得拍摄出来的照片清晰，这就叫“对焦”。
更复杂的是，不同光圈/焦段的组合还会产生不同的“景深”；当你想要创作一张满意的照片时，这些都会影响最终的成像品质。
凸透镜带来的另一个问题是：我们中学物理课堂讨论的那玩意儿叫理想透镜；但现实中的透镜并不是理想的。比如，不同颜色的光在通过透明体时会有不同的折射率。
换句话说就是：同一个凸透镜，红光穿过它时，它的焦距为f1；紫光穿过时，它的焦距是f2，而f1≠f2——这就意味着来自物体的光线的紫色分量和红色分量不可能同时聚焦，这可能使得物体色彩变淡、边缘模模糊糊有一圈色边。这叫“色散”，照片种物体边缘的色边叫“紫边”。
为了消除这个问题，好的相机镜头需要通过多片透镜/组以及非球面透镜等等来抵消色散：
当然，上图中那一大堆镜片并不都是为了抵消色散。比如，其中一些镜片是为了提高成像清晰度、降低各种失真（球差、彗差、畸变、色差）而设计的；镜片之间的不同距离组合也会改变镜头的焦距，这就是“变焦镜头”。
凹面镜成像
我们还学过“凹面镜借助反射形成实像”，那么，如果利用这个原理制造镜头，是不是就无需考虑色散问题了呢？
没错。这就是牛顿反射望远镜：
一些长焦镜头也是同样的原理：
不过，折射式镜头难以控制光圈大小、几乎只能拿来做长焦镜头；并且，因为中间的遮挡，使得它的“焦外模糊”是特殊的“甜甜圈”状的，这会在拍摄人像等场景时严重影响最终效果。
综上，当我们不满足于“在严苛的约束下拍出照片”，而是想要在更多场景、更复杂的状况下、按照我们的心意创作时，我们就不得不购买和使用精心设计的、光圈更大、焦段更多、精度更高、色散更小的镜头了。