Устройство пленочного (аналогового) фотоаппарата

Современный фотоаппарат с автоматической фокусировкой обоснованно сравнивают с глазом человека. На рис. 1 слева, схематически показан глаз человека. При открывании века световой поток, формирующий изображение, проходит через зрачок, диаметр которого регулируется радужной оболочкой в зависимости от интенсивности света (ограничивает количество света), затем он проходит через хрусталик, преломляется в нем и фокусируется на сетчатке, которая преобразует изображение в сигналы электрического тока и передает их по зрительному нерву в мозг.

Рис. 1. Сравнение глаза человека с устройством фотоаппарата

На рис. 1 справа, схематически показано устройство фотоаппарата. При фотографировании заслонка открывается (регулирует время освещения), световой поток, формирующий изображение, проходит через отверстие, диаметр которой регулируется диафрагмой (регулирует количество света), затем он проходит через объектив преломляется в нем и фокусируется на фотоматериале, который регистрирует изображение.

Пленочный (аналоговый) фотоаппарат – оптико-механический прибор, с помощью которого производится фотосъемка. Фотоаппарат содержит взаимосвязанные механические, оптические, электрические и электронные узлы (рис. 2). Фотоаппарат общего назначения состоит из следующих основных частей и органов управления:

- корпус со светонепроницаемой камерой;

- объектив;

- диафрагма;

- фотографический затвор;

- кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;

- видоискатель;

- фокусировочное устройство;

- фотопленка;

- кассета (или иное приспособление для размещения фотопленки)

- устройство транспортировки пленки;

- фотоэкспонометр;

- встроенная фотовспышка;

- элементы питания камеры.

В зависимости от назначения и конструкции фотографические аппараты имеют различные дополнительные приспособления для упрощения, уточнения и автоматизации процесса фотосъемки.

Рис. 2. Устройство плёночного (аналогового) фотоаппарата

Объектив (от латинского objectus – предмет) – оптическая система, заключенная в специальную оправу, обращенная к объекту съемки и образующая его оптическое изображение. От свойств объектива в значительной степени зависит характер и качество фотографического изображения. Объективы бывают постоянно-встроенными в корпус камеры или сменными. Объективы, в зависимости от отношения фокусного расстояния к диагонали кадра, принято подразделять на нормальные, широкоугольные и телеобъективы.

Объективы с переменным фокусным расстоянием (зум-объективы) позволяют получать изображения разного масштаба при неизменном съемочном расстоянии. Отношение наибольшего фокусного расстояния к наименьшему называют кратностью объектива. Так, объективы с переменным фокусным расстоянием от 35 до 105 мм называют объективами с 3х-кратным изменением фокусного расстояния (3-х-кратным зумом).

Диафрагма (от греческого diaphragma) – устройство, с помощью которого ограничивается пучок лучей, проходящих через объектив, для уменьшения освещенности фотоматериала в момент экспонирования и изменения глубины резко изображаемого пространства. Этот механизм реализован в виде ирисовой диафрагмы, состоящей из нескольких лепестков, перемещение которых обеспечивает непрерывное изменение диаметра отверстия (рис. 3).

Рис. 3. Механизм ирисовой диафрагмы состоит из ряда перекрывающихся пластин

Фотографический затвор – устройство, с помощью которого обеспечивается воздействие световых лучей на фотоматериал в течение определенного времени, называемого выдержкой. Открытие затвора происходит по команде фотографа при нажатии кнопки спуска или с помощью программного механизма – автоспуска. Выдержки, которые отрабатываются фотографическим затвором, называют автоматическими. Существует стандартный ряд выдержек, измеряемых в секундах:

…

…

…

1/2

1/4

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

…

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 2 раза. Переходя от одной выдержки (например 1/125) к соседней, мы увеличиваем (1/60) или уменьшаем (1/250) время экспонирования фотографического материала в два раза.

По устройству затворы подразделяют на центральные (створчатые) и шторно-щелевые (фокально-плоскостные).

Центральный затвор имеет отсекатели света, состоящие из нескольких металлических лепестков-створок, концентрически расположенных непосредственно возле оптического блока объектива или между его линзами, приводимые в действие системой пружин и рычагов (рис. 4). Центральные затворы автоматически отрабатывают выдержки в диапазоне от 1 до 1/500 секунды.

Рис. 4. Некоторые типы центральных затворов: слева – с отсекателями света одностороннего действия; центр – с отсекателями света двустороннего действия; справа – с отсекателями света, выполняющими функции затвора и диафрагмы

Принцип действия центрального затвора обеспечивает высокую равномерность освещенности получаемого изображения. Центральный затвор позволяет применять фотовспышку практически во всем диапазоне выдержек. Недостатком центральных затворов является ограниченная возможность получения коротких выдержек, связанная с большими механическими нагрузками на отсекатели, при увеличении скорости их движения.

Шторно-щелевой затвор имеет отсекатели, в виде шторок (металлической – латунной гофрированной ленты) или набора подвижно скрепленных лепестков-ламелей (рис. 5), выполненных из легких сплавов или углепластика, расположенные в непосредственной близости от фотоматериала (в фокальной плоскости). Их преимущество – высокая точность отработки выдержек.

Рис. 5. Шторно-щелевой затвор (движение шторок поперек кадрового окна)

Шторно-щелевой затвор позволяет применять различные сменные объективы, так как не связан механически с объективом. Такой затвор обеспечивает выдержки до 1/12000 c. Использование импульсных источников света при шторно-щелевом затворе возможно только при таких выдержках (выдержка синхронизации), при которых ширина щели обеспечивает полное открытие кадрового окна. В большинстве фотоаппаратов такими выдержками являются: 1/30, 1/60, 1/90, 1/125, 1/250 с.

Фотоэкспонометр – электронный прибор для определения экспозиционных параметров (выдержки и диафрагменного числа) при данной яркости объекта съемки и заданной светочувствительности фотоматериала. В автоматических системах поиск такого сочетания называется отработкой программы. Для повышения точности определения экспозиционных параметров, особенно в тех случаях, когда съемка производится с применением сменных объективов, различных приставок и насадок, существенно влияющих на светосилу объектива, фотоэлементы экспонометрических устройств размещают за объективом. Такая система замера светового потока получила наименование TTL (англ. Through the Line – «сквозь линзу/объектив»). Один из вариантов этой системы показан на схеме зеркального видоискателя (рис. 6). Датчик экспозамера, являющийся приемником световой энергии, освещается светом, прошедшим через оптическую систему объектива, установленного на фотоаппарате, включая светофильтры, насадки и другие устройства, которыми в данный момент может быть оснащен объектив.

Видоискатель – оптическая система, предназначенная для точного определения границ пространства, входящего в пределы поля изображения (кадра).

Оптические видоискатели – содержат только оптические и механические элементы и не содержит электронных.

Параллаксные видоискатели представляют собой отдельную от съемочного объектива оптическую систему. Из-за несовпадения оптической оси видоискателя с оптической осью объектива возникает параллакс. Влияние параллакса зависит от угла поля зрения объектива и видоискателя. Чем больше фокусное расстояние объектива и, соответственно, меньше угол поля зрения, тем больше параллактическая ошибка. Преимуществом параллаксного видоискателя является его независимость от съёмочного объектива, что позволяет достичь большей яркости изображения и получить уменьшенное изображение с четкими границами кадра.

Телескопический видоискатель (рис. 6).

Беспараллаксные видоискатели.

Зеркальный видоискатель состоит из объектива, отклоняющего зеркала, фокусировочного экрана, пентапризмы и окуляра (рис. 6). Пентапризма переворачивает изображение в прямое. Отклоняющее зеркало во время кадрирования и фокусировки отражает практически 100% поступающего через объектив света на матовое стекло фокусировочного экрана (при наличии автоматики фокусировки и экспозамера часть светового потока отражается на соответствующие датчики).

Рис. 6. Схемы телескопического и зеркального видоискателей

Фокусировка заключается в установке объектива относительно поверхности фотоматериала (фокальной плоскости) на таком расстоянии, при котором изображение на этой плоскости получается резким. Получение резких изображений определяется соотношением между расстояниями от первой главной точки объектива до объекта съемки и от второй главной точки объектива до фокальной плоскости. На рис. 7 показаны пять различных случаев расположения объекта съемки и соответствующие им положения изображения:

Рис. 7. Связь между расстоянием от главной точки объектива О до объекта К и расстоянием от главной точки объектива О до изображения объекта К'

Пространство слева от объектива (перед объективом) называют пространством предметов, а пространство справа от объектива (за объективом) – пространством изображений.

1. Если объект находится в «бесконечности», то его изображение получится за объективом в главной фокальной плоскости, т.е. на удалении, равном главному фокусному расстоянию f.

2. По мере приближения объекта съемки к объективу его изображение начинает все больше перемещаться в сторону точки двойного фокусного расстояния F’₂.

3. Когда объект будет в точке F₂, т.е. на удалении, равном двойному фокусному расстоянию, его изображение окажется в точке F’₂. Причем, если до этого момента размеры объекта были больше размеров его изображения то, теперь они станут равны.

4. При перемещении объекта дальше в сторону F₁ его изображение будет получаться за F’₂ и по размерам будет больше самого объекта.

5. Когда объект окажется в точке F₁, пришедшие от него лучи за объективом образуют параллельный пучок и изображения не получится.

При крупномасштабных съемках (макросъемка) объект располагают на близком расстоянии (иногда меньшем, чем 2f) и применяют различные приспособления для выдвижения объектива на большее расстояние, чем это позволяет оправа.

Таким образом, для получения резкого изображения снимаемого объекта необходимо перед съемкой установить объектив на некотором расстоянии от фокальной плоскости, то есть произвести фокусировку. В фотоаппаратах фокусировка производится посредством перемещения вдоль оптической оси группы линз объектива с помощью фокусировочного механизма. Обычно управление фокусировкой осуществляется вращением кольца на оправе объектива (может отсутствовать на фотоаппаратах, у которых объектив установлен на гиперфокальное расстояние или в аппаратах в которых предусмотрен лишь режим автоматической фокусировки – автофокус).

Производить фокусировку непосредственно по поверхности фотоматериала невозможно, поэтому применяют различные фокусировочные устройства для осуществления визуального контроля резкости.

Чтобы облегчить наводку объектива на резкость и повысить ее точность, используются различные системы автоматической фокусировки.

Автофокусировка объектива производится в несколько этапов:

- измерение параметра (расстояние до объекта съёмки, максимального контраста изображения, фазового сдвига составляющих выбранного луча, времени задержки прихода отраженного луча и т.п.) чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости и его вектора (для выбора направления изменения сигнала рассогласования и предсказания возможной дистанции фокусировки в следующий момент времени при движении объекта);

- генерация эталонного сигнала, эквивалентного измеряемому параметру и определение сигнала рассогласования системы автоматического регулирования автофокуса;

- подача сигнала на исполнительный механизм фокусировки.

Эти процессы происходят практически одновременно.

Наведение оптической системы на резкость выполняется электродвигателем. Время, затраченное на измерение выбранного параметра, и время отработки сигнала рассогласования механикой объектива определяют быстродействие системы автофокусировки.

Работа системы автофокуса может основываться на различных принципах:

Активные системы автофокусировки: ультразвуковой; инфракрасный.

Пассивные системы автофокусировки: фазовый (применяется в зеркальных плёночных и цифровых фотоаппаратах); контрастный (видеокамеры, незеркальные цифровые фотоаппараты).

Ультразвуковая и инфракрасные системы рассчитывают расстояние до объекта по времени возвращения от объекта съемки фронтов, излученных фотоаппаратом инфракрасных (ультразвуковых) волн. Наличие прозрачной преграды между объектом и фотоаппаратом приводит к ошибочной фокусировке данных систем на данную преграду, а не на объект съемки.

Фазовый автофокус. В корпусе фотоаппарата размещаются специальные датчики, получающие фрагменты светового потока от разных точек кадра с помощью системы зеркал. Внутри датчика расположены две разделительные линзы, которые проецируют двойное изображение объекта фотосъемки на два ряда светочувствительных датчиков, вырабатывающих электрические сигналы, характер которых зависит от количества, попадающего на них света. В случае точной фокусировки на объект два световых потока будут находиться друг от друга на определённом расстоянии, заданном конструкцией датчика и эквивалентным ему эталонным сигналом. Когда точка фокуса К (рис. 9) находится ближе объекта два сигнала сходятся друг к другу. Когда точка фокуса находится дальше объекта – сигналы расходятся дальше друг от друга. Датчик, измерив это расстояние, вырабатывает эквивалентный ему электрический сигнал и, сравнив его с эталонным сигналом с помощью специализированного микропроцессора определяет рассогласование и выдаёт команду на исполнительный механизм фокусировки. Фокусировочные моторы объектива, отрабатывают команды, уточняя фокусировку пока сигналы с датчика не совпадут с эталонным сигналом. Быстродействие такой системы очень высоко и зависит, в основном от быстродействия исполнительного механизма фокусировки объектива.

Рис. 9. Схема работы фазового автофокуса

Контрастный автофокус. Принцип работы контрастного автофокуса основан на постоянном анализе микропроцессором степени контрастности изображения, и отработке команд на перемещение объектива для получения резкого изображения объекта. Контрастный автофокус характеризуется низким быстродействием, обусловленным отсутствием у микропроцессора исходной информации о текущем состоянии фокусировки объектива (изображение считается изначально нерезким) и как следствие необходимости выдачи команды на смещение объектива от исходного положения и анализа полученного изображения на степень изменения контраста. Если контраст не увеличился, то процессор меняет знак команды на исполнительный механизм автофокуса и электродвигатель перемещает группу линз объектива в противоположном направлении, пока не будет зафиксирован максимум контраста. Когда максимум достигнут, автофокусировка прекращается.

Задержка между нажатием на кнопку спуска затвора и моментом съёмки кадра, объясняется работой пассивного контрастного автофокуса и тем, что в незеркальных фотоаппаратах процессор вынужден считывать с матрицы (ПЗС) весь кадр, чтобы проанализировать на степень контрастности лишь зоны фокусировки.

Фотовспышка. Электронные фотовспышки используются в качестве основного или дополнительного источника света, и могут быть разных типов: встроенная фотовспышка фотоаппарата, внешняя фотовспышка с автономным питанием, студийные фотовспышки.

Импульсные газоразрядные лампы – это мощные источники света, спектральная характеристика которых близка к естественному дневному свету. Длительность импульса – период времени, в течение которого интенсивность импульса снижается до 50% от максимального значения и составляет 1/400 – 1/20000 с и короче.

Ведущее число – мощность фотовспышки, выраженная в условных единицах, равна произведению расстояния от фотовспышки до объекта съемки на диафрагменное число. Ведущее число зависит от энергии вспышки, угла рассеяния светового потока и конструкции отражателя. Обычно ведущее число указывается для фотоматериала чувствительностью ISO 100.

Зная ведущее число и расстояние от вспышки до объекта съемки можно определить необходимую для правильного экспонирования диафрагму по формуле:

Например, при ведущем числе 32 мы получим следующие параметры: диафрагма 8=32/4 (м), диафрагма 5,6=32/5,7 (м) или диафрагма 4=32/8 (м).

Количество света обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света до объекта, поэтому для увеличения эффективного расстояния фотовспышки в 2 раза, при фиксированном значении диафрагмы, необходимо увеличить чувствительность фотоматериала в 4 раза (рис. 11).

Рис. 11. Первый закон освещенности

Например, при ведущем числе 10 и диафрагме 4 мы получим:

- при ISO100 – эффективное расстояние =10/4=2,5 (м)

- при ISO400 – эффективное расстояние =5 (м)

Эффект «красных глаз». При съемке людей со вспышкой их зрачки на снимке могут оказаться красными. Эффект «красных глаз» вызван отражением света испускаемого фотовспышкой от сетчатки на задней поверхности глаза, который возвращается прямо в объектив. Данный эффект характерен для встроенной вспышки из-за близкого расположения ее к оптической оси объектива (рис. 12).

Способы уменьшения эффекта «красных глаз»

Используя для фотосъемки компактную камеру, можно лишь уменьшить вероятность появления эффекта «красных глаз». Проблема также носит и субъективный характер – есть люди, у которых эффект «красных глаз» может появиться даже при съемках без вспышки…

Рис. 12. Схема образования эффекта «красных глаз»

Для снижения вероятности появления эффекта «красных глаз» существует ряд методов в основе которых лежит свойство глаза человека уменьшать размер зрачка при увеличении освещенности. Производится освещение глаз с помощью предварительной вспышки перед основным импульсом или яркой лампой на которую необходимо смотреть фотографируемому.

Единственный надежный способом борьбы с этим эффектом – использование внешней автономной фотовспышки с удлинителем, расположив ее оптическую ось примерно в 60 см от оптической оси объектива.

Транспортировка пленки. Современные пленочные фотокамеры снабжены встроенным моторным приводом, для транспортировки пленки внутри камеры. После каждого снимка пленка автоматически перематывается на следующий кадр и одновременно производится взвод затвора.

Существует два режима транспортировки пленки: покадровый и непрерывный. В покадровом режиме после нажатия на кнопку спуска затвора выполняется один снимок. В непрерывном режиме производится съемка серии кадров до тех пор, пока нажата кнопка спуска затвора. Обратная перемотка отснятой пленки – осуществляется фотоаппаратом автоматически.

Дата добавления: 2014-01-03