За вас «думает» фотоаппарат
За вас «думает» фотоаппарат
Мы уже упоминали о том, что существуют фотоаппараты, автоматически устанавливающие экспозицию. Это фотоаппараты с экспонометрическим устройством, или сокращено — с ЭУ. Действие фотоаппаратов с ЭУ, как и действие фотоэлектрических экспонометров, основано на применении фотоэлектрического узла, замеряющего яркость объекта съемки. Этот узел состоит из светоприемника и связанного с ним гальванометра, сигнализирующего прежде всего о возможности или невозможности съемки в данных световых условиях, при избранной вами выдержке или диафрагме. В качестве светоприемников применяются селеновые фотоэлементы или сернистокадмиевые фоторезисторы, а в качестве индикаторов — стрелка гальванометра или другие сигнальные устройства.
Селеновые фотоэлементы удобны тем, что в замкнутой цепи фотоэлемента возникает фототок непосредственно под действием света, благодаря чему такие фотоэлементы не требуют никакого электропитания. Но сила возникающего в них тока очень невелика, поэтому для замера яркости объекта в таких фотоэлектрических узлах применяются весьма чувствительные гальванометры (микроамперметры).
Фоторезисторы отличаются от селеновых фотоэлементов тем, что под действием света фототок в них непосредственно не возникает, но изменяется их электрическое сопротивление. Чувствительность их к видимой зоне спектра значительно выше, чем селеновых фотоэлементов, но они требуют источников питания. В качестве источников питания применяются миниатюрные ртутно-цинковые элементы РЦ-53 или аккумуляторы Д-0,06 с напряжением 1,3 В. Относительно большая мощность этих источников позволяет применять более грубый, а следовательно, более надежный и прочный гальванометр. Кроме того, с их помощью возможна постройка ЭУ вообще без гальванометра. В таких ЭУ ток, подаваемый элементами или аккумулятором, непосредственно используется для включения световых индикаторов.
Рис. 48. Системы замера освещенности с селеновым фотоэлементом (а) и сернистокадмиевым фоторезистором (б): 1 — селеновый фотоэлемент, 2 — сернистокадмиевый фоторезистор, 3 — источник питания, 4 — гальванометр, 5 — ограничитель поля зрения, 6 — добавочное сопротивление
На рис. 48 показано устройство фотоэлектрического узла с селеновым фотоэлементом (а) и фоторезистором (б). Фототок, возникающий под действием света в фотоэлементе или в фоторезисторе, поступает по проводам в гальванометр и отклоняет его стрелку тем сильнее, чем ярче объект съемки. Как видно на рисунке, в электрическую цепь узла введено добавочное сопротивление. Его устанавливают для согласования характеристики светоприемника с чувствительностью гальванометра и подбирают в отдельности к каждому конкретному гальванометру. Кроме того, это сопротивление предохраняет гальванометр от недопустимо больших токов, возникающих в его обмотке при слишком интенсивных засветках светоприемника, например при попадании на него прямого солнечного света.
Так как ЭУ должно замерять яркости только тех объектов, которые изображаются в пределах снимаемого кадра, то угол охвата светоприемника должен быть не больше угла поля зрения объектива. Для этого перед светоприемником устанавливают светоограничитель. В фотоэлектрических узлах с селеновым фотоэлементом светоограничителем служит решетка из отдельных ячеек, перед которой устанавливают растр, состоящий из многих мелких линзочек, как это показано на рисунке. Обычно же его изготовляют в виде кольца и располагают вокруг передней линзы объектива (рис. 49).
Рис. 49. Фотоаппарат «ФЭД-Микрон» с экспонометрическим устройством с селеновым фотоэлементом
В фотоэлектрическом узле с фоторезистором в качестве светоограничителя обычно применяется одна небольшая линза (рис. 50). Механическая сила стрелки гальванометра ничтожно мала и, конечно, недостаточна для того, чтобы привести в действие исполнительный механизм автоматики, Поэтому стрелка гальванометра используется только как аретир и, будучи заблокирована (застопорена) в том положении, какое она заняла под действием света, упавшего на светоприемник, она служит своего рода регулятором, позволяющим настроить исполнительный механизм ЭУ на отработку нормальной экспозиции. Сам же механизм приводится в действие усилием руки при нажиме на спусковую кнопку или рычаг затвора фотоаппарата.
Рис. 50. Фотоаппарат «Силуэт-Электро» с экспонометрическим устройством с сернистокадмиевым фоторезистором
Применяются также ЭУ с нулевым методом измерения с помощью нуль-индикатора, действующие на базе уравновешенного измерительного моста. Такие ЭУ действуют наиболее точно.
Существуют и другие ЭУ, в том числе и такие, которые, используя энергию элементов или аккумуляторов, сами приводят в действие затвор аппарата. Такие затворы называются электронными.
Поскольку на светоприемник ЭУ одновременно действует свет, отраженный всеми участками объекта съемки, попадающими в поле снимаемого кадра, все ЭУ рассчитаны на интегральный (усредненный) замер всех яркостей, т. е. действуют со средней экспозицией.
В настоящее время отечественная промышленность выпускает восемь моделей фотоаппаратов с ЭУ: «Зоркий-10», «Вилия-Авто», «ФЭД-Микрон», «Сокол», «Силуэт-Электро», «Киев-15», «Зенит-16» и «Зенит-TTЛ». Готовится к выпуску «Микрон-2».
В зависимости от типа ЭУ фотоаппараты делятся на полуавтоматы и автоматы. Последние же бывают непрограммными, однопрограммными и многопрограммными. Что же имеется в виду под этими названиями?
Полуавтоматами называются фотоаппараты со свободным выбором и установкой любого из двух экспозиционных параметров. В зависимости от характера объекта съемки вы можете выбрать нужную вам выдержку или диафрагму, т. е. установить один из этих параметров. ЭУ подберет к нему второй, а индикатор ЭУ соответственным сигналом покажет, возможна ли съемка при таком сочетании. Если съемка невозможна, вы можете изменить любой из параметров до появления разрешающего сигнала.
Это наиболее совершенная система ЭУ. Она открывает широкие возможности выбора экспозиционных параметров применительно к поставленной творческой или технической задаче.
Автоматами (непрограммными) называются фотоаппараты, позволяющие изменять только один из параметров: в одних фотоаппаратах — только выдержку, в других — только диафрагму, а ЭУ подбирает к установленному параметру другой. Трудно сказать, какая из этих систем лучше. Во всяком случае, эти фотоаппараты, так же как и полуавтоматы, позволяют менять сочетание выдержка-диафрагма, поскольку изменение одного из этих параметров автоматически влечет за собой изменение второго.
Однопрограммными автоматами называются фотоаппараты, ЭУ которых автоматически устанавливает одновременно оба экспозиционных параметра, т. е. и выдержку и диафрагму. Эти фотоаппараты действуют по одной заложенной в них жесткой программе и в каждом случае съемки дают какое-то одно сочетание выдержки с диафрагмой, которое не может быть изменено.
Многопрограммными автоматами называются фотоаппараты, действующие по нескольким программам и позволяющие, в зависимости от поставленной задачи, переключать ЭУ с одной программы на другую, изменяя один из экспозиционных параметров. Но на любой из установленных программ эти фотоаппараты, так же как и однопрограммные автоматы, дают только одно сочетание выдержки с диафрагмой.
С точки зрения общепринятых представлений автомат, т. е. устройство, выполняющее работу без участия человека, представляется нам более совершенным, чем полуавтомат, требующий вмешательства человека. Как видно из приведенного описания, эти понятия применительно к фотоаппаратам с ЭУ имеют иной смысл. Полуавтоматы более совершенны, чем автоматы, а последние более совершенны, чем программные автоматы. Объясняется это тем, что выбор оптимального сочетания выдержка-диафрагма из числа возможных представляет задачу не только техническую, но и творческую. Однопрограммные автоматы, во-первых, не учитывают такие факторы, как скорость движения снимаемого объекта и глубина резко изображаемого пространства, что может привести к «смазанности» изображения объекта на снимке или к нерезкости некоторых планов, а во-вторых, не позволяют преднамеренно применять передержки и недодержки[9] в целях достижения тех или иных художественных эффектов. В некоторой мере это относится и к многопрограммным автоматам.
Следующие особенности являются общими для всех отечественных фотоаппаратов, оснащенных ЭУ:
1) поскольку автоматическая установка экспозиции возможна только при условии точной выдержки, все фотоаппараты с ЭУ рассчитаны на съемку в пределах только тех выдержек, которые автоматически отмеряет сам затвор фотоаппарата;
2) все фотоаппараты позволяют отключать автоматику и переходить на ручное управление затвором и диафрагмой или одним из этих узлов;
3) все фотоаппараты рассчитаны на широкий диапазон замеряемых яркостей от 25 до 13000 кд/м2[10], а фотоаппарат «Силуэт-Электро» — от 0,1 кд/м2, что позволяет вести съемку в автоматическом режиме в широком диапазоне освещенностей объекта съемки;
4) ЭУ всех фотоаппаратов позволяют применять фотопленку чувствительностью от 16-22 до 250-500 ед. ГОСТ;
5) затворы всех фотоаппаратов снабжены синхроконтактами.
Все прочие характеристики фотоаппаратов различны; неодинаковы и их эксплуатационные свойства.
Эксплуатационные возможности всякого фотоаппарата в первую очередь определяются его основными техническими характеристиками, приведенными в табл. 1. Зависят они, конечно, и от оснащения фотоаппарата различными дополнительными устройствами, в том числе и ЭУ. Дальше мы остановимся на эксплуатационных свойствах, связанных с ЭУ фотоаппаратов.
Фотоаппараты «Зоркий-10», «Вилия-Авто» и «ФЭД-Микрон» — однопрограммные автоматы. Светоприемником в них служит селеновый фотоэлемент, а индикатором — стрелка гальванометра. Установка экспозиции полностью автоматизирована, требуется только заранее установить по шкале светочувствительность применяемой фотопленки. Во время же съемки нужно направить фотоаппарат на снимаемый объект, произвести наводку на резкость и нажать на спуск затвора.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОАППАРАТОВ С ЭУ
Фотографируя фотоаппаратом, не имеющим ЭУ, при расчете экспозиции обычно руководствуются следующими соображениями: если снимаемый объект движется, то для получения четкого его изображения на снимке требуется короткая (моментальная) выдержка. Поэтому прежде всего устанавливают выдержку, а затем подбирают к ней диафрагму. Если же снимаемый объект состоит из многих планов и требуется получить на снимке необходимую глубину резко изображаемого пространства, то сначала устанавливают требуемую для этого диафрагму, а затем подбирают выдержку.
Каким же образом фотоаппарат сам решает такую сложную и, казалось бы, неразрешимую задачу? В самом деле, можно построить механизм, который будет изменять один из параметров экспозиции в зависимости от другого, выбранного и установленного нами, как это происходит в полуавтоматических фотоаппаратах, но нельзя же заставить фотоаппарат установить сразу оба параметра без какой-то отправной точки. Не может же фотоаппарат сам, без нашего участия, решить, что в данном случае съемки более важно: малое отверстие диафрагмы и большая выдержка или большое отверстие диафрагмы и меньшая выдержка. Программный автомат и не решает такой задачи, а выбирает какую-то среднюю комбинацию, которая, возможно, и не отвечает нашим требованиям. Получится ли в этом случае резкое, не «смазанное» изображение, если объект движется, и будет ли достигнута необходимая глубина резко изображаемого пространства при съемке многоплановых объектов, сказать трудно, но экспозиция будет выбрана правильно, т. е. свою основную функцию фотоаппарат выполнит, и все кадры будут экспонированы нормально.
Как устроены автоматы, поясним на примере механизма автоматики фотоаппарата «Зоркий-10». ЭУ этого фотоаппарата отличается двумя принципиально важными особенностями: 1) бесступенчатый затвор фотоаппарата может действовать не только с выдержками нормального ряда, но и с промежуточными, например с 1/38 или с 1/93 с, и 2) затвор и диафрагма в фотоаппарате жестко связаны между собой и имеют один общий привод.
Рис. 51. Кинематическая схема экспонометрического устройства фотоаппарата «Зоркий-10»
На рис. 51 приведена принципиальная кинематическая схема ЭУ фотоаппарата «Зоркий-10». При зарядке фотоаппарата лимб 1 с нанесенной на него шкалой светочувствительности фотопленки, жестко связанный с корпусом гальванометра 2, поворачивают и совмещают число светочувствительности заряженной фотопленки с неподвижным индексом 3. При этом стрелка 4 гальванометра отклоняется и занимает исходное положение. Во время съемки под действием света, упавшего на светоприемник 5, в последнем возникает фототок, который по проводам (они на схеме не показаны) поступает в гальванометр. Стрелка последнего дополнительно отклоняется на тот или иной угол и занимает рабочее положение.
Нажав на рычаг 6, поворачивают кольцо 7, являющееся одновременно приводом диафрагмы и регулятором затвора. Выступ 8 поднимает нижний конец рычага 9, вращающегося вокруг оси 10, а гребенка 11 упирается одним из своих зубьев в стрелку гальванометра. При дальнейшем нажиме на рычаг 6 срабатывает затвор. Таким образом, в одном из крайних положений привода диафрагма полностью открыта, а затвор установлен на отработку наибольшей выдержки, т. е. система работает с наибольшей экспозицией. В другом крайнем положении привода, наоборот, диафрагма предельно мала, а затвор установлен на работу с наименьшей выдержкой, т. е. система действует с наименьшей экспозицией. По мере передвижения привода в ту или другую сторону происходит одновременно изменение и выдержки и диафрагмы от наибольших их значений к наименьшим или наоборот.
При этом возможны, например, такие нестандартные сочетания выдержки с диафрагмой:
Приблизительную информацию о том, с какой выдержкой производится съемка, дает положение стрелки гальванометра, которая видна в поле видоискателя. В принципе так же действуют ЭУ фотоаппаратов «Вилия-Авто» и «ФЭД-Микрон» (последний снабжен затвором-диафрагмой).
В неавтоматическом режиме все фотоаппараты с ЭУ работают с выдержкой «В», отмеряемой от руки, и с моментальными выдержками, но однопрограммные автоматы в этом режиме действуют с некоторыми ограничениями и позволяют изменять только диафрагму при постоянной выдержке 1/30 с. При таком же режиме осуществляется и съемка с лампой-вспышкой.
Появление однопрограммных автоматов вызвало в свое время оживленную дискуссию, связанную с тем, что эти фотоаппараты в каждом случае съемки дают лишь одно сочетание выдержка-диафрагма и тем самым лишают фотографа возможности творческого подхода к расчету экспозиции. Это верно, но главная задача, стоявшая перед конструкторами, состояла в том, чтобы создать недорогой, доступный широким массам фотолюбителей аппарат, с полностью автоматизированной установкой экспозиции. И хотя это привело к некоторым эксплуатационным ограничениям, тем не менее задача, на наш взгляд, решена правильно и едва ли могла быть решена иначе. Главное заключается в том, что программные автоматы освобождают фотолюбителя от всяких забот о расчете экспозиции, т. е., по существу, решают за него самую сложную и вместе с тем самую важную техническую задачу фотосъемки.
В большинстве случаев натурной съемки эти фотоаппараты дают вполне удовлетворительные результаты. Вам следует лишь произвести наводку на резкость и скадрировать изображение. Эти две операции не требуют особых знаний, и выполнение их доступно каждому человеку, даже совсем незнакомому с фотографией. На такой круг потребителей эти фотоаппараты и рассчитаны.
Фотоаппарат «Сокол» — пятипрограммный автомат. Установка экспозиции в нем также полностью автоматизирована, но фотоэлектрический узел ЭУ имеет равномерную шкалу и установка экспозиции производится в нем только на основных, оцифрованных делениях шкал выдержки и диафрагмы. Фотоэлектрический узел ЭУ состоит из сернистокадмиевого фоторезистора и индикатора в виде двух чисел, видимых в видоискателе и расположенных одно под другим. Верхнее число показывает отрабатываемую выдержку в долях секунды, а нижнее — число диафрагмы.
Источником электропитания ЭУ служит элемент РЦ-53 или аккумулятор Д-0,06. Срок годности элемента РЦ-53 ограничен, и элемент требует периодической замены, а аккумуляторы — подзарядки. Чтобы продлить срок их работы, ЭУ следует включать только на время съемки.
При таком экономном расходовании электроэнергии элемент может обеспечить исправную работу ЭУ в течение года. При длительных перерывах в работе элемент рекомендуется вынимать из фотоаппарата и хранить отдельно.
Изменение программ работы ЭУ в фотоаппарате «Сокол» производится перестановкой значения выдержки. Таких значений пять: 30, 60, 125, 250 и 500. Но значения эти условны, так как независимо от поставленной выдержки ЭУ может ее изменить. Так, при установке на «125» и подходящих световых условиях ЭУ отработает выдержку 1/125 с с любой диафрагмой от 2,8 до 16. Если света недостаточно, то ЭУ при той же диафрагме отработает выдержку 1/60 или 1/30 с. Если освещение объекта окажется недостаточным и для таких выдержек, то спусковая клавиша заблокируется, а в видоискателе появится красный сигнал «Снимать нельзя». Если же яркость объекта слишком велика для съемки с выдержкой 1/125 с и диафрагмой 16, то ЭУ отработает более короткие выдержки — 1/250 или 1/500 с.
В неавтоматическом режиме работы аппарат позволяет устанавливать любое сочетание выдержки с диафрагмой. В этом смысле он более совершенен, чем однопрограммные автоматы, и по своим эксплуатационным свойствам может быть приравнен к непрограммным автоматам.
Фотоаппарат «Силуэт-Электро» — автомат с предварительной установкой диафрагмы. Светоприемником служит сернистокадмиевый фоторезистор, а индикатором — две миниатюрные лампочки: желтая и красная, видимые в поле видоискателя. В качестве источника питания фоторезистора применяется секция 4РЦ-53 или четыре отдельных элемента РЦ-53. Желтый сигнал индикатора указывает на отработку выдержки более 1/30 с. Если такая выдержка не устраивает вас (например, при съемке спорта), то следует погасить сигнал, установив большую диафрагму. Красный сигнал свидетельствует об избытке освещения объекта съемки (он же показывает годность источника электропитания). При его появлении следует уменьшить отверстие диафрагмы до исчезновения сигнала. Съемка возможна, когда сигналы не появляются.
Отличительной особенностью аппарата является его электронный затвор, действующий с выдержками от 1/250 до 8 с, что значительно расширяет возможности съемки в автоматическом режиме в помещениях и вообще при слабом освещении объекта.
Рис. 52. Принципиальная схема электронного затвора
С такими продолжительными автоматическими выдержками (до 8 с!) не работает никакой другой затвор. На рис. 52 приведена принципиальная схема этого затвора. Действием его управляет узел, состоящий из конденсатора С и фоторезистора ФР. При нажиме на спуск затвора 1 шторка 4 под действием пружины начинает открывать кадровое окно аппарата (на схеме заштриховано). Одновременно включается источник питания 2 (секция из четырех элементов РЦ-53), заряжающий конденсатор С. Продолжительность зарядки этого конденсатора зависит от освещенности фоторезистора, которая в свою очередь зависит от освещенности или яркости объекта съемки. Чем больше освещенность фоторезистора, тем быстрее заряжается конденсатор С.
Как видно из схемы, при нажиме на спуск затвора замыкается цепь коммутационной ячейки с транзисторами (триодами) 6 и 7. Как только конденсатор зарядится, запертый до этого транзистор 6 открывается, а транзистор 7 запирается (не пропускает тока). В результате электромагнит 3 обесточивается и отключается, а якорь 8 под действием пружины отходит от электромагнита, освобождая от зацепления шторку 4, которая закрывает кадровое окно 5.
В неавтоматическом режиме работы возможна установка любой диафрагмы, но затвор действует только с выдержкой 1/25 с.
Фотоаппарат «Киев-15» — автомат с предварительной установкой выдержки. В качестве светоприемника ЭУ применяются два сернистокадмиевых фоторезистора, расположенных внутри камеры за пентапризмой по системе ТТЛ, а индикатором служит стрелка гальванометра. Источник электропитания фоторезистора — элемент РЦ-53. Фотоаппарат снабжен устройством для проверки годности элемента.
В правой стороне поля видоискателя расположены шкала диафрагм и стрелка гальванометра, дающие информацию о возможности съемки и об отрабатываемой диафрагме при данной (установленной) выдержке. При отключенной автоматике диафрагма устанавливается вручную. Фотоаппарат рассчитан на широкий круг подготовленных фотолюбителей.
Фотоаппараты «Зенит-16» и «Зенит-TTЛ» — полуавтоматы со свободным выбором выдержки и диафрагмы. Светоприемником ЭУ служит сернистокадмиевый фоторезистор, расположенный за объективом. Электропитание фоторезистора — от секции из трех элементов РЦ-53 или трех аккумуляторов Д-0,06, рассчитанных на 720 срабатываний затвора в течение одного года.
В фотоаппаратах «Зенит-16» и «Зенит-ТТЛ» электрическая схема ЭУ действует на базе уравновешенного моста с нуль-индикатором. В модели «Зенит-16» имеются два световых сигнала, расположенных в нижней части поля видоискателя. Свечение одного из них указывает на избыток света, другого — на недостаток. Изменяя выдержку или диафрагму, находят момент свечения обоих сигналов или их поочередного мигания, что соответствует правильной установке экспозиции.
В фотоаппарате «Зенит-ТТЛ» использована более удобная и более точная система установки экспозиции. В правой части поля видоискателя видны подвижная стрелка гальванометра и три знака, расположенные один под другим: «+» (плюс), под ним «0» (нуль), а под ним «-» (минус). Изменяя выдержку или диафрагму, подводят стрелку гальванометра к нулю, что соответствует правильной экспозиции.
«Зенит-16» и «Зенит-ТТЛ» — зеркальные камеры высокого класса, предназначенные преимущественно для опытных фотолюбителей и фоторепортеров. В отличие от фотоаппаратов с ЭУ, снабженных жестко встроенными объективами, зеркальные камеры «Киев-15», «Зенит-16» и «Зенит-TTЛ» позволяют применять сменные объективы, а также пользоваться удлинительными кольцами для репродуцирования, макросъемки и т. п.
В заключение еще раз напомним, что все фотоаппараты с ЭУ интегрально замеряют яркости объекта съемки и устанавливают усредненную экспозицию. Поэтому в ряде случаев, например при съемке против света, людей в темной одежде на фоне снега или в светлой одежде на фоне темной листвы, ЭУ может не дать правильную экспозицию для сюжетно важной части объекта.