Физические изобретения в цифровом-зеркальном фотоаппарате

Самарская областная  физико-математическая школа

 

 

 

 

 

 

 

Физические  изобретения в цифровом-зеркальном фотоаппарате

 

 

 

Выполнил:

Пирогов Кирилл,

ученик 10 А класса СОФМШ

Научный руководитель:

Сапцина Т.Н.

 

 

 

 

Самара, 2012 

Содержание

Введение...................................................................................................................3

История фотоаппарата............................................................................................4

Дагеротипия.............................................................................................................7

Современный фотоаппарат.....................................................................................9

Принцип работы современного фотоаппарата...................................................10

Линза.......................................................................................................................13

Характеристика  простых линз..............................................................................13

Ход лучей в  системе линз.....................................................................................16

Объектив и  диафрагма..........................................................................................17

Абберации..............................................................................................................28

Изменения в  фотоаппаратах. Трансфокатор.......................................................31

Достоинства и  недостатки трансфокаторов........................................................33

Современные объективы......................................................................................34

Заключение.............................................................................................................35

Список литературы................................................................................................36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность:

В наше время фотоаппарат, вероятно, покажется простейшим устройством. Множество функций даже самых сложных фотокамер до сих пор механические, а не электронные. В большинстве случаев любительской съемки фотолюбителю достаточно всего два-три простых параметра. Однако, несмотря на эту кажущуюся простоту, сегодня производятся сотни видов фотоаппаратов в широком конструктивном диапазоне. Невероятно широкий ассортимент по степени сложности и наличию дополнительных функций - правда, и стоить они могут и как карманный калькулятор и как новый автомобиль. Популярность  фотографии совсем неудивительна. Для того, чтобы человек получил возможность любоваться окружающим миром и самим собой понадобилось сделать немало открытий. В наше время эволюция фототехники достигла высоких успехов, по сравнению с прошлыми веками. По мере развития фототехники все больше и больше использовалось физических изобретений для улучшение качества снимком и самого процесса. Изучение физических изобретений в фотоаппарате актуально в наше время. Поэтому мы хотим понять и изучить эти изобретения.

 

Цели  работы:

1. Разобраться, что такое  фотоаппарат,  из каких принципиальных элементов  он состоит.

2. Показать отличие  современного фотоаппарата.

3. Изучить технические  характеристики фотоаппарата.

Объекты: Canon 500D ; Зенит-С.

Предметы  изучения: Преломление света, регистрация изображения.

Гипотеза: Между современными фотоаппаратами и моделями прошлого века существует разница.

 

 

 

История фотоаппарата

Взяв в руки фотоаппарат, вы нажимаете на спусковую кнопку и происходит чудо – на пленке или  электронной матрице останавливается  время. Чтобы понять, как все это происходит, необходимо вспомнить имя человека, который первой обратила внимание на явления, которые впоследствии легли к основе принципа построения изображения в фотоаппарате.

Имя этого человека —  Ибн-аль-Хайсам. Нечисленные источники  рассказали нам о его жизни совсем мало. Родился он в 965 году, а умер — в 1039, получив на то время блестящее образование. В средневековой Европе имя Ибн-аль-Хайсама (или, как его называли здесь, Альгазена) произносили с большим уважением. Арабский физик, математик, врач, философ, он написал один из первых трактатов из оптики, в котором собрал все знания о свете и световых лучах, которые были известны в античном мире. И что для нас сегодня особенно интересно — он был первым человеком, который придумал что-то вроде фотоаппарата, хотя о самой фотографии тогда не могло быть языка.

Для этого он взял обычный  ящик, пробуравил в одной из стенок отверстие, а затем зажег перед  ним несколько свеч. Состоялось открытие, из которого выплывало такое: если напротив отверстия разместить непрозрачный экран, а может даже и предмет, тогда на том экране или же предмете появятся перевернутые изображения каждой из свеч. Да, Альгазен открыл то, что через 200 лет в Европе назовут камерой — обскурою, то есть темной камерой. И поскольку для него это был лишь опыт, один из многих, который в современной физике называют ключевым, которому он не уделил надлежащего внимания, он так и остался не реализованным еще в течение двух веков.

Усовершенствовал это  устройство другой не менее знаменитый итальянец – Джироламо Кардано  в середине ХVІ века. В отверстие камеры-обскура была установленная линза и изображение стало ярче и более чётким.

За каких-то сто лет  она стала неизменным спутником  неутомимых и любознательных путешественников, зодчих, художников. Оптическое изображение, которое отражалось на бумаге, они обводили карандашом или пэром.

Но людям было мало лишь одной  камеры-обскура и поэтому одновременно с развитием оптики развивался такой  предмет как фотоаппарат.

Фотоаппарат - это устройство, состоящее из набора линз и регистрирующих приборов. Это определение описывает только современный фотоаппарат.

Но сначала следует вспомнить  кем и как был изобретен  первый в мире фотоаппарат.

В 16 веке Джироламо Кардано поместил в камеру-обскуру линзу и получил первые, хотя и сильно расплывчатые фотографии.

В 1727 году Иоганн Шульц  внедрил в процесс реагирующие  на свет соли серебра и добился  чуть лучшего результата.

Первой дошедшей до нас фотографией  стал снимок Ньепса.

 

В 1820 году он соединил светочувствительный битум с камерой-обскурой, получив несколько неплохих изображений. Но требуемые 8 часов выдержки и сомнительного качества результат помешали пустить новинку в массовое производство.

  В 1839 году на мировую арену выходит Луи Жак Манде Дагер, который в сотрудничестве с Ньепсом, изобретает фотокамеру. В своей работе Дагер использовал йодид серебра, что позволило уменьшить время выдержки до 15-20 минут. Однако и этот промежуток времени был слишком длительным, чтобы сделать возможным распространение портретных снимков. Только после добавления в процесс бромида серебра, получение фотоснимка стало секундным делом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дагеротипия

Дагеротипия (дагерротипия) — фотографический процесс, способ непосредственного получения при съёмке позитивного изображения.

Дагеротипия изобретена французским художником Дагером в 1839 году и считается первым практическим способом фотографирования. Это была единственная возможность получения фотографических изображений до изобретения в 1851 году мокрого коллодионного процесса, полностью вытеснившего более сложную и опасную дагеротипию.

В качестве фотоматериала использовали посеребрённую медную пластинку. Пластинку тщательно полируют, затем непосредственно перед съёмкой обрабатывают парами иода, в результате чего образуется тончайший слой светочувствительного йодистого серебра. Под действием света в этом слое возникает скрытое изображение, проявляемое парами ртути. Полученное изображение закрепляют раствором тиосульфата натрия.

Негативно-позитивный процесс.

Традиционный фотографический процесс состоит из двух этапов:

Негативный процесс:

1.Во время экспозиции в фотоаппарате свет от освещённого объекта через объектив попадает на фото-, кинопленку (или фотопластинку) и засвечивает определённые участки на плёнке (фотопластинке).

2.Светочувствительный слой проявляется, то есть подвергается химической обработке. В результате на нем образуется негативное изображение снятого объекта.

Негативное изображение — это изображение, в котором яркости объекта съемки отображаются наоборот, то есть наиболее светлые участки выглядят темными, а наиболее темные (тени) - светлыми. На цветном негативе цвета объекта отображаются дополнительными к ним цветами на изображении.

Позитивный процесс:

1. Негативное  изображение с фото- или киноплёнки, с помощью проходящего сквозь нее света, экспонирует фотобумагу или позитивную пленку оптическим или контактным способом.

2.В позитивном фотослое формируется позитивное изображение (позитив). После проявления под тёмными участками на негативе, через которые прошло мало света, получаются темные участки на фотобумаге или пленке и наоборот, под светлыми участками негатива — засвеченные участки. Можно сказать, что позитив - это негатив негатива. В цветном фотопроцессе дополнительные к объекту съемки цвета негатива становятся такими же, как и были у объекта.

Поэтому, на позитивном изображении (на позитиве), цвета и полутона соответствуют снятому объекту. С одного негатива можно сделать любое количество позитивных изображений (фотографий или фильмокопий). 

 Существуют вещества, сохраняющиеся без изменения в темноте, но тотчас же изменяющиеся, как только на них попадает свет. Способность эта (светочувствительность) в высокой степени свойственна галоидному серебру, соединению металлического серебра с одним из галоидов - бромом, хлором или йодом. Бромистое, хлористое и йодистое серебро являются светочувствительной основой фотографических слоев. 

 Применяемые в фотографии в качестве исходных материалов светочувствительные слои (или фотослои) - это тонкая желатиновая пленка, в которой находится очень большое количество мельчайших частиц (микрокристаллов) галоидного серебра, чувствительного к свету. Так как слой этот сам по себе очень тонок и непрочен, он наносится на прочную подложку: на стекло (фотопластинки), на целлулоид (фотопленка и кинопленка), на бумагу (фотобумага). 

 По назначению светочувствительные материалы (или фотоматериалы) делятся на негативные, используемые для съемки, и позитивные, служащие для изготовления отпечатков,  

 Светочувствительные материалы необходимо тщательно оберегать от постороннего света: малейшее количество дневного или искусственного белого света, попавшее на открытые ставки, пленку или фотобумагу, совсем испортит их,

 

 

 

Современный фотоаппарат

Профессиональные фотоаппараты находится в тесном тандеме с названием зеркальные фотоаппараты. Как профессиональные фотоаппараты, так и зеркальные фотоаппараты сегодня дают возможность вместить в себя все новшества технологий в довольно компактный корпус. Огромный набор улучшенных функций, позволяющих получать снимки высокого качества в любых условиях работы. Зеркальные фотоаппараты оснащены зеркальным видоискателем и разнообразными видами съёмок. Идеально передавая всю историю съёмки, будут радовать своих владельцев отменным качеством ярких, чётких снимков с насыщенной цветовой гаммой. Количество пикселей начинается от 10, скорость съёмки в некоторых фотоаппаратах от 3-х снимков в секунду. Процессор, благодаря своей мощности позволяет быстро обработать снимки.

Отличия современных фотоаппаратов  от своих предшественников настолько велика, что на разбор уйдут года, а на самом деле изменились лишь принципы регистрации изображения.

Передовыми компаниями в развитие новых технологий фотоаппарата являются японские компании Canon Inc. и Nikon. Помимо них в этом бизнесе есть такие компании как: Carl Zeiss, Casio, Fujifilm, Hasselblad, Hewlett Packard, Hitachi, Kodak, Konika, Leica, Olympus, Panasonic, Pentax.

Каждая компания занимается своими разработками в фотоаппарате.

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы современного фотоаппарата

 

Современный фотоаппарат  представляет собой электронный  оптико-механический прибор для создания оптического (светового) изображения  объекта на поверхности светочувствительного материала (фотопленки или электронно-оптического  преобразователя).

Основными конструктивными  узлами фотоаппарата являются корпус, объектив, диафрагма, затвор, видоискатель, фокусировочное и экспонометрическое устройство, электронная лампа-вспышка, индикаторное устройство, счетчик кадров.

Фотоаппараты, имеющие зеркальный видоискатель, получили название зеркальных (SLR — Single Lens Reflex). Идентификационным признаком однообъективного зеркального фотоаппарата (видоискателя) является отсутствие на передней панели корпуса фотоаппарата окна видоискателя и призматическая форма верхней панели корпуса.

Экспонометрическое устройство в современных фотоаппаратах  обеспечивает автоматическое или полуавтоматическое определение и установку экспозиционных параметров — выдержки и диафрагменного числа в зависимости от светочувствительности фотопленки и освещенности (яркости) объекта съемки.

Экспонометрическое устройство состоит из светоприемника, электронной  системы управления, индикатора, а  также исполнительных органов, управляющих  работой затвора, диафрагмы объектива  и согласующих работу затвора и лампы-вспышки. В качестве светоприемника в большинстве современных фотоаппаратов используют кремниевые фото-диоды. В компактных фотоаппаратах, светоприемник экспонометрического устройства располагается на передней панели корпуса, рядом с объективом.

В зеркальных фотоаппаратах  высокого класса светоприемник размещают  внутри корпуса фотоаппарата, за объективом, что позволяет автоматически  учитывать реальное светопропускание объектива (реальную освещенность светочувствительного материала). Фотоаппараты с замером освещенности внутри корпуса за съемочным объективом имеют международное обозначение TTL или TEE.

Механизм транспортировки  пленки служит для перемещения пленки на один кадр, точной ее установки перед  объективом и обратной перемотки  пленки в кассету после экспонирования. Механизм транспортировки пленки связан со счетчиком кадров, который предназначен для отсчета экспонированных или неэкспонированных кадров.