предыдущая главасодержаниеследующая глава

Фотоаппараты

1.1. Устройство фотоаппарата

Фотография - рисование светом, фиксация явлений действительности с помощью физико-химических средств. Знакомство с фотографией начинается обычно с устройства фотоаппарата.

Любой фотоаппарат (ил. 1.1) состоит из корпуса, объектива, затвора, устройства для определения границ изображения, механизма для фокусировки объектива и места для размещения фотопленки.

Корпус объединяет все узлы и детали в оптико-механическую систему. Стенки корпуса представляют собой светонепроницаемую камеру, в передней части которой находится объектив, а в задней - светочувствительный материал.

Объектив - сложный оптический прибор, состоящий из десятков деталей. Его оправа обеспечивает точное размещение линз и других элементов, защищает их от механических воздействий и загрязнения, служит для присоединения объектива к фотоаппарату. В передней части оправы предусмотрены посадочные поверхности для установки насадок и светофильтров. Объективы делятся на жестковстроенные (ил. 1.2, а) и сменные (ил. 1.2, б), отличающиеся от основных углом поля изображения, светосилой или иными параметрами.

Плоскость, в которой располагаются изображаемые объекты (она называется плоскостью наведения), и плоскость, в которой объектив дает резкое изображение, являются сопряженными, то есть расстояния между ними взаимозависимы. Чем дальше от объектива находится предмет, тем ближе располагается его изображение. Очень далекие предметы изображаются в главной фокальной плоскости, удаленной от объектива на величину главного фокусного расстояния. Это важнейшая характеристика объектива. Масштаб изображения прямо пропорционален фокусному расстоянию, которое определяет (совместно с размерами кадра) угловое поле зрения фотоаппарата.

Существует понятие нормальный (или стандартный) объектив. Такой объектив дает перспективные изображения, наиболее близкие тем, которые воспринимает человеческий глаз. Его угол поля изображения составляет 40-50°, что соответствует фокусному расстоянию 45-50 мм для формата кадра 24x36 мм; 75-80 мм - для формата 6x9 см и т. д.

Ил. 1.1. Внешний вид фотоаппарата
Ил. 1.1. Внешний вид фотоаппарата

Объективы с углом поля изображения больше нормального называются широкоугольными. Они отличаются меньшим фокусным расстоянием и потому дают изображение в меньшем масштабе.

Объективы, предназначенные для крупномасштабной съемки удаленных предметов, имеют увеличенное фокусное расстояние и называются телеобъективами.

Чем больше диаметр линз объектива, тем большее количество света он пропускает. Для сопоставления светопропускающих качеств разных объективов служит безразмерная величина - относительное отверстие, представляющее собой отношение диаметра действующего отверстия к главному фокусному расстоянию. На шкале диафрагмы нанесены цифры: 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22. Это знаменатели величины относительного отверстия, то есть она составляет 1: 2,8; 1:4 и т. д. Каждое значение диафрагмы отличается от соседнего приблизительно в 1,4 раза, но, поскольку яркость изображения пропорциональна квадрату относительного отверстия, изменение диафрагмы на одно деление приводит к двукратному изменению светового потока, прошедшего через оптическую систему. Знаменатель максимального относительного отверстия объектива называется его светосилой.

Многие объективы, предназначенные для зеркальных фотоаппаратов, имеют дополнительное устройство, называемое автоматической, или прыгающей, диафрагмой. В них при изменении установленной на шкале величины светосилы действующее отверстие не меняется; фокусировка производится при максимальной яркости изображения.

Ил. 1.2. Объективы: жестковстроенный (а) и сменный (б)
Ил. 1.2. Объективы: жестковстроенный (а) и сменный (б)

Специальный механизм закрывает диафрагму до установленного значения перед срабатыванием затвора, а затем объектив вновь полностью открывается.

Чем больше размер кадра, на котором нужно получить изображение, тем (при прочих равных условиях) объектив сложнее и дороже. Поэтому каждый из объективов рассчитан на определенный формат, за пределами которого изображение получается некачественным или вовсе отсутствует. Обычно деталированность и освещенность изображения к краям кадра несколько уменьшаются; равномерность работы по всему полю является одним из признаков высококачественного объектива.

Ил. 1.3. Шкала глубины резко изображаемого пространства
Ил. 1.3. Шкала глубины резко изображаемого пространства

Почти все объективы помимо шкал диафрагмы и расстояний снабжены шкалой глубины резко изображаемого пространства (ил. 1.3). В инструкциях к фотоаппаратам указывается, что при установке некоторой величины диафрагмы соответствующие ей цифры показывают на шкале расстояний дальнюю и ближнюю границы пространства, в пределах которого предметы будут изображены резко.

Разберемся в понятии резкость. Любой видимый предмет, как и его изображение, можно представить себе состоящим из отдельных точек. Идеальный объектив должен изображать идеальную (то есть не имеющую размеров) точку также точкой. Но реальный объектив в силу присущих ему искажений и рассеяния света изображает точку в виде небольшого кружка, который называется кружком нерезкости. Человеческий глаз не воспринимает предметы, если они меньше определенного размера. На расстоянии наилучшего видения, равном 25-30 см, кружок диаметром 0,1 мм будет восприниматься точкой. Практика подтвердила, что для негативов, подлежащих увеличению, допустимая величина кружка нерезкости составляет 1/30 мм.

Объектив рисует изображение точки пучком лучей в виде конуса (ил. 1.4). В пределах пространства, простирающегося в обе стороны от изображения, где диаметр пучка не превосходит допустимой величины кружка нерезкости, кружок будет казаться точкой. А объекты, расположенные в предметном пространстве на удалениях, когда их изображения находятся в зоне глубины резкости, будут казаться изображенными резко. Расстояние между этими объектами и является глубиной резко изображаемого пространства. На ил. 1.4 меньший конус показывает, что с уменьшением относительного отверстия глубина резкости объектива увеличивается.

Итак, глубина резкости не есть зона, в пределах которой все, что попало в кадр, изображается одинаково резко. Просто изображения выглядят одинаково резкими при определенных условиях рассматривания. Иными словами, шкала глубины резко изображаемого пространства определяет зону, в которой нерезкость находится в допустимых пределах. Но полезно помнить, что во всех случаях наиболее резко будет изображено то, что находится в плоскости точной наводки объектива.

При фокусировке весь объектив или часть его перемещается вдоль своей оси. Пределы фокусировки у нормальных объективов обычно таковы, что позволяют фотографировать предметы на расстояниях от 1 м до бесконечности (∞). Иногда применяют объективы, специально рассчитанные и снабженные оправой с увеличенным ходом. Тогда становится возможной съемка с более близких расстояний.

Некоторые аппараты позволяют перемещать объектив не только вдоль оптической оси, но и смещать его в поперечном направлении, а также наклонять. Широкие пределы перемещений платы крепления объектива относительно светочувствительного материала позволяют использовать разнообразную оптику и в значительной степени влиять на характер изображения.

Ил. 1.4. Изображение точки объективом (к понятию глубины резкости)
Ил. 1.4. Изображение точки объективом (к понятию глубины резкости)

Способы фокусировки. Почти все фотоаппараты снабжены устройством фокусировки, и лишь некоторые из них имеют неподвижно установленные объективы и обеспечивают резкое изображение предметов, находящихся в пределах определенных расстояний. Эти пределы определяются глубиной резко изображаемого пространства, поэтому жестко установленные объективы всегда относительно короткофокусные и имеют малую светосилу.

Простейшее устройство фокусировки представляет собой ряд цифр, нанесенных на оправу объектива. Они указывают расстояние до снимаемого объекта в метрах. Этот ряд цифр называют шкалой метража.

Из практики известно, что при съемке портрета крупным планом фотограф старается приблизиться к объекту до расстояния примерно в 1 м, а при съемке группы людей до 3-4 м. При съемке пейзажа объектив чаще всего фокусируют на бесконечность (∞). Поэтому во многих простых аппаратах для удобства на шкале наводки на резкость нанесены символы характерных объектов съемки.

При фокусировке по шкале метража степень резкости зависит, во-первых, от того, насколько точно измерено расстояние фотоаппарат - объект, и, во-вторых, как тщательно оно установлено на шкале. Обычно измерение производится визуально, на глаз, и считается, что неизбежные погрешности перекрываются глубиной резко изображаемого пространства.

Фокусировка с помощью оптического дальномера, встроенного в фотоаппарат или используемого в качестве отдельного прибора, заключается в совмещении видимых в окуляре двух изображений объекта. Объект рассматривают из двух точек, находящихся на некотором расстоянии одна от другой. Когда предмет расположен далеко, изображения его совпадают, но для более близких предметов - расходятся, причем с уменьшением расстояния все сильнее. Чтобы изображения совместить, требуется переместить элемент оптической системы. В качестве подвижного элемента используют зеркала, призмы, оптические компенсаторы.

Устройства автоматической фокусировки - одно из последних достижений конструкторов. В основу их работы положено измерение расстояний до объекта с помощью инфракрасных лучей или ультразвука. В зависимости от результатов измерения объектив смещается вдоль оптической оси. Другой принцип - сравнение двух изображений предметов, "рассматриваемых" фотоэлементами через оптическую систему, аналогичную использованной в дальномерных фотоаппаратах. Электронная схема устроена таким образом, что наибольший ток фотоэлементы вырабатывают в тот момент, когда изображения на них совпадают. Таким образом, это своего рода автоматический дальномер. Принцип фокусировки в аппаратах, оснащенных такой системой, приведен на ил. 1.5.

Большинство крупноформатных фотоаппаратов имеет фокусировку по матовому стеклу. Она наглядна (можно оценить не только резкость, но и степень нерезкости) и очень точна при условии, что фотопленка будет установлена в той же плоскости, что и матовое стекло.

Более удобна фокусировка в зеркальных фотоаппаратах. В них нет необходимости попеременно устанавливать в кадровом окне матовое стекло и фотоматериал. В одних типах изображение создается дополнительным, вторым, объективом (ил. 1.6). Этот объектив соответствующим образом связан с основным, съемочным, чтобы фокусировка обоих объективов совпадала. Такие фотоаппараты называются двухобъективными зеркальными. Например, всем известный аппарат "Любитель-166". На горизонтально расположенном матовом стекле изображение зеркально повернуто, что требует от фотографа определенного навыка при съемке, особенно движущихся предметов.

Ил. 1.5. Схема фотоаппарата с автоматической фокусировкой
Ил. 1.5. Схема фотоаппарата с автоматической фокусировкой

Другой принцип устройства зеркальных фотоаппаратов - когда зеркало установлено наклонно перед фотопленкой и отражает на матовое стекло свет, прошедший через съемочный объектив. При нажатии кнопки затвора зеркало откидывается вверх, только после этого затвор срабатывает. Эти аппараты называются однообъективными зеркальными. Фокусировка и съемка производятся в них через один и тот же объектив (ил. 1.7).

При всех своих достоинствах фокусировка по матовому стеклу имеет серьезные недостатки: точность ее зависит от остроты зрения фотографа и, кроме того, в значительной степени определяется яркостью изображения. Это привело к использованию в зеркальных фотоаппаратах вспомогательных оптических элементов, облегчающих фокусировку (ил. 1.8). Плоско-выпуклая линза с матированной поверхностью, установленная на место матового стекла, значительно улучшает условия рассматривания, особенно периферийных участков кадра. Во многих среднеформатных аппаратах ее заменяют более легким и компактным устройством - линзой Френеля. Для повышения точности фокусировки в центре матового стекла помещают фокусировочные клинья, а вокруг них - в кольцевой зоне - микрорастр. Он представляет собой множество миниатюрных пирамид, расположенных в плоскости матового стекла. При малейшей расфокусировке, когда на матовом стекле еще трудно уловить нерезкость, на микрорастре появляется хорошо видимое мерцание.

Фокусировочные клинья - это две наклоненные в разные стороны оптические грани, линия пересечения которых находится точно в плоскости матового стекла. Если объектив расфокусирован, контуры его, пересекающие границу раздела клиньев, по этой границе сдвинуты, а при точной фокусировке - совпадают. Матовое стекло загорожено от постороннего света коробчатой шахтой, чаще всего складной.

Ил. 1.6. Принцип фокусировки в двухобъективном зеркальном фотоаппарате: 1 - съемочный объектив; 2 - объектив видоискателя; 3 - зеркало; 4 - коллективная линза; 5 - окуляр; 6 - фотослой
Ил. 1.6. Принцип фокусировки в двухобъективном зеркальном фотоаппарате: 1 - съемочный объектив; 2 - объектив видоискателя; 3 - зеркало; 4 - коллективная линза; 5 - окуляр; 6 - фотослой

Значительно повышает удобство пользования зеркальным фотоаппаратом - пентапризма. Она дает возможность получить прямое изображение, ось зрения при этом, как правило, параллельна оптической оси объектива.

Видоискатели. В фотоаппаратах с матовым стеклом, в том числе зеркальных, устройство фокусировки объединено с видоискателем. Он служит для определения границ кадра и для наблюдения за объектом при съемке.

Некоторые фотоаппараты снабжены дополнительными визирными устройствами. Наиболее совершенные модели имеют механизм автоматической (прыгающей) диафрагмы и возвратное зеркало. Как только затвор закрывается, зеркало становится на свое место; диафрагма объектива открывается полностью. Поэтому изображение в видоискателе пропадает только на время выдержки плюс 0,1-0,2 с, за которые зеркало успевает совершить свое движение.

Ил. 1.7. Принцип фокусировки в однообъективном зеркальном фотоаппарате: 1 - съемочный объектив; 2 - зеркало; 3 - фотослой; 4 - коллективная линза; 5 - пентапризма; 6 - окуляр
Ил. 1.7. Принцип фокусировки в однообъективном зеркальном фотоаппарате: 1 - съемочный объектив; 2 - зеркало; 3 - фотослой; 4 - коллективная линза; 5 - пентапризма; 6 - окуляр

Ил. 1.8. Коллективная линза (а), линза Френеля (б), фокусировочные клинья (в), микрорастр (г), увеличенный фрагмент микрораствора (д)
Ил. 1.8. Коллективная линза (а), линза Френеля (б), фокусировочные клинья (в), микрорастр (г), увеличенный фрагмент микрораствора (д)

Все эти и другие усовершенствования, прекрасное оснащение оптикой, разнообразными вспомогательными устройствами позволили в полной мере реализовать достоинства зеркальных фотоаппаратов и привели к широкому распространению их в любительской практике.

Ил. 1.9. Рамочный видоискатель
Ил. 1.9. Рамочный видоискатель

Выпускаемые крупными сериями фотоаппараты типа "Зенит", популярные среднеформатные камеры "Киев-60ТТL", недавно разработанные модели под названием "Алмаз" и многие другие относятся к современным однообъективным "зеркалкам".

Из других типов видоискателей наиболее употребимы рамочный и телескопический.

Рамочный видоискатель (ил. 1.9) состоит из проволочной или иной рамки, сделанной по форме кадра, и второй, меньшей рамки, обеспечивающей определенное положение глаза наблюдателя. Большая рамка ограничивает телесный угол, в пределах которого предметы попадают в поле зрения объектива. Достоинство рамочного видоискателя в том, что он дает возможность наблюдать за объектом непосредственно, без каких-либо оптических устройств, что очень удобно, например, при спортивной съемке. Кроме того, тонкая проволочная рамка позволяет видеть часть пространства и за границами кадра. Основные недостатки - громоздкость и неизбежный значительный параллакс, то есть неполное совпадение видимого и фотографируемого изображений из-за сравнительно большого расстояния между осями зрения видоискателя и объектива.

Телескопический видоискатель (ил. 1.10) состоит из двух компонентов (короткофокусного отрицательного в виде прямоугольной плоско-вогнутой линзы и длиннофокусного положительного), дает прямое уменьшенное изображение, очень компактен и поэтому легко встраивается в фотоаппарат. Небольшие поперечные размеры позволяют приблизить его элементы к объективу и уменьшить параллакс.

Ил. 1.10. Телескопический видоискатель
Ил. 1.10. Телескопический видоискатель

Универсальный телескопический видоискатель ВУ снабжен несколькими оптическими элементами на револьверной головке, поворотом которой можно менять поле зрения прибора соответственно установленному в фотоаппарате объективу. Видоискатели ВУ и ВИ-20 имеют поправку на параллакс при съемках на близких расстояниях. На ил. 1.11 изображен установленный на фотоаппарате видоискатель ВУ, рядом - видоискатели ВИ-35, ВИ-20, ВИ-85. По угловому полю зрения эти видоискатели соответствуют объективам с фокусными расстояниями 35, 20 и 85 мм.

Затвор является устройством, открывающим на определенное время доступ света к светочувствительному слою. Современные фотографические затворы располагаются между линзами объектива (центральный затвор), позади объектива (залинзовый затвор) или перед светочувствительным слоем (шторный затвор).

Центральные и залинзовые затворы похожи по конструкции. Это несколько, обычно 2-5, фасонных пластинок-лепестков из тонкого листового материала, перекрывающих отверстие объектива. При срабатывании механизма затвор открывается, остается в открытом состоянии некоторое время и закрывается вновь. Существуют устройства, в которых регулируется не только время выдержки, но и диаметр просвета. Такой затвор выполняет также функцию диафрагмы. Минимальные выдержки у центральных затворов составляют 1/300- 1\500 с, максимальные могут быть любыми, но автоматически отрабатывается обычно выдержка в 1 с. Центральный затвор изображен на ил. 1.12.

Ил. 1.11. Видоискатели: 1 - ВУ; 2 - ВИ-35; 3 - ВИ-20; 4 - ВИ-85
Ил. 1.11. Видоискатели: 1 - ВУ; 2 - ВИ-35; 3 - ВИ-20; 4 - ВИ-85

Шторные затворы, в отличие от центральных, построены по принципу последовательного экспонирования участков фотокадра. При этом свет проходит через щель в непрозрачной шторке, пробегающей перед светочувствительным материалом. Регулировка выдержки производится изменением ширины щели и скорости ее движения. Шторки могут быть сделаны из металлических пластинок, перекрывающих друг друга, из тонкой металлической ленты или других материалов, но наиболее распространенный материал - прорезиненная светонепроницаемая ткань.

Затвор аппаратов "Зенит" (ил. 1.13) состоит из двух раздельных шторок с тесемками; при взводе механизма шторки сомкнуты. В момент съемки одна из них начинает двигаться перед кадровым окном, а вслед за ней, с небольшим запаздыванием, - другая. Расстояние между шторками регулируется специальным механизмом и определяет величину выдержки. Простые шторные затворы позволяют осуществлять выдержки от 1\20- 1\30 до 1\500-1\1000 с. Для получения более длительных выдержек применяют специальные замедляющие устройства на механическом или электрическом принципе. Сверхкороткие выдержки (порядка 1\2000 с и менее) получают с помощью специальных прецизионных механизмов с металлическими особо прочными и легкими шторками.

Ил. 1.12. Центральный затвор
Ил. 1.12. Центральный затвор

В серийных затворах минимальная величина выдержки составляет 1\4000 с.

Центральный затвор при срабатывании не приводит к значительным сотрясениям фотокамеры и связанной с этим потере резкости. Другое его преимущество - возможность применения импульсных ламп при любых выдержках.

Шторный затвор, в отличие от центрального, никак не связан с объективом, поэтому он, как правило, используется в фотоаппаратах, где предусмотрена возможность применения сменных объективов. Ассортимент их чрезвычайно широк, в особенности богато оснащены ими зеркальные малоформатные аппараты. К ним выпускаются широкоугольные объективы с углом поля зрения до 180° и даже больше; телеобъективы, "вырезающие" в пространстве угол в единицы градусов. Особую группу составляют объективы с переменным фокусным расстоянием, в которых путем передвижения компонентов можно плавно изменять масштаб изображения. Однако возможность применения сменных объективов предусмотрена не во всех фотоаппаратах.

Ил. 1.13. Шторный затвор
Ил. 1.13. Шторный затвор

Вспомогательные устройства. Многие фотоаппараты снабжены автоспуском, приводящим в действие затвор через 10-15 с после нажатия его кнопки и позволяющим фотографу занять место перед аппаратом; синхроконтактом - для подключения импульсных источников света, которые должны автоматически включаться в момент открытия затвора, и специальной клеммой - для установки дополнительных видоискателей или для малогабаритных фотовспышек.

Существуют модели, снабженные встроенными экспонометрами. В широко распространенной системе, названной TTL, электронная схема оценивает яркость света, прошедшего через объектив. Таким образом учитывается фактическое светопропускание оптики с учетом потерь, влияние любых насадок, погрешностей шкал и т. п. В некоторых конструкциях фотоаппаратов по специальной программе автоматически устанавливаются диафрагма и скорость затвора. Встроенная фотовспышка посредством электронных управляющих устройств включается при недостатке освещения, причем на такое время, чтобы экспозиция оказалась достаточной для получения нормального снимка.

предыдущая главасодержаниеследующая глава





© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2010-2016
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://istoriya-foto.ru/ "Istoriya-Foto.ru: Фотоискусство"