Фотоаппараты и их устройство

[Девушка]

Изобретение камеры-обскуры дало возможность получения фотографического изображения, которое было использовано в различных целях.


Рис. 2.3. Камера-обскура:

а — схема получения изображения; б — создание портретов с помощью камеры-обскуры

Сначала вместо отверстия в камеру-обскуру помещали двояковыпуклую стеклянную линзу (предшественницу объектива). Изображение становилось более резким, отчетливым, но не было резким по краям кадра, линии объекта съемки имели правильную форму только в центре кадра, световой поток оказывался недостаточным (так называемое явление аберрации [1] ).

В 1840 г. профессором Венского университета И. Пецвалем был разработан метод расчета фотографических объективов, доказывающий, что повысить качество изображения возможно только при сочетании нескольких линз определенной формы, входящих в систему «объектив».

[Девушка]

В современной оптике существует довольно многочисленное количество линз, которые обобщенно можно представить двумя группами и входящими в них шестью типами (рис. 2.4):

1 группа — собирательные

1) двояковыпуклые

2) плосковыпуклые

3) вогнуто-выпуклые

2 группа - рассеивающие

4) двояковогнутые

5) плосковогнутые

6) выпукловогнутые

Рис. 2.1. Фотографический аппарат. Группа основных частей



Рис. 2.4. Основные формы линз, встречающихся в объективах:

1, 2, 3 — собирательные; 4,5,6 — рассеивающие

[Девушка]

Светосила — способность объектива давать на пленке изображение определенной степени освещенности. Это техническая характеристика объектива, зависящая от его фокусного расстояния и действующего отверстия (которое определяет диаметр пучка световых лучей, проходящих через объектив и падающих на пленку). Величина светосилы влияет на продолжительность выдержки при фотосъемке.

Из физики известно, что светосила объектива прямо пропорциональна квадрату диаметра его действующего отверстия и обратно — квадрату фокусного расстояния:

J= d2/F2
= (d/F)2(1)

где J — светосила;

d — диаметр действующего отверстия;

F — фокусное расстояние. В практике для упрощения выражения (1) применяется отношение

J = d/F (2)

Зависимость (2) называется относительным отверстием объектива, величина которого гравируется на оправе объектива и выражается в виде числителя дроби.

Так, на рис. 2.9,а эта величина равна 2, а на рис. 2.9,б — 3,5.

На объективах выпуска прошлых лет светосила обозначалась в виде отношений 1:2 1:3,5 1:4 и т.д.

На рис 2.15 приводится схема, отражающая зависимость величины относительного отверстия от фокусного расстояния и диаметра действующего отверстия.



Рис. 2.15. Связь величины относительного отверстия объектива с его фокусным расстоянием и диаметром действующего отверстия:

а — объектив «Гелиос-44»; б — объектив «Юпитер-11»

Мы видим, что фокусное расстояние объектива «Гелиос-44» больше диаметра его действующего отверстия в два раза, а объектива «Юпитер-11» - в четыре. Рассчитаем разницу в светосиле объективов.

Относительное отверстие у «Гелиоса-44» - 1:2, «Юпитер-11» - 1:4. Сравним эти две величины:

(1/2)2= ¼

(1/4)2 = 1/16

16/4 = 4

При наводке на резкость, вращая кольцо объектива (рис. 2.16), в видоискателе мы замечаем резкое изображение не только предмета, на который производится наводка, но и предметов, находящихся на небольшом расстоянии как перед, так и позади этого предмета (по отношению к аппарату). Такая способность объектива называется глубиной резкости, а расстояние, в пределах которого все предметы, равноудаленные от аппарата, будут на пленке практически резкими,— глубиной резко изображаемого пространства.


Рис. 2.16. Наведение на резкость изображения

На объективах выпуска прошлых лет светосила обозначалась в виде отношений 1:2; 1 : 3,5; 1 : 4 и

Глубина резкости распространяется в двух направлениях от точки фокусирования: от аппарата и к аппарату. Она зависит от величины: фокусного расстояния объектива; действующего отверстия объектива; расстояния от точки фокусирования до объекта съемки.

[Девушка]

Фокусное расстояние влияет на глубину резкости следующим образом. При съемке двумя объективами с одинаковой светосилой глубина резкости больше у объектива с меньшим фокусным расстоянием, так как в этом случае диаметр действующего отверстия у короткофокусного объектива меньше, чем у длиннофокусного.

Если светосила разная, глубина резкости у объектива с меньшей светосилой будет больше. Значит, с увеличением фокусного расстояния и светосилы объектива глубина резкости уменьшается.

Существует и другая зависимость: чем дальше от аппарата расположены объекты съемки, тем меньше влияют на глубину резкости фокусное расстояние и диаметр действующего отверстия объектива.

[Девушка]

Диаметр действующего отверстия объектива может изменяться с помощью специального устройства — диафрагмы (рис. 2.17), которая регулирует количество светового потока и глубину резкости снимаемого объекта.


Рис. 2.17. Диафрагма:

а — кольцо установки диафрагмы на объективе; б — величина диафрагмы в значениях от 2 до 16

В настоящее время наибольшее распространение получила ирисовая диафрагма, представляющая ряд тонких, накладывающихся друг на друга серповидных металлических или эбонитовых пластинок. Специальное кольцо на оправе объектива (рис. 2.17, а) приводит в движение пластины диафрагмы, которые соответственно уменьшают или увеличивают диаметр действующего отверстия объектива. Каждой цифре относительного отверстия на кольце объектива соответствует свой диаметр диафрагмы.

[Девушка]

Рассмотрим, как пользоваться шкалой дальности (рис. 2.18, а) и шкалой глубины резкости (рис. 2.18, б) для получения требуемых пределов резкости на снимке.


Рис. 2.18. Объектив:

а — шкала расстояний; б — шкала глубины резкости

Остановимся на примерах определения глубины резкости при заданных величине диафрагмы и расстоянии до снимаемого объекта.

Пример 1. Исходные данные: диафрагма 8, расстояние — 4 м.

На шкале глубины резкости по обе стороны от риски нанесены цифровые значения диафрагмы. Слева от риски, напротив цифры 8 шкалы глубины резкости, находим на шкале расстояний цифру, которая обозначает минимальный предел резко изображаемого пространства (близко к 3 м); справа от риски — цифру, которая обозначает максимальный предел резко изображаемого пространства (между 6 и 10 м, т. е. 8 м). Значит, при диафрагме 8 на расстоянии 4 м до точки наводки в поле резкости попадают все предметы от 3 до 8 м.

Пример 2. Исходные данные: диафрагма 2, расстояние 4 м.

При той же наводке на резкость в поле резкости попадут предметы, расположенные в пределах от 3,8 до 4,8 м.

Приведем пример зависимости глубины резкости от точки наводки на резкость и величины диафрагмы (рис. 2.19). На первых трех снимках (рис. 2.19, а, б, в) резкость поочередно наводится на объекты 1, 2, 3 при диафрагме 2. В результате один объект выделяется, остальные отодвигаются на второй план. На четвертом снимке (рис. 2.19, г) резкость наводится на объект 2, а съемка осуществляется при диафрагме 5,6. В данном случае на четвертом снимке удается получить все объекты резкими, что зачастую требуется в фотографии.


Рис. 2.19. Зависимость глубины резкости от точки наводки на резкость и величины диафрагмы

[Девушка]

Допустим, необходимо перефотографировать изображение двигателя автомобиля в разрезе для дальнейшего самостоятельного изучения. Мы тщательно наводим объектив на резкость изображения, фотографируем (делаем репродукцию), проявляем пленку, печатаем фотографию.

Но что это? На репродукционном снимке видны крупные штриховые линии, сплошные основные линии, обозначения разрезов. А вот штрихпунктирные линии, линии и цифры размеров пропали.

Почему?

Можно привести и другие примеры подобных Неудач в практике фотолюбителей. Они в определенной степени объясняются разрешающей способностью объектива — давать раздельные изображения мелких деталей фотографируемого предмета.

Характеризуется разрешающая способность объектива максимальным количеством раздельно передаваемых штрихов, приходящихся на 1 мм изображения. Значит, чем она выше, тем меньшие детали объекта способен передать объектив на фотоснимке.

Мы часто замечаем: на снимках по краям изображение менее резкое. В связи с этим необходимо знать, что разрешающая способность объектива всегда выше в центре и уменьшается по краям кадра.

[Девушка]

Разрешающая способность современных объективов определяется при помощи определителя резкости — миры (рис. 2.20).

Разрешающая способность современных объективов достигает 250—400 лин/мм. Однако дифракция света, а также другие недостатки оптической системы снижают ее величину.


Рис. 2.20. Мира (тест-объект):

а — радиальная; б — линейная

Разрешающей способностью характеризуется и светочувствительный слой фотопленки, который воспроизводит ограниченное количество линий на 1 мм плоскости изображения. Поэтому необходимо учитывать погрешности системы «объектив — светочувствительный слой». А разрешающая способность такой системы в четыре — семь раз ниже разрешающей способности объектива. Таким образом, в реальных условиях мы получим при наибольшем действующем отверстии объектива высокого класса в центре поля около 50, по краям — около 30 лин/ мм (в среднем); у объектива «Гелиос44» — в центре 35, по краям 14 лин/мм; у объектива «Гелиос89» в центре 46, по краям 22 лин/мм; у объектива «Гелиос98» соответственно 50 и 35 лин/мм.

Затворы современных фотоаппаратов характеризуются следующими показателями :

В случае когда разрешающая способность объектива определяется визуально (изображение миры рассматривается с помощью микроскопа), эта величина, как правило, больше, чем определенная фотографическим способом (путем фотографирования миры контрольным объективом).

[Девушка]

Затвор фотографический — механизм, предназначенный для точного дозирования времени прохождения света через объектив с целью освещения светочувствительного материала при фотосъемке.

Время, прошедшее от момента открывания затвора до момента его закрывания при фотографировании, называется временем экспозиции, или выдержкой.

Появление фотоматериалов высокой чувствительности дало возможность значительно уменьшить величину выдержки и тем самым расширить возможности фотографии. Усовершенствуются и фотографические затворы — они приобретают способность регулировать время экспозиции (выдержки) в различных пределах. Практика работы фотографов требует изменения выдержки от нескольких часов до сотых и даже тысячных долей секунды. Сегодня промышленность выпускает несколько классов затворов с различным диапазоном выдержек (табл. 2.4).


Таблица 2.4 Классы затворов, выпускаемых промышленностью

В соответствии с ГОСТ 326857 возможны выдержки, равные 30, 15, 8, 4, 2 с.

На шкале выдержек гравируются знаменатели цифровых значений выдержек (10—1/10, 25— 1/25; 125—1/125 и т. д.). Буквой «В» обозначается выдержка «от руки». Все цифры, находящиеся до «В», означают выдержки в секундах, за ней — выдержки в долях секунды. При индексе «В» затвор открыт в течение времени нажатия спусковой кнопки.

[Девушка]

В современных фотоаппаратах наиболее распространены центральные и шторные (шторнощелевые) затворы.

Центральный затвор состоит из нескольких тонких сегментов (лепестков), срабатывающих в процессе фотографирования под действием пружин и рычагов (рис. 2.21).

При нажатии на спусковую кнопку затвора лепестки начинают расходиться от центра до положения «открыто», тем самым открывая действующее отверстие объектива для освещения поверхности светочувствительного материала (рис. 2.22).

По заданной величине экспозиции лепестки центрального затвора затем отодвигаются к центру отверстия объектива и закрывают его полностью. Съемка произведена.



Рис. 2.22. Схема работы трехстворчатого центрального затвора:

а — закрыт; б — открыт.

Простые конструкции центральных затворов состоят из двух лепестков, а более сложные — из пяти. Чем больше лепестков, тем точнее процесс экспонирования.

Центральный затвор конструктивно взаимосвязан с объективом и устанавливается, как правило, между линзами объектива. Такая конструкция не позволяет широко использовать сменную оптику (объективы с различными характеристиками фокусного расстояния, светосилы), так как при этом каждый объектив должен иметь свой затвор.

В одних конструкциях центральных затворов короткие выдержки регулируются силой натяжения пружин, в других — часовым анкерным механизмом. Современные центральные затворы основаны на электронных дозаторах выдержки.