Как устроен фотоаппарат

В современном мире мы постоянно сталкиваемся со множеством сложных предметов бытовой техники, мобильными телефонами, компьютерами и прочими электронными устройствами. Мы уверенно нажимаем на кнопки или кликаем мышкой, совершенно не задумываясь о том, как устроены и как работают все эти гаджеты и девайсы. Конечно, современные цифровые камеры настолько понятны и просты в управлении, что ими могут пользоваться даже дети. Однако настоящим мастером своего дела может стать только тот, кто знает устройство фотокамеры, понимает физические принципы процесса фотографирования и фотопечати и умело использует эти знания на практике.

Немного истории

На протяжении истории развития фотографии можно отметить несколько самых важных этапов:

• 1826 год. Первая в истории фотография «Вид из окна», выполненная на пластине из олова с тонко нанесённым слоем сирийского асфальта французом Жозефом Ньепсом. Для съёмки он использовал «камеру Обскура» (с фр. «тёмная комната») – фотокамеру собственной конструкции. Время экспозиции на пластине изображения за окном заняло 9 часов при полном солнечном освещении;
• 1837 год. Луи Дагер, работавший совместно с Ж. Ньепсом, усовершенствовал камеру и научился закреплять изображение на пластине с помощью поваренной соли. Новации уменьшили время экспозиции до получаса. Камера получила название «Дагерротип»;
• 1839 год. Англичанин Уильям Тальбот разработал метод изготовления особой светочувствительной бумаги и первым научился получать негативы изображений. Его способ доминировал для портретных и архитектурных съёмок до 1850 года, когда француз Луи Эрвар изобрёл новый тип фотобумаги;
• 1869 год. Эдвардс Майбридж демонстрирует публике свое изобретение – затвор для фотокамеры;
• 1886-89 гг. Комплексные научные исследования в Англии процесса фотографии Ф. Хартера и В. Дриффильда. Выявлена зависимость количества образующегося в плёнке серебра от времени экспозиции (выдержки);
• 1880 год. Американский банкир Дж. Истмен, изучив английский опыт, основывает в США «Компанию сухих пластинок Истмена»;
• 1888 год. Д. Истмен переименовывает свою компанию в KODAK и приступает к серийному выпуску первой компактной фотокамеры под этой маркой. Этот год можно смело считать датой рождения массовой мировой любительской фотографии.

Пройдя такую длинную историческую дистанцию и претерпев множество метаморфоз, современная фотокамера по форме мало в чём изменилась по сравнению с «Камерой Обскура» и всё также состоит из двух основных частей:

• объектива, через который поступает поток света, отражённый от объекта съёмки;
• и корпуса, где расположены светочувствительные элементы, фиксирующие изображение.

Другое дело, что эти элементы кардинально изменились (от пластин с асфальтовым покрытием до сенсорных матриц), да и современный объектив – настоящее технологическое чудо. Но, принципиально, цифровой фотоаппарат - это та же «Камера Обскура» с современной начинкой. Давайте попробуем разобраться, какие процессы происходят в цифровой камере при щелчке затвора и откуда теперь вылетает птичка.

Итак, Вы навели видоискатель на интересующий объект и нажали на спуск. Сработал затвор, открылись шторки, в камеру устремился отражённый от объекта световой поток. Чем длиннее установленная выдержка, тем дольше открыты шторки и больше величина поступившего в камеру светового потока. Размещённый внутри корпуса светочувствительный материал или элемент воспринимает этот поток, реагирует на него и формирует изображение. В прежние времена такими элементами служили пластины со светочувствительным слоем, фотобумага, позднее - фотоплёнка. В современной цифровой аппаратуре – это сенсорная матрица.

Устройство цифровой камеры

• Объектив. У любительских камер объектив обычно встроенный. Профессиональная техника более высокого качества предполагает установку съёмных объективов с различными возможностями съёмки. Объектив состоит из определённого набора линз, установленных в специальном порядке в корпусе из металла или пластика. Расстояние от первой линзы до светочувствительной матрицы называется фокусным. Именно оно определяет возможности объектива, является основной его характеристикой. Способность объектива удалять или приближать объект съёмки (zoom) объясняется изменением положения его линз и, как следствие, - фокусного расстояния;
• Диафрагма – важнейшая деталь объектива. Регулирует поступление в камеру света за счёт набора пластинок, изменяющих размер отверстия. Чем больше его диаметр, тем мощнее поток проникающего света. Исходя из этого, при плохом освещении стремятся раскрыть окно диафрагмы по максимуму, устанавливая подходящие значения. И наоборот, сузить при ярком свете. Оценка возможностей диафрагмы измеряется светосилой. Её значение больше - качество фототехники выше. Как правило, этот показатель указан на объективе в виде нескольких цифр. Расшифруем, к примеру, такое обозначение: 17-85 mm, 1/4-5.6. Имеем: фокусное расстояние объектива минимальное - 17 мм, максимальное – 85 мм. Далее указаны значения светосилы при этих фокусных расстояниях;
• Затвор. Оборудован спусковым механизмом, который осуществляет открытие/закрытие шторок и пропуск света в камеру. При нажатии на спуск затвор буквально на мгновение открывается, пропуская свет к матрице. Период времени, пока шторки открыты, называют выдержкой. Короче выдержка - меньше света успевает попасть на сенсор. И наоборот. По своей конструкции затворы могут быть электронными или механическими, состоящими из нескольких подвижных шторок. Электронный затвор – это не механизм, а программа, задающая временной режим работы матрицы на приём светового сигнала. Недорогие компактные фотокамеры обычно снабжены именно такими затворами. У более профессиональных могут быть установлены затворы сразу двух типов.
• Видоискатель – небольшое окно в корпусе камеры, визуально демонстрирующее содержание и границы будущего изображения. В большинстве любительских камер эту роль выполняет жидкокристаллический дисплей, тем не менее, стеклянный глазок видоискателя имеется практически всегда – на случай отказа дисплея на морозе и при основательно разряженных батареях. В камерах зеркального типа всё устроено по-другому. Вывод изображения на дисплей напрямую невозможен, т.к. матричная плата прикрыта механическим затвором. Световой поток должен преодолеть довольно сложный путь через систему зеркал, чтобы попасть в оптический видоискатель. Из-за этого весь класс подобных камер и получил своё название – «зеркалки». Некоторые фотокамеры снабжены функцией отображения в видоискателе текущих параметров съёмки и прочей дополнительной информации;
• Матрица – сложнейшая сенсорная панель, собранная из многочисленных светочувствительных ячеек - пикселей. Когда на сенсор через открытую диафрагму попадает свет, в каждой ячейке матрицы образуется электрический заряд, величина которого пропорциональна яркости светового потока. Таким образом, из миллионов сигналов (миллион пикселей = 1 Мегапиксель) разной интенсивности составляется, как из пазлов, черно-белая картинка изображения. Цветной она становится только при помощи наложенных на матрицу цветных фильтров. Полученное изображение будет тем детальнее и разборчивей, чем из большего числа мегапикселей состоит сенсорная матрица цифровой камеры. От этого и стало основным продающим показателем любительских камер количество мегапикселей в матрице. Главный вопрос при покупке: «А сколько в ней мегапикселей?». Фактически для качества фотографий не менее (может и более) важными являются физические размеры матрицы (чем она крупнее, тем качественнее снимки);
• Процессор – мозг любого электронного устройства, цифровой камеры в том числе.
• Он отвечает за всю ее жизнедеятельность:
  • скорость работы фотокамеры;
  • автоматическую установку параметров экспозиции;
  • управление спецэффектами и дополнительными функциями (видеозапись, например);
  • синхронизацию работы вспышки;
  • расчёт цветовых показателей пикселей, формирование и передачу картинки на дисплей и видоискатель;
  • запись и хранение данных в памяти устройства или на внешнем носителе.

  

• Вспышка. Источник света импульсного действия. Вспышка может быть двух типов: встроенная или внешняя, присоединяемая. Обеспечивает дополнительную подсветку объекта съёмки при недостаточном освещении. Современные цифровые камеры предусматривают несколько вариантов синхронизации вспышки: срабатывание одновременно с затвором, за доли секунды до него или после, с небольшим запозданием. Это даёт фотографу гораздо больше свободы выбора в сложных условиях. Использование внешней вспышки значительно эффективнее встроенной, свет от которой чрезмерно резкий и жёсткий. Помните об этом, особенно если планируете использовать снимки для дальнейшей фотопечати календарей, открыток и прочих фотосувениров и фотоподарков.

От души надеемся, что эта статья напомнила Вам некоторые забытые нюансы устройства фотоаппаратов, познакомила с чем-то новым. Постарайтесь с пользой применить новые знания на практике. Удачи Вам!