Ящичные камеры - прототип современных фотоаппаратов - на протяжении сотни лет радовали глаз господ фотографов своей монументальностью и тщательностью отделки. Несложно и сейчас найти фотосалон, где сделают Ваш портрет с помощью такой камеры. Корпус из красного дерева, раздвижной мех-гармошка, объектив, блистающий бронзовой оправой, и таинственное черное покрывало – вот характерные признаки фототехники прошлого века. Ни в «мыльницах», легко умещающихся в кармане джинсов, ни в профессиональных камерах-монстрах не найти и признаков родства с их не столь дальними предками.
Нельзя сказать, чтобы фотографическая техника шла в авангарде технической революции, но она впитала в себя достижения в области технологии, материаловедения, оптики, вычислительной техники, электроники, подпитывая эти области своими возможностями.
Хотя за многие годы существенно изменился внешний облик, принципиально изменились основные узлы, и резко улучшились все характеристики фотоаппарата, его «состав» по сути дела остался неизменным.
Устройство фотоаппарата
Выпускаемые современной промышленностью аппараты отличаются чрезвычайно большим разнообразием конструкций. Для определенности рассмотрим устройство малоформатных аппаратов. Их основными частями являются:
- корпус;
- объектив;
- затвор;
- видоискатель;
- лентопротяжный механизм.
Подавляющее большинство современных фотоаппаратов имеет экспозиционную автоматику, многие из них имеют встроенную вспышку, а также систему автоматической фокусировки и систему автоматического управления.
Корпус фотоаппарата – светонепроницаемая камера, предназначенная для размещения фотопленки, объектива, механизмов и систем фотоаппарата. Корпуса современных фотоаппаратов изготавливаются из пластических масс, сплавов алюминия, магния, титана. Основными требованиями, предъявляемыми к корпусу фотоаппарата, являются: прочность, минимальные тепловые деформации, светонепроницаемость и высокое качество чернения оптического тракта.
Объектив – оптический прибор, с помощью которого строится изображение на фотопленке. Он состоит из системы линз, помещенных в оправу. Поскольку объектив определяет качество получаемого изображения, мы несколько позже подробнее ознакомимся с его устройством и характеристиками.
|
Основные формы линз, встречающиеся в объективах: 1, 2, 3 - собирательные; 4, 5, 6 - рассеивающие |
Затвор фотоаппарата предназначен для точной дозировки времени воздействия света на светочувствительный материал. Это время называется временем экспозиции или выдержкой. Простые аппараты имеют диапазон выдержек 1/30-1/500 с. Затворы аппаратов более высокого класса позволяют экспонировать светочувствительный материал с выдержками от нескольких десятков секунд до 1/8000 с. Многие затворы имеют ручное управление временем экспозиции.
Кроме диапазона выдержек затворы характеризуются равномерностью работы и минимальным временем, при котором происходит полное раскрытие кадрового окна.
В современных аппаратах применяются затворы двух типов: лепестковые или центральные и шторные (шторно-щелевые). Лепестковые затворы устанавливаются либо вблизи апертурной диафрагмы объектива, либо непосредственно за объективом (залинзовые затворы). Они состоят из нескольких (от 2 до 5) тонких металлических или пластмассовых пластин (лепестков), которые при открывании затвора расходятся от оси объектива, а при закрывании затвора – сходятся к оси объектива. Привод лепестков осуществляется от пружинного механизма или от электромагнитов.
Центральные апертурные затворы конструктивно выполнены в составе объектива и являются его неотъемлемой частью. Залинзовые затворы могут входить в состав объектива, быть самостоятельными изделиями или принадлежать фотоаппарату.
Центральные затворы отличаются высокой надежностью, устойчивостью к низкой температуре, равномерностью экспозиции по полю, полным раскрытием кадрового окна при любой выдержке.
|
Схема центрального затвора: а - затвор закрыт; б - затвор открыт. 1 - приводное кольцо; 2 - световые заслонки (лепестки); 3 - ось лепестка; 4 - штифт приводного кольца |
К недостаткам центральных затворов относятся конструктивные сложности применения сменных объективов в зеркальных фотоаппаратах. Здесь имеются две проблемы: во-первых, каждый сменный объектив должен быть снабжен своим затвором, во-вторых, в фотоаппарате должно быть предусмотрено устройство, закрывающее кадровое окно на время визирования. Поэтому такими системами снабжаются лишь дорогие профессиональные камеры типа «Hasselblad», «Mamiya». Другим недостатком центральных затворов является ограниченная скорость затвора (max 1/250-1/500 с). Имеются особые сложности применения центральных затворов в светосильных и зум-объективах.
Шторные затворы выполняются в виде двух шторок, расположенных в непосредственной близости от светочувствительного материала. В процессе экспонирования первая шторка открывает кадровое окно, а вторая – закрывает. Во время коротких выдержек движение второй шторки начинается задолго до того, как первая шторка полностью откроет кадровое окно. Тем самым время экспозиции в шторных затворах при малых выдержках (менее 1/30-1/250 с) регулируется за счет изменения ширины щели движущихся шторок. Лишь самые совершенные шторные затворы полностью открывают кадровое окно при выдержках более 1/250 с. Чем меньше это время, тем совершеннее затвор. Препятствием к повышению скорости движения шторок является противоречие между их массой и механической прочностью. Предельные скорости движения шторок достигаются в так называемых ламельных затворах, где шторки выполняются в виде набора металлических пластин (ламелей), движущихся по короткой стороне кадра. Ламели изготовливаются извысокопрочной стали или титановых сплавов. Сочетание высокой скорости движения шторок с изменяемой шириной щели позволило достичь предельно короткой выдержки 1/8000-1/12000 с. Шторными затворамиламельного типа снабжено большинство современных профессиональных или «полупрофессиональных» фотоаппаратов таких, как «Nikon», «Canon», «Minolta» и др.
|
Схема устройства и действия шторно-щелевого затвора: 1 - барабан; 2, 7 - светонепроницаемые шторки (вторая и первая); 3, 6 - тесемки первой и второй шторок; 4 - щель; 5 - пленка; 8, 9 - гильзы шторок. |
Шторки затворов традиционной конструкции, как в фотоаппаратах типа «Лейка», «Зоркий», некоторых типах «Nikon» и «Зенит» изготавливаются из специальной светонепроницаемой ткани. Такие шторки обычно движутся вдоль длинной стороны. Скорости затворов с матерчатой шторкой в 2-3 раза меньше скорости ламельных затворов. По остальным показателям затворы равноценны.
Размещение шторных затворов в непосредственной близости от фотопленки делает необходимым встраивать их в корпус фотоаппарата. Это обстоятельство дает преимущество шторным затворам в аппаратах, снабженных сменными объективами. Кроме того, шторные затворы более естественно вписываются в конструкцию зеркальных фотоаппаратов.
Недостатками конструкций шторных затворов являются неполное раскрытие кадрового окна при некоторых выдержках, что приводит к ограничению применения вспышек, приводит к искажениям изображения быстро движущихся объектов. В шторных затворах сложнее обеспечивается равномерность экспозиции по площади кадра. Однако в профессиональных аппаратах эти недостатки устранены за счет высокой скорости движения шторок, высокого качества конструирования и производства.
Привод механизма центральных и шторных затворов в современных фотоаппаратах осуществляется двумя способами: механическим и электронно-механическим.
В механических затворах привод лепестков или шторок, отсчет времени экспозиции осуществляется посредством пружин и часового механизма. К достоинствам механических затворов относится их независимость от наличия источников питания и дешевизна любительских конструкций. К недостаткам механических затворов относится сложность их согласования с автоматикой экспонометрии и дистанционного управления. Механические затворы с большим диапазоном выдержек более подвержены отказам, чувствительны к влаге, пыли, температуре.
В последнее время, в связи с автоматизацией фотоаппаратуры, количество выпускаемых аппаратов с механическими затворами резко уменьшилось, хотя некоторые фотоаппараты профессионального класса выпускаются с центральными механическими и шторными затворами.
Электронно-механические (электронные) затворы сочетают в себе механические конструкции с электроникой. На долю механики отводится привод лепестков или шторок, а электроника управляетвременными интервалами. В отдельных конструкциях привод затвора выполняется электромеханическим т.е. с применением электродвигателей или электромагнитов.
В электронных затворах используется минимальное количество подвижных элементов, что делает их конструкцию более надежной и долговечной. Электронное управление позволяет простыми средствами регулировать величину выдержки в больших пределах, в том числе непрерывно. Лишь в электронных затворах достигается диапазон выдержек от 1/12000 с до 30 мин. Величина выдержки может отображаться на лимбе установки выдержек или на дисплее, в том числе и в поле видоискателя. Электронные затворы устанавливаются как в простейших «мыльницах», так и в профессиональных фотоаппаратах. Схема управления легко согласуется с экспозиционной автоматикой.
Пожалуй, единственный недостаток электронных затворов – это их зависимость от источника электропитания.
Видоискатель (визир) предназначен для наведения фотоаппарата на объект съемки и определения границ кадра. В современных аппаратах применяются два вида видоискателей: телескопический и зеркальный.
|
Оптическая схема телескопического видоискателя: 1 - объектив; 2 - окуляр |
Реально изображение на пленке всегда отлично от изображения, видимого в видоискателе. Одной из причин такого явления является параллакс. Он обусловлен разными положениями оптических осей объектива и видоискателя. В наибольшей степени явление параллакса сказывается при съемке с близкого расстояния. Для его уменьшения некоторые фотоаппараты снабжаются специальными корректорами параллакса. Фотоаппараты, имеющие сменные объективы, снабжаются видоискателем с изменяемым углом поля зрения, что усложняет их конструкцию. А согласование видоискателя с зум-объективом усложняется в большей степени. Поэтому применение телескопических видоискателей, в основном, ограничивается простыми фотоаппаратами. Исключения составляют некоторые модели «Leica» и «Contax», являющиеся камерами высокого класса. Для фокусировки камеры видоискатель совмещают с дальномером.
З
еркальный
видоискатель включает
в свою оптическую систему объектив
фотоаппарата. Здесь в процессе визирования
свет, прошедший через объектив, отводится
с помощью зеркала на матовое стекло,
установленное в фокальной плоскости
объектива. Изображение на матовом стекле
наблюдается с помощью оборачивающей
призмы через окуляр видоискателя. Таким
образом, наводка на резкость и определение
границ кадра осуществляется с помощью
матового стекла. Для облегчения
фокусировки матовое стекло часто
снабжают микрорастром или
клиновым устройством. Поле зрения
зеркальных видоискателей составляет
от 60 до 100%, причем верхним пределом
обладают только фотоаппараты высокого
класса. В момент экспонирования пленки
зеркало поворачивается, закрывая окуляр
видоискателя и открывая доступ света
к плоскости пленки. В некоторых
фотоаппаратах используется полупрозрачное
зеркало, остающееся неподвижным, что
дает такому аппарату определенные
преимущества.
Несмотря на существенное усложнение механики, зеркальные видоискатели стали доминировать в высококачественных фотоаппаратах. Их преимуществами являются: возможность использования с любыми сменными объективами, отсутствие параллакса, возможность контроля качества изображения, глубины резкости.
К недостаткам зеркальных видоискателей следует отнести: повышенную вибрацию аппарата, обусловленную движением зеркала, и затрудненную наводку на резкость с несветосильными объективами или оптическими насадками с большой плотностью. Наличие зеркала, расположенного между объективом и плоскостью пленки, требует удлиненного рабочего отрезка объектива. Это приводит к усложнению оптических схем объективов, ухудшению их качества и удорожанию.
Особую разновидность составляют видоискатели так называемых зеркальных фотоаппаратов типа «Любитель», «Rolleiflex» и др. В камерах этого типа используются два объектива с идентичными или близкими оптическими характеристиками. Один из них съемочный, другой используется в системе зеркального видоискателя. Отсутствие подвижного зеркала упрощает конструкцию фотоаппарата, устраняется вибрация механизма. Качество изображения видоискателя соответствует изображению основного объектива.
Однако таким видоискателям присущи все недостатки телескопических видоискателей. В настоящее время двухобъетивных фотоаппаратов выпускается очень мало.
Лентопротяжный механизм предназначен для покадрового перемещения фотопленки из кассеты на приемную катушку и обратной перемотки отснятой пленки в кассету. Покадровое передвижение пленки и обратная перемотка осуществляется вручную с помощью барабана, рычага или с помощью электропривода. Передвижение пленки на один кадр обычно сблокировано со взводом затвора. Камеры с механическим затвором могут снабжаться электроприводом для пленки, а аппарат с электронным затвором может иметь механический привод. Большинство современных аппаратов снабжается электроприводом для пленки. Это дает ряд преимуществ. Электропривод имеет ограниченный момент, что предотвращает механизмы от повреждений, какие имеют место при ручном взводе затвора и перемотке пленки в случае неаккуратного обращения или заедания пленки. Электропривод профессиональных фотоаппаратов позволяет производить съемку со скоростью 8 кадров в секунду и более. Во время перемотки пленки фотограф может не отвлекаться от объекта съемки.
Единственным недостатком применения электропривода в лентопротяжном механизме является зависимость от источника питания.
Экспозиционная автоматика не является необходимым атрибутом любого фотоаппарата. Она предназначена для того, чтобы дать фотографу возможность осуществить правильное экспонирование фотопленки в данных условиях освещения. Сложность систем экспозиционной автоматики чрезвычайно многообразна – от одноэлементного фотоприемника до матриц фотоприемников, сопряженных с микропроцессорной системой управления выдержкой и диафрагмой.
Наиболее сложной автоматикой снабжаются профессиональные электронные фотоаппараты. Они содержат набор фотоприемников (фотодиодов), установленных на различных участках поля изображения. Фотоприемники объединяются в несколько групп таким образом, чтобы с их помощью можно определить яркость различных участков: в точке, в ограниченной зоне центра поля, среднюю по всему полю. Имеются и другие системы распределения фотоприемников. Сигналы с фотоприемников поступают в процессорный модуль. Туда же поступает информация с программатора, органов управления выдержкой и диафрагмой, а также данные о светосиле объектива и чувствительности применяемой пленки.
Программатор – это устройство, с помощью которого фотограф задает желаемый режим работы экспозиционной автоматики. Их несколько, наиболее распространенные из них: полный автомат (по заданной программе устанавливает выдержку и диафрагму), приоритет диафрагмы, приоритет выдержки и ручной режим (выдержку и диафрагму устанавливает фотограф). Существует множество других режимов, таких как спорт, портрет, пейзаж и т.д.
Кратко остановимся на особенностях режимов. В режиме «приоритет диафрагмы» фотограф устанавливает вручную желаемое значение диафрагмы, а выдержка устанавливается автоматически.
В режиме «приоритет выдержки» вручную устанавливается выдержка, а диафрагма устанавливается автоматически.
В других режимах автоматически устанавливаются и диафрагма и выдержка таким образом, чтобы обеспечить либо максимальную скорость затвора, либо максимальную глубину резкости.
В простейших автоматических фотоаппаратах реализуется лишь одна программа и измерение яркости производится лишь в одной зоне. Автоматика аппарата отрабатывает либо только выдержку, либо заданную комбинацию «выдержка – диафрагма».
Экспозиционная автоматика в большинстве аппаратов обеспечивает автоматическое регулирование энергии встроенной или согласованной с данным аппаратом вспышки.
Система автоматической фокусировки в фотоаппаратах появилась совсем недавно, в 1985 году. Как и все новшества, новая система фокусировки была встречена с недоверием и осторожностью. Однако ее внедрение оказалось настолько эффективным, что большинство современных фотоаппаратов, кроме самых простых и механических, снабжается системой автофокусировки. Она состоит из одной или нескольких матриц – фотоприемников, процессора и электропривода фокусировки объектива. Процессор на основе анализа сигналов с матриц фотоприемников управляет фокусировкой таким образом, чтобы обеспечить максимальную резкость в зоне фотоприемников.
В простых аппаратах имеется лишь одна зона фокусировки, расположенная обычно в центре поля. В сложных фотоаппаратах имеется несколько таких зон. Зона, по которой производится наводка на резкость, выбирается фотографом или автоматически. Эти зоны обозначены в поле видоискателя.
В пассивном режиме система автофокусировки показывает зону, изображение в которой резко.
Встроенная лампа-вспышка завершает набор электронных принадлежностей современных фотоаппаратов. Она предназначена для подсветки объекта съемки в условиях низкой освещенности, а также для подсветки переднего плана, если это требуется по творческим соображениям.
Встроенная вспышка согласована с экспозиционной автоматикой аппарата. В зависимости от установленной программы может включаться автоматически или вручную. В силу ограниченных размеров и ограниченной мощности источников питания фотоаппарата, энергия встроенной вспышки невелика.