ТЕМА 2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ФОТОГРАФИЧЕСКОГО АППАРАТА

Фотоаппарат – это оптико-механический или оптико-механически-электронный прибор, предназначенный для получения одиночного изображения на светочувствительном материале. В качестве светочувствительного материала применяется фотоплёнка или фотографическая матрица.

Основные узлы фотоаппарата:

1. корпус. Защищает светочувствительный материал от засветки посторонним светом в процессе съёмки. Вместе с оправой объектива или объективной доской может служить для наводки на резкость. Служит для соединения всех остальных узлов в единое целое;

2. затвор. Предназначен для дозирования доступа света к фотоматериалу;

3. объектив — оптическая система, формирующая оптическое изображение на светочувствительном материале;

4. устройство для расположения светочувствительного материала. В зависимости от формата плёнки или вида матрицы это устройство может иметь различную конструкцию и размеры.

К дополнительным устройствам фотоаппарата относят: видоискатель, механизм фокусировки, экспонометрический узел, транспортирующий механизм, встроенную фотовспышку, информационный дисплей и др.

Классификация затворов:

1. по принципу действия:

- центральные;

- шторно-щелевые;

- затвор-жалюзи;

2. по месту установки:

- апертурные - располагаются внутри объектива или возле него;

- фокальные – располагаются непосредственно возле фотоматериала (вблизи фокальной плоскости).

В цифровых фотоаппаратах выделяют также электронный затвор — это переключатель, встроенный в сенсор, который включает сенсор на приём светового потока и выключает его по команде процессора.

Основные узлы затвора:

1. световые заслонки – предназначены для перекрывания светового потока, проходящего через затвор;

2. механизм регулирования величины открытия затвора (времени открытия) – выдержка. Обычные фотоаппараты имеют большой диапазон выдержек от долей секунды до секунд;

3. механизм привода затвора: ручной или автоматический при помощи электродвигателя.

Дополнительные узлы затвора:

1. автоспуск – предназначен для срабатывания затвора через некоторое время после его включения;

2. синхроконтакт – предназначен для синхронизации работы затвора с импульсным источником света.

Характеристики затвора:

1. изменение освещённости в плоскости кадра во время срабатывания затвора;

2. КПД затвора;

3. равномерность освещения поля кадра;

4. диапазон выдержек;

5. точность отработки установленной выдержки.

Центральный затвор, как правило, устанавливается между линзами объектива или непосредственно за задней линзой. Он представляет собой ряд тонких сегментов, приводимых в действие системой пружин и рычагов. При экспонировании сегменты открывают действующее отверстие объектива симметрично относительно его центра и, следовательно, сразу освещают поверхность светочувствительного элемента.

Рис. 2.1. Затвор-диафрагма

КПД центрального затвора составляет от 0,3 до 0,5; минимальная выдержка, как правило, не короче 1/500 с.

В качестве датчика времени в центральных затворах чаще всего используется простейший часовой анкерный механизм, а на коротких выдержках время открытия затвора регулируется силой натяжения пружин. Последние модели центральных затворов имеют электронный дозатор выдержки. В этих затворах лепестки удерживаются в открытом состоянии электромагнитами.

Преимущества центрального затвора.

Имеет простую конструкцию, поэтому доступен для дешёвых фотоаппаратов.

Поскольку затвор освещает сразу весь кадр, так как расположен далеко от плёнки, то с таким затвором возможно применение вспышки на любой выдержке.

Так как затвор расположен далеко от плёнки, то освещение кадра более равномерное.

Не искажают фотографическое изображение эффектами временно́го параллакса, так как весь кадр экспонируется одновременно.

Устойчиво работает на морозе, в отличие от тканевых шторных затворов.

Недостатки центрального затвора.

Относительная сложность устройства (кроме простейших затворов с одной выдержкой).

Сложность получения коротких выдержек. Это связано с тем, что тонкие лепестки затвора подвергаются большим нагрузкам (за очень короткое время они должны разогнаться до скорости несколько метров в секунду и более, а затем остановиться без отскоков и деформации). На практике затворы с выдержками короче 1/250 с ставят только в дорогие камеры.

Сложность применения в однообъективных зеркальных камерах — для визирования затвор приходится держать открытым, а кадровое окно на это время закрывать от света другим механизмом.

Оптически наивыгоднейшее место для расположения центрального затвора — между линзами объектива. Для использования сменных объективов либо приходится применять залинзовый затвор, либо сильно удорожать объективы, встраивая затвор в каждый из них.

Центральный затвор во время открывания и закрывания дополнительно диафрагмирует объектив, что при короткой выдержке и открытой диафрагме может сказаться на характере изображения.

Фокальный затвор располагается вблизи фокальной плоскости, то есть непосредственно перед светочувствительным материалом. По принципу действия фокальные затворы обычно относятся к шторным (шторно-щелевым). Такой затвор представляет собой пару шторок (из прорезиненной ткани или тонких металлических ламелей). Затвор приводится в действие системой пружин или электродвигателем (рис. 2.2.).

Рис. 2.2.Фокальный затвор с металлическими ламелями

Затвор может быть с вертикальным или горизонтальным ходом штор. Горизонтальный ход, как правило, имеют затворы с прорезиненными шторками, вертикальный — с ламелями. В случае 35-мм фотокамер затвор с вертикальным ходом позволяет при равной линейной скорости движения шторок получить в 1,5 раза более короткую выдержку синхронизации, поскольку проходимый шторами путь в 1,5 раза короче (24 мм вместо 36 мм у затворов с горизонтальным ходом).

КПД шторного затвора доходит до 0,95, а минимальная выдержка достигает 1/12000 с.

Временной параллакс, вызванный шторно-щелевым затвором (рис. 2.3.). При съёмке быстро движущихся объектов шторный затвор искажает их изображение. Оно в зависимости от направления движения объекта по отношению к фотоаппарату несколько суживается по ширине, или верхние части изображения слегка смещаются по отношению к нижним. Такие искажения слабо заметны и не играют роли при обычном фотографировании. Но их надо учитывать при технической или научной съемке. Это явление

Рис. 2.3. Временной параллакс, вызванный шторно-щелевым затвором

На морозе шторный затвор из прорезиненной ткани может работать недостаточно точно и даже полностью отказывать, так как шторки теряют эластичность.

Шторный затвор требует тщательной регулировки, так как равномерность экспозиции по площади кадра напрямую зависит от равномерности и согласованности хода шторок. Конструкция же шторного затвора может быть относительно простой, как, например, классический затвор О. Барнака, широко применявшийся на камерах Leica и многих других во всем мире, включая советские ФЭД, «Зоркий», «Зенит» и «Ленинград».

В старых фотокамерах взвод шторного затвора осуществлялся специальным маховиком или рычагом (курком) вместе с перемоткой пленки. В современных аппаратах оба этих процесса выполняют электродвигатели. В механических версиях затворов этого типа выдержки отрабатываются механически (натяжение пружин и т. п.) В электро-механических, как правило, механически отрабатывается лишь одна (реже две) наикратчайшая выдержка. Весь диапазон остальных выдержек реализуется за счёт придерживания второй шторы электромагнитом. Другими словами, полноценно электро-механический затвор может работать лишь при работоспособных элементах питания, в то время как механический от них независим.

Преимущества шторно-щелевого затвора:

1. большой диапазон выдержек;

2. не препятствует применению сменной оптики.

Недостатки шторно-щелевого затвора:

1. временной параллакс;

2. возможно нарушение освещения кадра из-за различной скорости движения шторок;

3. не все выдержки пригодны для съёмки с импульсными источниками света.

Электронные затворы применяются в современной цифровой фототехнике, и представляют собой не отдельное устройство, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания информации с нее. Применение электронного затвора позволяет достичь более коротких выдержек (в том числе и выдержки синхронизации со вспышкой) без использования более дорогостоящих высокоскоростных механических затворов.

Из недостатков электронного затвора можно выделить искажение изображения, вызванное последовательным чтением ячеек, а также повышенной вероятностью возникновения блюминга (например, при попадании в кадр солнца). Блюминг (от англ. bloom — цветок) в ПЗС — это эффект «растекания» избыточного заряда от пересвеченных областей матрицы ПЗС в соседние ячейки. Основная причина возникновения — ограниченная ёмкость потенциальной ямы для фотоэлектронов в ячейке.

Термин «электронный затвор» часто используется вместо термина «электронно-управляемый механический затвор».

Видоискательпредназначен для определения границ снимаемого кадра. Типы видоискателей:

1. рамочный – представляет собой отверстие в корпусе фотоаппарата, по форме соответствующее форме кадра. Границы отверстия примерно соответствуют тому изображению, которое будет получаться на кадре. Применяется в простых, чаще одноразовых фотоаппаратах;

2. оптический видоискатель – представляет собой систему из двух линз, расположенных по разные стороны корпуса фотоаппарата. Ближайшая к фотографу линза является окуляром. Оптический видоискатель захватывает пространство, как правило, большее, чем объектив, поэтому в поле зрения видоискателя часто наносятся метки, определяющие границы кадра.

У видоискателей первого и второго типа есть недостаток, называемый параллаксом. Это связано с тем, что оптическая ось видоискателя и оптическая ось объектива не совпадают. Поэтому изображение в видоискателе не совсем совпадает с тем изображением, которое строит объектив;

3. зеркальный видоискатель представляет собой устройство, в состав которого входят объектив, поворотное зеркало, пентапризма с матовым стеклом, окуляр. Особенность этого видоискателя в том, что объектив используется и для съёмки, и для визирования. Поворотное зеркало находится под углом 45° к оптической оси объектива и предназначено для направления световых лучей, идущих от объектива, на матовое стекло, на котором строится изображение. Во время срабатывания затвора зеркало подымается, световые лучи от объектива через затвор попадают на плёнку, после экспонирования зеркало возвращается назад. Пентапризма предназначена для восстановления перевёрнутого вверх ногами изображения, которое строится на матовом стекле от объектива.

Механизм фокусировки (механизм наводки на резкость) предназначен для построения на фотоплёнке резкого чёткого оптического изображения. Способы наводки на резкость:

1. резкость не наводится (жёстко фиксированный объектив). В этом случае объектив даёт усреднённую резкость на наиболее часто применяемом расстоянии. Применяется в простых фотоаппаратах;

2. наводка на резкость по шкале расстояний или символов. На глаз определяется расстояние до объекта, затем вращая кольцо объектива, устанавливают соответствующее значение. Применяется в любительских фотоаппаратах;

3. фокусировка с помощью дальномера. В поле зрения видоискателя виден фрагмент этого же изображения другого оттенка, смещённое в сторону. Для наводки на резкость необходимо, вращая кольцо объектива установить (наложить) этот фрагмент на соответствующее место. Способ удобен в эксплуатации, позволяет снимать при малой освещённости;

4. фокусировка по матовому стеклу. Применяется в зеркальных фотоаппаратах. Этот способ более точный, но требует хорошей остроты зрения. Способ является субъективным, поскольку нет точного определения чёткости изображения. Этот способ наводки на резкость требует хорошей освещённости объекта съёмки. Принцип фокусировки заключается в следующем: аппарат наводится на объект съемки и кольцо объектива вращается до тех пор, пока изображение, наблюдаемое на матовой поверхности стекла видоискателя, не станет наиболее чётким. Для улучшения качества наводки на резкость по матовому стеклу используют дополнительные устройства. К ним относятся:

- микрорастр – он представляет собой кружок, находящийся в центре матового стекла, и состоит из маленьких оптических деталей. При наводке на резкость на микрорастре изображение будет изламываться и бликовать. При правильной наводке на резкость изломы и блики исчезнут;

- оптический клин – представляет собой кружок, находящийся в центре матового стекла, разделённый пополам горизонтальной линией. Для наводки на резкость на объекте съёмки отыскивается прямая линия, проходящая поперёк границы раздела кружка. При неправильной наводке на резкость часть линий изображений будет сдвинута в сторону. Вращая кольцо объектива, её возвращают на место;

- лупа – применяется для увеличения изображения, наблюдаемого на матовом стекле;

5. автоматическая фокусировка (автофокус). Принцип наводки на резкость: в поле зрения видоискателя находится несколько символов, аппарат наводится на объект съёмки, ближайший символ к сюжетно-важной части включается соответствующей кнопкой, происходит автофокусировка, после чего съёмка. Принцип автофокусировки заключается в следующем: на корпусе фотоаппарата есть источник инфракрасного излучения, инфракрасный луч посылается на объект съёмки, отражается, улавливается на фотоаппарате приёмным устройством, процессором рассчитывается ход луча, определяется расстояние.

Экспонометрический узел предназначен для определения с достаточной степенью точности экспонометрических параметров: выдержки и диафрагмы. Виды экспонометрических устройств:

1. встроенный экспонометр. Это устройство работает независимо от остальных узлов фотоаппарата. Оно состоит из светоприёмника, расположенного над объективом, гальванометра и калькулятора. Принцип работы: на калькуляторе устройства устанавливается чувствительность плёнки, затем аппарат направляется в сторону объекта съёмки, после этого вращается наружное кольцо калькулятора и на гальванометре совмещается бегающий символ со стрелкой гальванометра. После этого на калькуляторе можно считывать экспозиционные параметры: для съёмки годятся значения выдержки и диафрагмы, расположенные друг против друга;

2. полуавтоматическое экспонометрическое устройство (экспонометр системы TTL - Through The Lens). В состав этого устройства входят: источник питания; светоприёмник, находящийся внутри фотоаппарата, на который попадает свет, проходя через объектив; узел установки чувствительности плёнки; узел установки выдержки; система индикации в видоискателе. Принцип работы: устанавливается чувствительность плёнки, устанавливается предполагаемая выдержка, затем аппарат наводится на объект съёмки, включается экспонометр, потом вращая кольцо диафрагменного устройства, необходимо добиться равновесия в системе индикации. Если после вращения диафрагменного кольца равновесие не достигнуто, то необходимо установить другую выдержку и начать всё заново;

3. автоматическое экспонометрическое устройство. Принцип работы основан на экспонометре системы TTL. Отличается лишь тем, что чувствительность плёнки в плёночных фотоаппаратах может считываться автоматически с кассеты (DX-код). В цифровых фотоаппаратах чувствительность задаётся фотографом. Порядок работы: устанавливается выдержка (при работе в режиме приоритета выдержки), аппарат наводится на объект съёмки и при съёмке он самостоятельно определяет диафрагму и отрабатывает её. Отрабатываемые параметры отражаются в системе индикации. По аналогичному принципу аппарат может работать с приоритетом диафрагмы. Применяется в профессиональной и полупрофессиональной технике;

4. программное экспонометрическое устройство. Автоматическое устройство, которое в зависимости от освещённости и чувствительности плёнки самостоятельно определяет и отрабатывает оба параметра: выдержу и диафрагму по определённой программе. Применяется в любительских фотоаппаратах.

Транспортирующий механизм предназначен для зарядки плёночного фотоаппарата, перемотки плёнки на один кадр во время съёмки и обратной перемотки плёнки.

Встроенная фотовспышка. Встречается в любительских и некоторых профессиональных фотоаппаратах. В любительских фотоаппаратах при съёмке с близкого расстояния является основных источником света, что позволяет любителям снимать при недостаточной освещённости. В профессиональных фотоаппаратах встроенная вспышка используется для подсветки на близких расстояниях, а также для «запуска» других импульсных источников света через световой синхронизатор (в случаях использования этого вида синхронизации).

Информационный дисплей располагается на корпусе фотоаппарата. Отражает всю информацию о работе фотоаппарата: выдержка, диафрагма, заряд источника питания, вид плёнки и её длина (для плёночных фотоаппаратов), чувствительность и пр.