Устройство фотоаппарата

В предыдущей статье в разделе технических основ мы рассматривали виды фотоаппаратов. Если кто не читал, настоятельно рекомендую глянуть, потому что тема сегодняшней статьи будет перекликаться с предыдущей. Для всех остальных еще раз повторю резюме. Существует три типа фотоаппаратов: компактные, беззеркальные и зеркальные. Компактные – самые простые, а зеркальные – самые продвинутые. Практический вывод статьи заключался в том, что компакты стоит обходить стороной, т.к. уже вытеснены смартфонами, зеркалки устарели как класс. И сегодня выбирать стоит из беззеркалок.

Сегодня поговорим об устройстве камеры. Как и везде, неплохо понимать принцип работы своего инструмента. Хотя бы на уровне основных узлов и принципов действия. Это позволит взглянуть на фотоаппарат с другой стороны – не как на черный ящик со входным сигналом в виде света и выходом в виде готового изображения, а как на устройство, в котором вы разбираетесь и понимаете, куда дальше проходит свет и как получается итоговый результат. Компактные камеры затрагивать не будем, а поговорим о зеркальных и беззеркальных аппаратах.

Устройство зеркального фотоаппарата

Да, на сегодняшний день зеркалки — это прошлая эпоха, но большинство принципов одинаковы. Поэтому рассмотрим их, а беззеркалки — как изменения по отношению к зеркалкам.

Глобально фотоаппарат состоит из двух частей: фотоаппарата (его еще называют body — тушка) и объектива. Тушка выглядит следующим образом:

А так выглядит фотоаппарат в комплекте с объективом:

Теперь посмотрим на схему. Она представляет структуру “в разрезе” с такого же ракурса, как на последнем изображении. На схеме цифрами обозначены основные узлы, которые и будем рассматривать.

1. Объектив представляет собой набор линз, которые пропускают свет и формируют изображение. Конструкция объективов, их типы и особенности не входят в данную статью. Их рассмотрим позже, а сейчас двигаемся дальше.
2. Внутри объектива находится диафрагма. Она представляет собой набор лепестков, которые накладываются друг на друга и образуют отверстие круглой формы. В зависимости от того, на какое расстояние сдвинут лепесток от начального положения, зависит площадь кружка. Итак, мы пришли к тому, что диафрагма служит для регулирования количества пропускаемого света. Она имеет свойство открываться и закрываться. При полностью закрытой диафрагме площадь отверстия минимальна и света проходит также минимум, при полностью открытой – наоборот.
3. Часть света, которая прошла через диафрагму, через набор линз попадает на полупрозрачное зеркало 3. Если снять объектив, то первое, что вы увидите внутри, будет зеркало. Вернитесь в начало статьи, посмотрите на первое изображение и вы увидите не что иное, как зеркало. На нем световой поток разделяется на две части.
4. Первая часть потока поступает на систему фокусировки 4. Система фокусировки представляет собой несколько фазовых датчиков, которые определяют, находится ли изображение в фокусе или нет и выдают задание на перемещение линз так, чтобы нужный объект попал в фокус.
5. Вторая часть светового потока поступает на фокусировочный экран 5, который позволяет фотографу оценить точность фокусировки и увидеть, какой будет ГРИП (глубина резко изображаемого пространства) в итоговом снимке. Над фокусировочным экраном, который представляет собой матовое стекло, расположена выпуклая линза, увеличивающая картинку.
6. После фокусировочного экрана свет поступает в пентапризму. Изображение, поступающее с объектива 1 на зеркало 3, перевернуто. Пентапризма состоит из двух зеркал, которые переворачивают изображение, чтобы в итоге в видоискателе оно отображалось нормальным. Выступ сверху характерен для зеркалок и представляет собой не что иное, как пентапризму.
7. С пентапризмы свет поступает в видоискатель, в котором мы и видим итоговое нормальное (не перевернутое) изображение. Основными характеристиками видоискателя являются его покрытие, размер и светлость. В современных зеркалках покрытие видоискателя составляет 96-100%. Если оно меньше 100%, то получаемая фотография будет немного больше, чем видит фотограф. Но, во-первых, это незначительно, а, во-вторых, больше — не меньше. При высоком разрешении матриц в современных камерах лишнее можно безболезненно “отрезать”. Размер видоискателя определяется его площадью, а светлость – качеством и светопропускаемостью стекол, из которых он изготовлен. Чем видоискатель больше и стекла светлее, тем легче фотографу будет фокусироваться и определять, попал ли нужный объект в фокус. В целом работать со светлыми и большими видоискателями одно удовольствие, но устанавливаются они только в топовые камеры и камеры уровня выше среднего.

После настройки всех параметров, кадрирования и фокусировки фотограф нажимает кнопку спуска. В этот момент зеркало поднимается и поток света попадает на главный элемент фотоаппарата – матрицу.

1. Как видно, поднимается зеркало и открывается затвор 1. Затвор в зеркалках механический и определяет время, в течении которого свет будет поступать на матрицу 2. Это время называется выдержкой. Также его называют временем экспонирования матрицы. Основные характеристики затвора: лаг затвора и его скорость. Лаг затвора определяет, как быстро откроются шторки затвора после нажатия кнопки спуска – чем меньше лаг, тем больше вероятность, что вон та проносящаяся мимо вас машина, которую вы пытаетесь снять, получится в фокусе, не смазана и скадрирована так, как вы это сделали при помощи видоискателя. У зеркалок и беззеркалок лаг затвора небольшой и измеряется в мс (миллисекундах). Скорость затвора определяет минимальное время, в течении которого будет открыт затвор – т.е. минимальную выдержку. На бюджетных камерах и камерах среднего уровня минимальная выдержка – 1/4000 с, на дорогих (в основном полнокадровых) – 1/8000 с. Когда зеркало поднято, свет не поступает ни на систему фокусировки, ни на пентапризму через фокусировочный экран, а попадает прямо на матрицу через открытый затвор. Когда вы делаете кадр зеркальным фотоаппаратом и при этом все время смотрите в видоискатель, то после нажатия на спуск вы на время увидите черное пятно, а не изображение. Это время определяется выдержкой. Если установить выдержку, к примеру, 5 с, то после нажатия на кнопку спуска вы будете наблюдать черное пятно в течении 5 секунд. После окончания экспонирования матрицы зеркало возвращается в исходное положение и свет опять поступает в видоискатель. ЭТО ВАЖНО! Как видите, существуют два основных элемента, регулирующих поток света, попадающий на сенсор. Это диафрагма 2 (см. предыдущую схему), которая определяет количество пропускаемого света и затвор, который регулирует выдержку – время, за которое свет попадает на матрицу. Эти понятия лежат в основе фотографии. Их вариациями достигаются различные эффекты.
2. Матрица фотоаппарата 2 представляет собой микросхему со светочувствительными элементами (фотодиодами), которые реагируют на свет. Перед матрицей стоит светофильтр, который формирует цветную картинку. Двумя важными характеристиками матрицы можно считать ее размер и соотношение сигнал/шум. Чем выше и то, и другое, тем лучше. Подробнее о фотоматрицах мы поговорим в отдельной статье, т.к. это очень обширная тема.

С матрицы изображение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), оттуда в процессор, обрабатывается (или не обрабатывается, если ведется съемка в RAW) и сохраняется на карту памяти.

Еще к важным деталям зеркалок можно отнести репетир диафрагмы. Дело в том, что фокусировка производится при полностью открытой диафрагме. Выставляя в настройках закрытую диафрагму, фотограф не видит изменений в видоискателе. В частности, ГРИП остается постоянной. Чтобы увидеть, каким будет выходной кадр, можно нажать на кнопку, диафрагма прикроется до установленного значения, и вы увидите изменения до нажатия на кнопку спуска. Репетир диафрагмы устанавливается на большинстве зеркалок, но мало кто им пользуется: новички часто о нем не знают или не понимают назначения, а опытные фотографы примерно знают, какой будет ГРИП в тех или иных условиях и им легче сделать пробный кадр и в случае необходимости поменять настройки.

Устройство беззеркального фотоаппарата

Давайте сразу посмотрим на схему и будем обсуждать предметно.

Беззеркалки в чем-то проще зеркалок. В них нет зеркала и сложной системы фазовой фокусировки, а также установлен видоискатель другого типа.

1. Световой поток попадает через объектив на матрицу 1. Естественно, свет проходит через диафрагму в объективе. Она не обозначена на схеме, но, думаю, по аналогии с зеркалками вы догадались, где она расположена, т.к. объективы зеркалок и беззеркалок по конструкции не отличаются (разве что размерами, байонетом). Более того, большинство объективов от зеркалок через переходники можно установить на беззеркалки. Размеры матриц такие же, как и в зеркалках — APS-C, FF как самые распространенные.
2. На схеме цифрой 2 обозначен процессор, на который поступает информация, полученная матрицей.
3. Под цифрой 3 изображен экран, на который выводится изображение в режиме реального времени (режим Live View). В отличии от зеркалок в беззеркалках это не сложно сделать, потому что световой поток не преграждается зеркалом, а беспрепятственно поступает на матрицу.

В общем все выглядит просто замечательно – убраны сложные конструктивные механические элементы (зеркало, датчики фокусировки, фокусировочный экран, пентапризма). Это значительно уменьшило железки в размере и весе, но также создало массу других проблем. Обсудим их, попутно разбирая, какими техническими особенностями обусловлены эти недостатки.

Первая главная проблема – видоискатель. Так как свет попадает прямо на матрицу и никуда не отражается, то мы не можем видеть изображение напрямую. Мы видим лишь то, что попадает на матрицу, потом преобразуется процессором и отображается на экране. Т.е. в системе существует множество погрешностей. Мало того, у каждого элемента имеются свои задержки и изображение мы видим не сразу, что неприятно при съемке динамических сцен (из-за постоянно улучшающихся характеристик процессоров, экранов видоискателей и матриц это не так критично, но все равно имеет место быть). Изображение выводится на электронный видоискатель, у которого высокое разрешение, но которое все равно не сравнится с разрешением глаза.

Вторая проблема представляет собой низкую автономность из-за напичканности электроникой, которая постоянно работает. Если фотограф работает с камерой, то все это время свет поступает на матрицу, постоянно обрабатывается процессором и выводится на экран или электронный видоискатель с высокой скоростью обновления – фотограф же должен видеть происходящее в реальном времени, а не в записи. Кстати, видоискатель тоже потребляет энергию и не мало, т.к. его разрешение высоко и яркость с контрастностью должны быть на уровне. В сравнении с зеркалками количество кадров, которое можно сделать на одном заряде батареи значительно меньше. Но прогресс за все время существования беззеркалок значительный, и уже немало камер с хорошей автономностью.

Третья проблема представляет собой как преимущество, так и недостаток. Речь идет об эргономике камеры. Вследствие избавления от “ненужных элементов” зеркалочного происхождения уменьшились размеры (хотя сегодня есть и обратный тренд). Небольшая беззеркалка просто исчезает из поля зрения при использовании телевика (объектива с большим фокусным расстоянием, сильно приближающим объекты). Отдельно в этом плане можно вспомнить некоторые камеры Fuji, где хват недостаточный для работы с тяжелой оптикой. Но размер камеры – это палка о двух концах. С одной стороны большой размер обладает выше описанными преимуществами, а с другой — небольшую камеру можно чаще брать с собой и люди обращают на нее меньше внимания.

Устройство компактного фотоаппарата

Что касается компактов, то у них масса ограничений, основным из которых является малый размер матрицы. Это не позволяет получить картинку с низким шумом, высоким динамическим диапазоном, качественно размыть фон и накладывает еще массу ограничений. Далее идет система автофокусировки. Если в зеркалках и беззеркалках используется фазовый и контрастный виды автофокуса, которые относятся к пассивному типу фокусировки, так как ничего не излучают, то в компактах используется активный автофокус. Камерой излучается импульс инфракрасного света, который отражается от объекта и попадает обратно в камеру. По времени прохождения этого импульса определяется расстояние до объекта. Такая система работает очень медленно и не работает на значительных расстояниях.

В компактах используется несменная низкокачественная оптика. Для них недоступен широкий набор аксессуаров, как для старших собратьев. Визирование происходит в режиме Live View по дисплею или через видоискатель. Последний представляет собой обычное стекло не очень хорошего качества, не связан с оптической системой фотоаппарата, из-за чего возникает неправильное кадрирование. Особенно сильно это проявляется при съемке близлежащих объектов. Продолжительность работы компактов от одного заряда невелика, корпус маленький и его эргономичность еще намного хуже, чем у беззеркалок. Количество доступных настроек ограничено и они спрятаны глубоко в меню.

Если говорить об устройстве компактов, то оно простое и представляет собой упрощенную беззеркалку. Здесь меньше и хуже матрица, другой тип автофокуса, нет нормального видоискателя, отсутствует возможность замены объективов, невысокая продолжительность работы от аккумулятора и непродуманная эргономика.

Сегодня это полностью мертвый класс камер, вытесненный смартфонами.

Вывод

Вкратце мы рассмотрели устройство фотоаппаратов различных типов. Думаю, теперь вы имеете общее представление о внутреннем строении камер. Дальше мы поговорим об отдельных важнейших элементах: матрице, системах автофокуса и объективах. А пока пауза.