Цифровая «зеркалка» – пароход с парусами

      Да, именно такая аналогия возникает при виде цифрового зеркального аппарата. И всё потому, что цифровая зеркальная камера – «зеркалка» – перегружена функциональными узлами, без которых можно обойтись, подобно тому как пароход не нуждается в парусах. Но первые пароходы были именно с парусами.

     В статье пойдёт речь об особенностях конструкции зеркальных камер, их функциональных возможностях, о назначении узлов, тенденциях развития. Информация ориентирована на начинающих фотографов и фотографов-любителей, интересующихся устройством фотоаппаратов. 

    1 Введение в тему статьи

1.2 Реальность сегодняшнего дня (2016 год) такова, что синонимом «хорошего» фотоаппарата считается «зеркалка». Разумеется речь идет о цифровых фотоаппаратах. А чем хороша зеркальная фотокамера? Ответ: удобством. Уточню: удобством для фотографа при собственно фотографировании. Уточнение необходимо, потому что в плане удобства для переноски зеркальные камеры уступают многим конкурентам, например, смартфонам. Впрочем, из возможных уточнений, это не единственное; возможно кто-то захочет добавить. Но, всё таки, поговорим об удобстве при фотографировании.

1.2 Для получения фотоснимка фотографу необходимо выполнить определенный набор действий, как обязательных, так и дополнительных. Дальше по тексту будем возвращаться к этим действиям, потому перечислим их и пронумеруем.

    1.2.1 Обязательные действия:

1) Визирование – нацелить фотоаппарат на объект съёмки, скомпоновать кадр;

2) Фокусировка – сфокусировать объектив на снимаемый объект, «навести резкость»;

3) Определение экспозиционных параметров – определить значения диафрагмы и выдержки;

4) Регистрация изображения – определения момента, который будет запечатлён (глаза открыты, улыбка на лице, рукопожатие…) .

1.2.2 Дополнительные действия

В дополнение к обязательным действиям иногда нужно сменить объектив, воспользоваться светофильтром, например, поляризационным, или насадкой на объектив для получения специальных оптических эффектов.

1.3 Надеюсь, фотографы согласятся со мной в том, что для выполнения всех перечисленных действий лучше всего подойдёт зеркальная фотокамера с автофокусом. Именно зеркальная камера позволяет с комфортом выполнить визирование и фокусировку, проконтролировать работу автофокуса, менять объективы и сразу видеть эффект замены, пользоваться оптическими насадками и сразу, доподлинно видеть даваемый ими результат, в том числе и в части экспозиционных параметров. Удобно.
Для тех, кто всё же считает нужным обосновать сделанное утверждение об удобстве, предлагается вниманию следующий подраздел «Немного истории». А затем, в подразделе 3, продолжим разговор об особенностях конструкции зеркалок…

Перейти в подраздел 3
    2 Немного истории.

Если обратиться к истории фотоаппаратостроения, то очень четко прослеживается ход мысли конструкторов для обеспечения комфорта фотографу при визировании, при фокусировке, при определении экспозиционных параметров, при регистрации изображения, при смене оптики. Вершиной этого творческого процесса и стала зеркальная плёночная фотокамера. К вершине шли долго, достигли не сразу. Рассмотрим этапы создания и совершенствования фотоаппаратов в привязке к выполняемым операциям.

2.1 Визирование

Первое, что делает фотограф – наводит фотоаппарат на объект съёмки, выполняет визирование. Для первых фотоаппаратов (потом их прозвали павильонными) это выглядело так: фотоаппарат ставился на треногу (штатив), фотограф открывал заднюю крышку, вставлял матовое стекло (120х180 мм или больше) и наблюдал на нём изображение, формируемое объективом. Отмечу, что изображение это получалось перевернутым, «вверх ногами»; – неудобно. И это ещё не всё: изображение было не ярким, чтобы его разглядеть приходилось накрывать фотоаппарат и фотографа светонепроницаемым покрывалом. Тем не менее можно было точно навести фотоаппарат на снимаемый объект, скомпоновать кадр. Вслед за павильонными фотоаппаратами появились шкальные и дальномерные. Конечно, знатоки меня справедливо поправят: главное отличие шкальных и дальномерных аппаратов в использовании фотоплёнки вместо фотопластинок. Но для темы статьи важно, что эти фотоаппараты снабдили видоискателями, сначала рамочными, потом оптическими. Визировать, компоновать кадр, стало значительно удобнее. Но принципиально неустранимым оставался параллакс – смешение изображения в видоискателе относительно изображения на пленке. Эту проблему удалось решить вернувшись к использованию матового стекла за объективом. Но, в отличии от павильонных аппаратов, на пути световых лучей поставили ЗЕРКАЛО, которое направляло свет на матовое стекло – фокусировочный экран (Рис. 2-1).

%d1%80%d0%b8%d1%81-2-1

На время экспонирования (засветки, регистрации изображения) зеркало отклоняли (поворачивали, отодвигали) так, чтобы не мешать свету попасть на фотоплёнку (Рис. 2-2).

%d1%80%d0%b8%d1%81-2-2

Соответственно, размер матового стекла, его положение, положение зеркала должно быть строго выверено. Параллакс принципиально устранили, точность соответствия изображения на матовом стекле изображению на плёнке определялась точностью исполнения конструкции. Оставались две мелочи: первая – изображение на матовом экране было зеркально обращённым: то, что в реальности было слева, фотограф видел справа, текст – «не читался», вторя – смотреть на матовый экран нужно было сверху, удерживая фотоаппарат на уровне живота и наклонив голову. Эти неудобства устранили использованием специального узла – пентапризмы, стеклянной призмы с пятью рабочими поверхностями (три – отражающих, две – пропускающих). Ну ещё окуляр добавили. (Рис. 2-3).

%d1%80%d0%b8%d1%81-2-3

Теперь фотограф видел всё в полном соответствии с реальностью, причем соответствие сохраняется и при смене объектива, и при зуммировании. Визирование стало исключительно удобным и точным.

2.2 Фокусировка

Второе, что выполняет фотограф, – наводит резкость, то есть выполняет фокусировку. Для павильонных фотоаппаратов процесс фокусировки совмещался с визированием. При появлении видоискателей для фокусировки потребовалось придумать новые устройства и найти новые приёмы для обеспечения резкости на снимке; и на объективе появилась шкала расстояний, появились дальномеры, автономные и встроенные в фотоаппарат. В фотоаппаратах дальномер связали специальными рычагами с объективом и, заодно – и с видоискателем. Фокусировать стало удобно. Но не всегда точно. А уж если поменял объектив, то никакого совмещения с дальномером; – только по шкале. Вот и для задачи фокусировки конструкция с матовым стеклом, зеркалом и пентапризмой оказалась лучшей: на матовом стекле была видна точная копия изображения, которое будет на пленке, причём не только касаемо границ кадра, но и резкости изображения. А если в кадр попадало несколько объектов, расположенных на разном расстоянии, то можно было сфокусироваться на выбранном, важном по сюжету объекте, оставив размытым остальные. И все это гарантированно повторялось на пленке. Более того, именно в зеркальной камере удалось решить задачу автоматической фокусировки. Правда для этого понадобилось к основному зеркалу приделать ещё одно дополнительное зеркальце и направить часть световых лучей на специальный датчик автофокуса (Рис. 2-4), ну и, конечно, электропривод для перемещения оптического блока объектива. Но сложность конструкции была оправдана результатом; фокусировка стала выполняться значительно быстрее и, в большинстве случаев, точнее.

%d1%80%d0%b8%d1%81-2-4

2.3 Определение экспозиции

Третья в нашем перечислении задача фотографа – определение экспозиционных параметров, по простому – определение выдержки и диафрагмы. В начале эры фотографии эта задача решалась исключительно фотографом и приравнивалась к искусству. Автоматизация процесса съемки позволила фотографам избавиться от этого «творчества». Появились экспонометры, затем их встроили в камеру, сблокировали с механизмами выдержки и диафрагмы. Но даже в самых автоматизированных фотоаппаратах (не зеркальных) угол поля зрения экспонометра не был привязан к полю зрения объектива до тех пор, пока датчик освещённости не поставили за объективом. Такой замер освещенности (яркости снимаемой сцены) получил название TTL-замер (Through the lens – «через объектив»). В зеркальных камерах эта задача была решена без особого труда. Один из вариантов внутреннего экспозамера иллюстрирует Рис. 2-4.

2.4 Регистрация изображения

Для четвертой задачи – регистрации изображения – в первых павильонных фотоаппаратах использовались стеклянные пластинки с светочувствительным покрытием – фотопластинки. После визирования и фокусировки необходимо было заменить матовое стекло этой самой фотопластинкой, причем так чтобы не сместить конструкцию «аппарат плюс штатив». Пластинку подвергали воздействию световых лучей, проходящих через объектив, для чего с объектива просто снимали крышку на некоторое время, которое фотограф определял на основе собственного опыта – отмерял выдержку. Прошедший через объектив свет формировал изображение на светочувствительной поверхности и вызывал особые физические процессы в этом самом слое – создавал «скрытое изображение». Впоследствии в фотоаппарат встроили затвор, чаще всего шторный – механизм со специальными заслонками (шторками), которые открывались на нужный интервал времени (время экспозиции), определённое экспонометром или установленный фотографом. Но в зеркальных камерах на время экспозиции нужно было ещё и убрать ненужное на это время зеркало. Время экспозиции старались уменьшить, в большинстве случаев оно составляло доли секунды. На это время и отклоняли зеркало, которое прозвали прыгающим. Фотограф, смотрящий на матовое стекло терял из виду объект съемки только на эти доли секунды. Удобно! Таким образом, регистрация изображения включает срабатывания затвора по нажатию фотографом кнопки, что обеспечивает засветку пленки и последующее формирование «скрытого изображения.
Но создание фотографии на этом не завершалось, так как зарегистрированное, «скрытое изображение» еще не было видимым человеческим глазом. Для получения готовой фотографии требовалось пройти еще два этапа: процесс химического проявления фотопластинки или фотоплёнки (негатива), и позитивный процесс – для получения позитивного (привычного, реального) изображения уже на фотобумаге. Это не тема настоящей статьи.

2.5  Дополнительные действия

2.5.1 Наиболее распространённым дополнительным, в нашей классификации, действием фотографа является смена объектива. Для дальномерных, шкальных, аппаратов, скажем так, замена объектива с фокусным расстоянием 50 мм на объектив 135 мм требовала замены и видоискателя, ну или наличия универсального поворотного (револьверного) видоискателя. Благо тогда в линейке сменных объективов присутствовали модели с согласованными, стандартизированными, значениями фокусных расстояний: 35 мм, 50 мм, 85 мм, 100 мм, 135 мм и видоискатели делали соответствующими. Ну а зуммы тогда ещё не делали. Очевидно, что и для использования сменной оптики решение с матовым стеклом, прыгающим зеркалом и пентапризмой оказалось наилучшим: поменял объектив – изображение на матовом стекле соответственно «промасштабировалось».
Очень важно: именно удобство замены объектива сделало одинаковыми для восприятия термины «зеркальная камера» и «камера со сменной оптикой», хотя дальномерные камеры тоже допускали замену оптики.

2.5.2 Ещё одним дополнительным действием фотографа, которое необходимо упомянуть, является использование оптических насадок: светофильтров – цветных, поляризационных, звёздных, а также оптических призм для удвоения, утроения, многократного умножения изображения. Оставим ответственность за применение этих насадок на фотографе, а для темы настоящей статьи признаем, что в фотокамере с матовым стеклом, прыгающим зеркалом и пентапризмой («зеркалке») результат применения таких насадок сразу виден фотографу в видоискателе. Опять удобно!

2.6 Подведем итоги экскурса в историю

Создателям зеркальных фотоаппаратов, удалось найти техническое решение, обеспечивающее максимум удобств при фотосъемке. При этом в получившейся конструкции явно просматривается ответственность каждого узла за выполняемые функции:

1) Визирование – зеркало, матовое стекло (фокусировочный экран), пентапризма;

2) Фокусировка – зеркало, матовое стекло и датчик автофокуса;

3) Определение экспозиции – датчик освещенности;

4) Регистрация изображения – затвор и фотоплёнка.

Плёночные зеркальные фотоаппараты производились многими фирмами в течение нескольких десятков лет.

3 Конструкция цифровой «зеркалки»

3.1 Конструкция цифровой «зеркалки» совпадает с конструкцией плёночной зеркальной камеры, кроме одного: вместо плёнки появилась фотоматрица (Рис. 3-1).

Правда стоит упомянуть наличие информационного экрана. Но это не принципиально: мы же не говорим о таких дополнительных элементах как встроенная вспышка, штативное гнездо, узел крепления внешней вспышки и прочие. Такой подход оправдывался проверенной за десятилетия производства конструкцией, накопленным опытом и создал условия для сохранения внешнего вида фотоаппарата и расположения большинства элементов управления, совместимость парка оптики.

Отметим, что в такой конструкции, также как и в пленочной зеркальной камере, имеет место распределение выполняемых функций:

1) Визирование – зеркало, матовое стекло (фокусировочный экран), пентапризма;

2) Фокусировка – зеркало, матовое стекло и датчик автофокуса;

3) Определение экспозиции – датчик освещенности;

4) Регистрация изображения – затвор и фотоматрица.

3.2 Необходимое «условие успеха»

3.2.1 Обратимся к рисунку 3-1 и обратим внимание на красные точки a, b, c, d, e. Во время визирования и фокусировки световые лучи, прошедшие через объектив, отражаются от зеркала и попадают на фокусировочный экран. Перемещая объектив и добившись резкого изображения на фокусировочном экране мы ожидаем, что на плёнке изображение тоже будет резким, «в фокусе». Понятно, что для этого нужно обеспечить равенство расстояний ab=ae. Если мы пользуемся автофокусом, то расстояния ce и cd тоже должны соответствовать (быть равны, ce=cd). Ну а если нужно контролировать работу автофокуса по матовому стеклу, то должны соблюдаться равенства расстояний хода лучей для всех трёх направлений: ab=ae=ac+cd.  Все эти равенства должны соблюдаться с высокой  точностью – допустимые отклонения менее 0,01 мм. Причем не только для неподвижных элементов, (фокусировочный экран, датчик автофокуса), но и для движущихся – основное зеркало и второе зеркало. Конструкторы и изготовители постарались, обеспечили точность положения фокусировочного экрана, датчика фокусировки и повторяемость положения плёнки и зеркала (особенно!) с требуемой точностью. Но обходится эта точность, понятное дело, дорого: специальной настройкой – юстировкой, и специальной конструкцией, имеющей элементы настройки и обеспечивающей сохранение результатов юстировки. Более того, уже в процессе эксплуатации по мере износа механических частей, приходится возвращаться к юстировке (подстройке). Все это сказывается на цене.

Прошу понять меня правильно: всё сказанное про необходимое «условие успеха», очевидно, относится и к плёночной зеркальной камере, а цифровая «зеркалка» лишь унаследовало все достоинства и недостатки предшественницы.

Унаследованные достоинства:

  • Удобство визирования;
  • Удобство фокусировки, в том числе и автофокусировки;
  • Точный универсальный TTL-замер освещённости и определение экспозиции;
  • Простота регистрации изображения;
  • Удобство использования сменных объективов и оптических насадок.

Унаследованные недостатки:

  • Сложность конструкции, высокие требования к точности исполнения и согласования узлов.
  • Шум от срабатывания механического затвора.
  • Ещё больший шум и вибрация камеры от срабатывания зеркала. (Многие фотографы по этой причине продолжали снимать «дальномерками»).
  • За объективом должно быть пространство для размещения и откидывания зеркала. Это требование трудно выполнить для широкоугольных объективов. Многие объективы принципиально не могут быть использованы для «зеркалок».
   4 Новые возможности цифровой камеры

Похвалив зеркальную камеру в подразделе 2, я не спроста начал придираться только в подразделе 3, когда речь пошла о цифровой «зеркалке». Получив в распоряжение фотоматрицу можно и помечтать.

4.1 Применение фотоматрицы вместо фотоплёнки позволяет получить видимое изображение практически сразу после регистрации изображения, без последующей длительной обработки. Можно сказать, что «проявление» выполняется прямо в камере. Что ж, очевидное преимущество перед плёночной версией. Можно повторить попытку в случае неудачного кадра.

4.2 Наличие информационного экрана, изначально предназначенного для представления служебной информации, дает возможность выводить на него не только зарегистрированное матрицей изображение, но и изображение формируемое, «видимое» матрицей до момента регистрации. Иначе – выполнять визирование. Более того, изображение, «видимое» фотоматрицей до момента регистрации можно выводить на экранчик, который будет установлен вместо матового стекла (фокусировочного экрана). Такой электронный видоискатель может быть как «открытым», так и внутренним – миниатюрным, заокулярным. Необходимость в наличии пентапризмы отпадает.

4.3 Зеркало, которое требует точного позиционирования и создает нежелательные вибрации, становится ненужным.

4.4 Механический шторный затвор тоже становится ненужным – с фотоматрицы можно считать текущее изображение. Более того: реализованы конструкции, в которых имеется специальная память, хранящая 5-10-100 последних кадров, «сделанных» до нажатия на кнопку спуска.

4.5 На фотоматрицу можно возложить функции экспозамера.

4.6 На фотоматрицу можно возложить функции автофокуса.

Фантастика! На фотоматрицу можно возложить функции всех узлов «зеркальной» камеры. Да какая там фантастика; все цифровые «мыльницы» и фотокамеры смартфонов построены именно так – без зеркала и пентапризмы, в большинстве – случаев без затвора. Но так уж получается, что фотоматрица может делать всё, но не лучше всех; видоискатель – с не самым натуральным изображением, автофокус – не самый точный и не самый быстрый, экспозамер – тоже не «самый».
Возвращаемся к названию статьи: первые пароходы могли плыть и без ветра, и против ветра, но… с парусами как то спокойнее.

Появление электронного приемника и регистратора изображения принципиально даёт в руки конструкторам новые возможности в создании фотоаппаратов. История, свидетелями которой мы являемся, такова, что эти новые возможности сначала оказались реализованными в бюджетных и миниатюрных камерах – «мыльницах» и смартфонах. Создатели «серьёзной» фототехники не спешат отказываться от привычной конструкции, как строители первых пароходов не спешили отказываться от парусов.

И вот парадокс: появился термин «незеркальная камера». Да смартфоны и «мыльницы» и так «незеркальные»! Новый термин обозначает категорию фотокамер со сменной оптикой, не дальномерных и не зеркальных, но со свойствами зеркальной камеры и, что очень важно, с претензией на профессиональное применение. Одновременно выросло и качество, причем по всем параметрам: скорость экспозамера и автофокуса, детализация, надёжность, набор режимов и функций. Чтобы не быть голословным приведу ссылки:

Беззеркальные камеры форматов  4/3, APS-C, и  24х36 мм (полный кадр); —  http://www.fotokomok.ru/luchshie-bezzerkalnye-fotoapparaty-goda/

Беззеркальные камеры среднего формата, безкомпромиссно профессиональные:

Fujifilm GFX 50S — https://rosphoto.com/novelties/fujifilm_gfx_50s-5280
HASSELBLAD X1D —  http://catode.ru/hasselblad-x1d-preview/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *