2.4.1. Устройство и принцип работы фотоаппарата

Современный фотоаппарат представляет собой электронный оптико-механический прибор для создания оптического изображения объекта на поверхности светочувствительного материала или ПЗС-матрицы.

В момент фотографирования изображение объекта с помощью объектива проецируется на светочувствительный материал в течение определенного промежутка времени, называемого выдержкой. В результате на поверхности светочувствительного материала образуется скрытое изображение объекта съемки, которое после химической обработки превращается в видимое. В случае использования ПЗС-матрицы на ее поверхности образуется совокупность дискретных информационных зарядов, пропорциональных интенсивности падающего на каждую из ее ячеек светового потока.

Несмотря на многообразие выпускаемых моделей фотоаппаратов, все они имеют общие по назначению конструктивные узлы.

Основными конструктивными узлами фотоаппарата являются корпус, объектив, диафрагма, фокусировочное устройство, затвор, видоискатель, экспонометрическое устройство, механизм транспортировки фотопленки, электронная лампа-вспышка, индикаторное устройство.

Корпус является несущей частью фотоаппарата, в которой монтируются все его узлы и механизмы и размещается светочувствительный материал. Корпус должен иметь жесткую конструкцию и изготавливаться из прочного и светонепроницаемого материала: алюминиево-титановых сплавов, поликарбоната. Для уменьшения внутреннего светорассеяния внутренние стенки корпуса должны иметь черную матовую поверхность.

На передней панели корпуса находится объектив, который либо жестко встраивается в корпус, либо крепится на нем с помощью резьбового или байонетного соединения. За объективом со стороны задней панели корпуса имеется кадровая рамка, просвет в которой называется кадровым окном. Кадровое окно определяет размеры поля изображения на светочувствительном материале — формат кадра. Фотографический кадр всегда представляет собой прямоугольник или квадрат, а наибольшим линейным размером в таких геометрических фигурах является диагональ.

Объектив представляет собой систему оптических линз, заключенных в общую оправу и предназначенных для формирования светового изображения объекта съемки и проецирования его на поверхность светочувствительного материала.

Линзы объектива изготавливают из специального высококачественного оптического стекла или из пластических масс (используются лишь в простых фотоаппаратах). В оптическую систему фотоаппаратов высокого класса может входить до 15 линз, а также I сферические зеркала. От свойств объектива в значительной степени зависит качество получаемого изображения.

Оправа объектива обеспечивает правильное положение линз. В оправу объектива вводятся диафрагма, механизмы фокусировки и изменения фокусного расстояния. В оправу объектива наиболеепростых компактных фотоаппаратов монтируют затвор (часто его объединяют с диафрагмой).

К основным параметрам объектива относятся фокусное расстояние и величина относительного отверстия.

Фокусное расстояние — это расстояние от оптического центра объектива до его фокуса; оно характеризует его преломляющую способность, определяет масштаб получаемого изображения и угол зрения объектива. Фокусное расстояние указывается на объективе в миллиметрах.

Масштабом называется отношение размеров изображения к размерам изображаемого объекта. Масштаб прямо пропорционален фокусному расстоянию объектива. Чем больше фокусное рас-; стояние объектива, тем больше размеры получаемого изображения.

Угол зрения объектива характеризует угол охвата предметного пространства. От него зависит та область пространства, которая попадет в кадр. Чем больше угол изображения объектива, тем большая область пространства попадет в кадр и наоборот. Между фокусным расстоянием объектива и углом зрения существует обратно пропорциональная зависимость.

У объективов с большим фокусным расстоянием, превышающем диагональ кадра, угол зрения может составлять от 45° до нескольких градусов. Такие объективы называют длиннофокусными. Они обеспечивают съемку удаленных предметов крупным планом. В то же время подобные объективы не передают объемности и глубины пространства (пространство кажется придвинутым к переднему плану). Они не позволяют производить съемку широкоплановых объектов.

У объективов с нормальным фокусным расстоянием, приблизительно равным диагонали кадра, угол зрения равен углу зрения человеческого глаза (45... 60°). Эти объективы обеспечивают получение изображений с правильной геометрией и нормальное восприятие пространственных соотношений изображенных предметов. Они могут быть использованы практически для всех видов съемок, за исключением крупноплановых портретов вследствие возникающих искажений при съемке с расстояний менее 1,5 м.

Объективы с малым фокусным расстоянием (короткофокусные), у которых фокусное расстояние меньше диагонали кадра, имеют угол зрения больше 60°. Они позволяют осуществлять съемку широкоплановых объектов с близкого расстояния. В то же время эти объективы при съемке разноудаленных объектов с близкого расстояния непропорционально увеличивают глубину пространства.

Величина относительного отверстия объектива является одной из важнейших светотехнических характеристик объектива, определяющей его светосилу — способность формировать на светочувствительном материале световое изображение объекта той или иной степени яркости при данной освещенности объекта съемки.

Различают относительное отверстие объектива геометрическое и эффективное. Геометрическое относительное отверстие объектива выражается отношением диаметра входного зрачка объектива к его фокусному расстоянию, является безразмерной величиной и обязательно указывается наряду с фокусным расстоянием на оправе объектива и в руководстве по эксплуатации.

Величина относительного отверстия выражается дробью, где числитель равен единице, а знаменатель показывает, во сколько раз фокусное расстояние больше диаметра входного зрачка объектива. Обычно диаметр входного зрачка равен диаметру передней линзы объектива. Очень часто величину относительного отверстия объектива обозначают только знаменателем дроби. Чем меньше знаменатель дроби, тем относительное отверстие, а следовательно, и светосила объектива больше, так как больше сама дробь.

Диафрагма предназначена для изменения величины светового отверстия объектива. С помощью диафрагмы регулируют освещенность светочувствительного материала и изменяют глубину резко изображаемого пространства. Наибольшее распространение получила ирисовая диафрагма, отверстие которой образуется несколькими серповидными лепестками (ламелями), расположенными симметрично вокруг оптической оси объектива. В фотоаппаратах может применяться ручное и автоматическое управление диафрагмой.

Автоматическое управление диафрагмой осуществляется экс-понометрическим устройством фотоаппарата в зависимости от условий съемки (яркости снимаемого объекта, светочувствительности фотопленки) и выдержки.

В зависимости от механизма привода диафрагмы могут быть с постоянной установкой на определенное деление шкалы и моргающие, которые постоянно раскрыты и закрываются до необходимой величины лишь при нажатии на кнопку спуска затвора на время выдержки.

Важным свойством объектива, определяющим качество получаемого изображения, является глубина резко изображаемого пространства, характеризующая его способность с необходимой резкостью изображать на светочувствительном материале объекты, расположенные от него на разном расстоянии, и таким образом определять требуемую точность фокусировки.

Расстояние между передней и задней границами резкости называется глубиной резко изображаемого пространства. Для быстрого механического определения границ резко изображаемого пространства на оправы некоторых объективов нанесена шкала глубины резкости, которая представляет собой симметрично расположенные относительно установочного знака диафрагменные числа (величины, обратные величине относительного отверстия объектива). Границы резко изображаемого пространства определяются по шкале расстояний в соответствии с выбранными величинами относительного отверстия диафрагмы.

Фокусировочное устройство объектива предназначено для совмещения создаваемого объективом оптического изображения с плоскостью светочувствительного материала при различных расстояниях от фотоаппарата до объекта съемки.

Фокусировка объектива (наводка на резкость) осуществляется путем перемещения оптического блока объектива или какой-либо его части вдоль его оптической оси. В современных фотоаппаратах фокусировка объектива возможна в пределах от фотографической бесконечности до некоторого минимального расстояния, называемого ближним пределом фокусировки и зависящего от максимального выдвижения объектива.

Диапазон фокусировки объектива фотоаппарата определяется конструкцией механизма фокусировки. В фотоаппаратах может использоваться ручная и автоматизированная система фокусировки. В некоторых простейших компактных фотоаппаратах объективы не имеют механизма фокусировки. Такие объективы, получившие название фикс-фокус, устанавливаются и закрепляются на фотоаппарате, будучи сфокусированными на некоторое постоянное расстояние (обычно на гиперфокальное расстояние).

Под гиперфокальным расстоянием понимается минимальное расстояние от объектива до такой плоскости в пространстве предметов, при фокусировке на которую задняя граница резко изображаемого пространства находится в бесконечности.

Механизм изменения фокусного расстояния объектива позволяет изменять угол поля зрения объектива и масштаб изображения на светочувствительном материале посредством изменения фокусного расстояния объектива. Механизмом изменения фокусного расстояния оснащаются объективы дорогих фотоаппаратов среднего и высокого класса.

Затвор представляет собой механизм фотоаппарата, автоматически обеспечивающий пропускание световых лучей к светочувтвительному материалу в течение заданного промежутка времени (выдержки) при нажатии на кнопку затвора. Затвор состоит из световых заслонок, перекрывающих световой поток, механизма выдержек, отрабатывающего установленное время экспонирования, и привода, обеспечивающего перемещение световых заслонок.

Фотографические затворы различают по принципу работы (центральные и щелевые), по месту расположения световых заслонок (апертурные и фокальные), по конструкции (лепестковые, ламельные, шторные), по конструкции механизма выдержек (механические, электромеханические и затворы с электронным управлением).

Отработка выдержек затвора в фотоаппаратах может осуществляться под действием механической энергии пружин, а также миниатюрным электродвигателем или электромагнитом (в затворах с электронным управлением).

В фотоаппаратах с электронным управлением затвором команда на открытие световых заслонок подается от кнопки затвора, а команда на его закрытие — от электронного блока. Последний может работать в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме с помощью переключателя задается время экспонирования (выдержка), по окончании которого электронным блоком подается команда на закрытие затвора. В автоматическом режиме время экспонирования задается электронным блоком, управляемым от фотоприемника экспонометрического устройства.

Применение затворов с электронным управлением позволяет увеличить рабочий диапазон выдержек посредством бесступенчатой их отработки. Так, затвор с электронным управлением в автоматическом режиме может при необходимости (в зависимости от освещенности и светочувствительности пленки) создать выдержку, отличающуюся от нормированной.

Многие современные фотоаппараты оснащаются затворами с автоспуском, обеспечивающим автоматическое срабатывание затвора через 10... 15 с после его включения, и с синхроконтактом, предназначенным для включения фотовспышки синхронно с работой затвора. Синхронизация необходима, чтобы в момент максимального излучения света фотовспышкой световые заслонки фотозатвора были полностью раскрыты.

Видоискатель служит для определения границ пространства, изображаемого съемочным объективом в пределах кадра и его компоновки.

Для правильного определения границ кадра необходимо, чтобы угловое поле зрения видоискателя соответствовало угловому полю зрения съемочного объектива, а оптическая ось видоискателя совпадала с оптической осью съемочного объектива. При несовпадении этих осей границы изображения, наблюдаемого в видоискателе, не совпадают с границами кадра на светочувствительном материале (явление параллакса). При фотографировании удаленных объектов параллакс незаметен, но возрастает по мере уменьшения дистанции съемки. Современные фотоаппараты могут иметь телескопический или зеркальный (перископический) видоискатель. Компактные фотоаппараты оснащаются телескопическим видоискателем, который располагается в вырезе корпуса фотоаппарата рядом с объективом.

Экспонометрическое устройство в современных фотоаппаратах обеспечивает автоматическое или полуавтоматическое определение и установку экспозиционных параметров — выдержки и диафрагменного числа в зависимости от светочувствительности фотопленки и освещенности (яркости) объекта съемки.

В связи с тем что шкала выдержек и шкала диафрагм построены по принципу удвоения параметров, переключение любой шкалы на соседнее значение приводит к изменению общего количества света, падающего на светочувствительный материал, вдвое. Такое изменение называют изменением экспозиции на одну ступень.

Экспонометрическое устройство состоит из светоприемника, электронной системы управления, индикатора, а также диафрагмы объектива исполнительных органов, управляющих работой затвора и согласующих работу затвора и лампы-вспышки.

В качестве светоприемника в большинстве современных фотоаппаратов используют кремниевые фотодиоды, у которых сопротивление изменяется в обратной зависимости от освещенности полупроводникового кристалла. Они имеют высокую чувствительность, малые инерционность и световую усталость и отличаются высокой температурной стабильностью.

В компактных фотоаппаратах светоприемник экспонометрического устройства располагается на передней панели корпуса, рядом с объективом.

В зеркальных фотоаппаратах высокого класса светоприемник размещают внутри корпуса фотоаппарата, за объективом, что позволяет автоматически учитывать реальное светопропускание объектива (реальную освещенность светочувствительного материала). Фотоаппараты с замером освещенности внутри корпуса за съемочным объективом имеют международное обозначение TTL или TEE.

Механизм транспортировки пленки служит для перемещения пленки на один кадр, точной ее установки перед объективом и обратной перемотки пленки в кассету после экспонирования. По принципу действия он может быть рычажный, электрический и пружинный. Механизм транспортировки пленки связан со счетчиком кадров, который предназначен для отсчета экспонированных или неэкспонированных кадров.

Электронная лампа-вспышка предназначена для кратковременного освещения объекта съемки при фотографировании в условиях недостаточной естественной освещенности, при съемке объекта против света, а также для подсветки теневых участков объекта при ярком солнце. Фотовспышка может быть встроенной в фотоаппарат или автономной, подсоединяемой к нему с помощью кабеля через синхроконтакт. Могут быть фотовспышки и бескабельные.

Индикаторное устройство служит для индикации режимов съемки и контроля за работой фотоаппарата. В качестве индикаторных устройств в фотоаппаратах используются жидкокристаллические дисплеи (LCD-индикаторы), светодиоды и стрелочные индикаторы.