Back to the topics list

aparat fotograficzny

Wprowadzenie do aparatów i optyki

Na tej lekcji poznamy fascynujący świat kamer i ich związek z optyką, dziedziną fizyki zajmującą się badaniem światła. Aparaty, zarówno cyfrowe, jak i analogowe, przechwytują światło w celu tworzenia obrazów, a zrozumienie zasad optyki może zwiększyć naszą wiedzę na temat działania aparatów.

Podstawowe pojęcia optyki

Optyka to dziedzina fizyki zajmująca się zachowaniem i właściwościami światła, w tym jego interakcją z materią. Zanim zagłębimy się w sposób, w jaki kamery wykorzystują optykę do przechwytywania obrazów, rzućmy okiem na kilka kluczowych pojęć z zakresu optyki:

• Światło : Światło jest formą promieniowania elektromagnetycznego widoczną dla ludzkiego oka. Porusza się falami i można go opisać za pomocą długości fali i częstotliwości.
• Odbicie : Dzieje się tak, gdy światło odbija się od obiektu. Lustra są typowymi przykładami powierzchni odblaskowych.
• Załamanie : Załamanie to zmiana kierunku fali świetlnej spowodowana zmianą jej prędkości. Dzieje się tak, gdy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, na przykład powietrza do wody.
• Soczewka : Soczewka to kawałek przezroczystego materiału, zwykle szkła lub tworzywa sztucznego, z co najmniej jedną zakrzywioną powierzchnią, używany do załamywania światła i tworzenia obrazów.

Kamera: przegląd

W swej istocie kamera jest instrumentem optycznym, który przechwytuje światło w celu utworzenia obrazu. Główne elementy aparatu obejmują korpus, obiektyw, migawkę, przysłonę i przetwornik obrazu (lub kliszę w tradycyjnych aparatach).

Obiektywy i ogniskowa

Obiektyw to bez wątpienia najważniejsza część aparatu. Gromadzi i skupia światło na czujniku obrazu lub kliszy, aby utworzyć obraz. Ogniskowa obiektywu, zwykle mierzona w milimetrach (mm), określa jego kąt widzenia (jak duża część sceny zostanie uchwycona) i powiększenie obrazu. Soczewki można podzielić na:

• Szerokokątny : mają krótką ogniskową i zapewniają szeroki widok sceny. Idealny do krajobrazów.
• Teleobiektyw : Obiektywy o długiej ogniskowej zapewniające wąskie pole widzenia. Służą do przybliżania odległych obiektów.
• Prime : Soczewki o stałej ogniskowej. Znane ze swojej ostrości i wydajności przy słabym oświetleniu.
• Zoom : Soczewki o zmiennej ogniskowej, zapewniające elastyczność kadrowania zdjęć bez zmiany obiektywu.

Przysłona i głębia ostrości

Apertura to otwór w soczewce, przez który przechodzi światło. Jest ona określana ilościowo za pomocą liczb f (np. f/2,8, f/8), przy czym niższe liczby oznaczają szerszą przysłonę. Szersza przysłona pozwala na dotarcie większej ilości światła do czujnika obrazu, co czyni go przydatnym w warunkach słabego oświetlenia. Przysłona wpływa również na głębię ostrości , czyli zakres sceny, na której jest ustawiona ostrość. Szeroka przysłona (np. f/2,8) tworzy płytką głębię ostrości, skupiając się na obiekcie i rozmywając tło.

Szybkość migawki

Migawka steruje czasem ekspozycji czujnika lub kliszy aparatu na światło. Czas otwarcia migawki mierzony jest w sekundach lub ułamkach sekundy. Krótkie czasy otwarcia migawki (np. 1/1000 sekundy) zatrzymują ruch, natomiast długie czasy otwarcia migawki (np. 1 sekunda) mogą stworzyć efekt rozmycia ruchu, ilustrując ruch obiektów.

Wyczuwanie obrazu: czujniki filmowe i cyfrowe

W tradycyjnych aparatach na kliszę obraz rejestruje światłoczuła klisza. W aparatach cyfrowych tę rolę pełni czujnik obrazu, zazwyczaj czujnik CCD (urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym) lub czujnik CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenkiem metalu). Czujnik przetwarza światło na sygnały elektryczne w celu uzyskania cyfrowych obrazów.

Eksperymenty ze światłem i soczewkami

Aby lepiej zrozumieć wpływ soczewek na sposób, w jaki rejestrujemy obrazy, rozważ ten prosty eksperyment:

1. Weź szkło powiększające i kartkę papieru.
2. W słoneczny dzień trzymaj szkło powiększające nad papierem, regulując odległość, aż znajdziesz punkt, w którym światło słoneczne skupia się w najmniejszym możliwym miejscu. Punkt ten nazywany jest punktem ogniskowym.
3. Obserwuj intensywność światła w ognisku. Pokazuje to, jak soczewki mogą koncentrować światło, czyli zasadę stosowaną przez aparaty do tworzenia jasnych i wyraźnych obrazów.

Wniosek

Zrozumienie zasad optyki jest niezbędne do zrozumienia działania aparatu. Od sposobu, w jaki soczewki skupiają światło w celu tworzenia obrazów, po wykorzystanie przysłony i czasu otwarcia migawki do kontrolowania ekspozycji, optyka odgrywa kluczową rolę w fotografii. Stosując te koncepcje, fotografowie mogą manipulować światłem i perspektywą, aby osiągnąć pożądane rezultaty, rejestrując chwile przez obiektyw aparatu.