Серебряный юбилей несеребряной фотоаппаратуры

В 2006 г. фотографы, любители и профессионалы, могут отметить примечательную дату — 25-летие, серебряный юбилей своего знакомства и союза с фотокамерами нового типа, а именно электронными (цифровыми). В 1981 г. японская радиоэлектронная компания Sony сообщила о подготовленном прототипе фотокамеры с магнитной записью изображения — «Мавике»/Mavica. В этой камере изображение проецировалось не на обычную фотопленку, а на фотоэлектрический приемник, состоящий почти из 280 тыс. светочувствительных элементов (пикселей), а именно из 490 строк по 570 элементов в каждой строке. Запоминались и хранились изображения на миниатюрном магнитном диске камеры.

По горячим следам события автор этих строк рискнул предсказать электронной фотографии блестящее будущее (в своей книге «Фотоаппараты», издательство «Машиностроение», 1984 г.).

«Существенным недостатком описанной конструкции является ее низкая разрешающая способность. Впрочем, электроника прогрессирует очень быстро, и можно ожидать появления приемников с более мелкими элементами и меньшим шагом структуры, обеспечивающих более высокую разрешающую способность записанного изображения. Таким образом, не исключено, что в будущем электронная фотография станет серьезным соперником классической, использующей галоидосеребряные фотоматериалы, а возможно, и заменит ее. Но если даже это произойдет, то, оглядываясь на полуторавековой путь "серебряной" фотографии, мы испытаем только чувство благодарности к авторам и многочисленным разработчикам этого удивительного изобретения, вклад которого в культуру, науку, искусство невозможно переоценить».

Через несколько лет после «Мавики» появились первые образцы собственно цифровых фотокамер, т.е. не с магнитной, а с цифровой записью изображения. В наши дни очевидно победное шествие цифровой электронной фотоаппаратуры, но первые ее шаги были довольно медленными. По нашим данным, опирающимся на публикации в технической литературе и фирменные проспекты (и поэтому, возможно, неполным), до 1995 г. различные фирмы разрабатывали в основном опытные образцы подобных фотокамер с разрешающей способностью ненамного большей, чем у «Мавики», причем сообщалось не более чем о семи таких моделях на протяжении каждого года.

Перелом наступил в 1995–1996 гг.: не менее 30 моделей (включая профессиональные) с матрицами в основном до 3 Мпикс. (миллионов пикселей). В 1997 г. — около 60 моделей (до 4–5 Мпикс.), в 1998 г. — более 70 моделей, в 1999 г. — более 50 моделей (до 6 Мпикс.), в 2000 г. — около 100 моделей (до 7 Мпикс.). Наряду с цифровыми фотокамерами разрабатывались (еще с середины 90-х гг.) и цифровые приставки в виде съемной кассетной части, например, для среднеформатных фотоаппаратов; они имели существенно бzльшую по площади светочувствительную площадку и значительно больше пикселей.

После 2000 г. рост числа моделей не замедлился. Теперь ежегодно выпускается несколько сотен новых моделей, и даже пересчитать их становится уже трудно. Еще в 2003 г. почти половину всех проданных фотокамер составляли цифровые, а в некоторых странах, как в Германии или Японии, их доля в продажах была значительно выше — около 4,9 млн шт., т.е. 72%).

Наряду с цифровыми фотокамерами бурно растет и рынок принадлежностей к ним: карты памяти, фотопринтеры для изготовления отпечатков, специальные сорта фотобумаг и проч. С 2001 г. лавинообразно растет производство мобильных телефонов со встроенными цифровыми фотокамерами.

Надо, однако, учесть, что цифровые камеры массового выпуска продаются относительно недавно, а у населения имеются многие миллионы аналоговых, т.е. обычных пленочных фотокамер. И если количественные успехи цифровых фотокамер сомнений не вызывают, то было бы интересно оценить их достижения и с других точек зрения.

Качественно
Вряд ли можно спорить с тем, что основной пункт в сопоставлении цифровых фотокамер с аналоговыми — это сравнение по качеству производимых ими фотографических изображений. Кроме того, при сравнительной оценке качества могут учитываться и многие другие характеристики — как оптические (например, кратность изменения фокусного расстояния объектива), так и электрические (значительное потребление тока для монитора и других устройств камеры) и функциональные, связанные с практическим обслуживанием камеры (время до готовности камеры к первому снимку после ее включения, а также частота съемки серии последовательных кадров и проч.).

Несомненно, очевидным преимуществом цифровых камер являются возможности наблюдения (на мониторе) отснятого кадра сразу после его съемки, а также стирания неудачных кадров; съемки видеофильмов (с синхронной записью звука) или записи кратких звуковых пояснений после съемки каждого кадра.

Рассмотрим детально некоторые ключевые моменты сравнения качества изображения, даваемого оптико-фотографической системой «объектив + фотоприемник».

Что касается фотообъективов, то и в аналоговых и в цифровых камерах используются объективы, одинаковые по оптическим схемам и, следовательно, подобные по качеству оптического изображения. В цифровых камерах с большxми размерами фотоприемника (такими как приемник 24х36 мм или APS-формат, близкий к 15х23 мм) могут использоваться обычные фотообъективы аналоговых камер, а в массовых цифровых фотокамерах с малыми фотоприемниками (например, 4,29х5,76 мм для сенсора типоразмера 1/2,5 дюйма) — более короткофокусные объективы.

Для оценки этого качества примерно полвека тому назад были разработаны т.н. функции передачи модуляции (ФПМ) объективов и лабораторные приборы (специальные оптические скамьи) для измерения таких функций. Тест-объект такого прибора может представлять собою решетку из контрастных штрихов — линий, разделенных равными им по ширине промежутками.

Для многих современных фотообъективов контраст в изображении снижается примерно вдвое для большей части поля зрения (кроме краевых зон поля) при частотах в изображении тест-объекта, близких к 40 лин./мм. Более традиционная оценка качества по разрешающей способности объективов оперирует понятием порогового контраста, близкого к 0,1. Разрешающая способность равна частоте штрихов такой решетки, в изображении которой контраст падает до порогового, и уже невозможно различить глазом отдельные штрихи. Разрешающую способность различных типов современных фотообъективов, кроме, пожалуй, самых широкоугольных, можно в первом приближении принять равной 100–120 лин./мм (для большей части поля зрения).

Что касается фотоприемников, то оценка их качества изображения оказывается различной для аналоговых и для цифровых камер как по методам расчета или измерений, так и по результатам оценки. Фотоприемники аналоговых фотокамер, т.е. главным образом фотопленки, оценивают, вообще говоря, по тем же критериям, что и фотообъективы, т.е. с помощью их функций передачи модуляции или по их разрешающей способности.

Последняя для современных цветных фотопленок даже высокой чувствительности, например, для Fujicolor NPH 400 Pro, достигает 135 лин./мм, а для фотопленок более низкой чувствительности и черно-белых разрешающая способность еще выше (например, у черно-белой фотопленки Kodak T-Max 100 она достигает 200 лин./мм).

Сопоставление же с качеством электронных многоэлементных фотоприемников (ПЗС- или КМОП-сенсоров) затрудняется тем, что для цифровых фотокамер нашли применение методы оценки, использовавшиеся ранее для телевизионных передающих камер, например, число строк изображения по высоте кадра. Однако сравнение с привычными для аналоговых фотокамер критериями оценки можно облегчить, если и для цифровых камер использовать понятие, близкое к разрешающей способности фотослоя.

Для телевизионных изображений со строчной разверткой еще в 20-е гг. прошлого века был предложен числовой критерий, названный по имени разработчика частотой Найквиста: Nyquist H., Bell Syst. Tech. J., 3, 324 (1924); AIEE Trans., 47, 617 (1928). Но и в наши дни значение частоты Найквиста является хорошей оценкой разрешающей способности «цифровой фотопленки». Как несложно убедиться (см. врезку), по значениям разрешающей способности фотоприемников современные модели цифровых фотокамер пока примерно вдвое уступают приведенному выше значению для цветных фотопленок аналоговых камер.

Для всей оптико-фотографической системы, состоящей из объектива и фотоприемника, качество изображения можно оценивать с помощью суммарной функции передачи модуляции, подсчитываемой как произведение ФПМ объектива на ФПМ фотоприемника. Более простым путем можно оценить разрешающую способность Rc системы по приближенным эмпирическим формулам, как 1/Rc = 1/Rоб + 1/Rпр, где Rоб и Rпр — разрешающая способность соответственно объектива и фотоприемника. Используя вышеприведенные числовые значения, можно подсчитать следующие значения.

Для системы «объектив + фотоэмульсия»:
1/Rc=1/120+1/135=0,0157=1/64, т.е. Rc=64 1/мм.
Для системы «объектив + фотоэлектрический приемник»:
1/Rc=1/120+1/65=0,0237=1/42, т.е. Rc=42 1/мм.

Таким образом, если полагать, что в аналоговой и цифровой фотокамерах используются объективы одинакового качества, все же по разрешающей способности многие современные цифровые фотосистемы пока еще уступают аналоговым примерно в 1,5 раза.

Очевидная возможность ликвидации этого отставания — увеличивать количество фотоприемников (ячеек) на чувствительной площадке, но на этом пути встретятся значительные технические трудности. Действительно, для фотокамер с малой чувствительной площадкой шаг структуры светоприемных ячеек всего около 2 мкм (0,002 мм), и дальнейшее уменьшение расстояния между соседними ячейками и размеров самих ячеек при необходимости обеспечить их достаточно высокую светочувствительность уже затруднительно.

Для существенно бОльших чувствительных площадок (15х23 мм, 24х36 мм) дальнейшее уплотнение структуры технически возможно, правда, при этом может ухудшиться отношение сигнала к шуму. Так, в камере Nikon D200 (2005 г.) имеется фотоприемник 10 Мпикс., т.е. сделан заметный шаг вперед. Для сравнения: у Nikon D70 — 6 Мпикс.. Однако значительное увеличение площади фотоприемника сложно с экономической стороны, т.к. повышается цена этого узла, которая часто и так чересчур высока для широкого круга фотолюбителей.

Действительно, появившийся в 2006 г. комплект из фотокамеры Alpa 12 SWA с объективом Schneider Apo-Digitar XL 47/5.6 и новым электронным блоком Leaf Aptus 75, имеющим фотоприемник с весьма солидным числом светочувствительных ячеек (33,9 Мпикс. при размерах фотоприемника 36х48 мм), по своей цене близок к хорошему автомобилю (33 тыс. евро). По мнению руководителя германской испытательной лаборатории Image Engineering, приведенному в 2004 г. в журнале Stern (№40, стр. 126), каждое удвоение площади многоэлементного фотоприемника приводит к его удорожанию в 8 (восемь) раз.

Миниатюризация
Заманчивые перспективы для цифровых фотокамер открываются в связи с возможностями их миниатюризации. Действительно, при весьма малых размерах чувствительной площадки (например, 4,29х5,76 мм) значительно сокращаются все три геометрических размера камеры: длина, высота и толщина. Уменьшение толщины связано с тем, что при сокращении размеров кадра фотообъектив может иметь во столько же раз меньшее фокусное расстояние без изменения углового поля зрения.

Поскольку этот короткофокусный объектив все же остается многолинзовым, т.е. имеет заметную толщину, применяют иногда особое его расположение в камере, чтобы сделать последнюю совсем плоской. Так, линзы объектива и фотоприемник размещают внутри камеры по ее высоте, а световые лучи от объектов попадают на объектив после отражения от малого плоского зеркала, расположенного под углом 45 градусов. Благодаря такой конструкции, толщина фотокамеры Fujifilm FinePix Z1 составляет всего 18,6 мм.

Малые размеры узла объектив+фотоприемник цифровой камеры позволяют, кроме того, повысить оперативность и гибкость при съемке. Этот узел можно в некоторых моделях наклонять на значительный угол относительно корпуса камеры (для съемки «над головой») или даже вообще отделить от корпуса, используя для соединения электрический кабель (модель Minolta DiMAGE V, 1996 г.).

Однако радикальное уменьшение фокусного расстояния объективов обеспечивает также определенные преимущества в его оптическом качестве, а именно сильно увеличивает глубину резко изображаемого пространства. Это явление известно и было оценено фотографами на протяжении ряда десятилетий развития классической фотоаппаратуры при переходе от крупноформатных пластиночных камер (9х12 см и проч.) к среднеформатным (на 6-см роликовую пленку), далее к малоформатным (24х36 мм) и к еще меньшим размерам кадра на фотопленке.

Чтобы проиллюстрировать увеличение глубины резкости в случае использования цифровой фотокамеры с кадром 4,29х5,76 мм по сравнению с обычной малоформатной камерой 24х36 мм, можно сопоставить для обоих этих случаев гиперфокальные расстояния объективов, обеспечивающие, как известно, глубину резко изображаемого пространства от половины гиперфокального расстояния до «бесконечности».

Для малоформатной камеры с фокусным расстоянием f=50 мм и относительным отверстием объектива n=2 при допустимом кружке нерезкости u=0,04 мм гиперфокальное расстояние h=f2/(nu)=502/(2х0,04)=31300 мм=31,3 м, т.е. передняя граница резко изображаемого пространства на h/2=15,7 м от камеры, а задняя на бесконечности.

Для цифровой камеры с размером кадра 7,15 мм (по диагонали), т.е. примерно в 6 раз меньшим, чем для малоформатной камеры, во столько же раз можно уменьшить фокусное расстояние и диаметр допустимого кружка нерезкости, и во столько же раз уменьшается расстояние от камеры до передней границы резко изображаемого пространства h=8,32/(2х0,0067)=5200 мм=5,2 м, т.е. резко изображаются предметы от 2,6 м до «бесконечности». Как видим, вследствие уменьшения геометрических размеров фотоприемника в 6 раз в такое же количество увеличилась и глубина резко изображаемого пространства.

Конструкция
При фотоприемнике малых размеров камера становится особенно компактной, а возможности съемки расширяются в случае поворотного или отделяемого съемочного узла с фотообъективом и приемником или поворотного монитора, на котором наблюдают изображение.

Остановимся подробнее на новой тенденции в развитии цифровых камер, особенно в последние годы, а именно на том, могут ли такие фотокамеры стать «полностью электронными». Электронные узлы не только заменяют обычный серебряный светочувствительный материал (фотопленку), но начинают заменять и вытеснять механические и оптические узлы камер.

Фотозатвор. В аналоговых фотокамерах механический затвор обеспечивает требуемую выдержку, а в другое время попадание света на фотопленку «строго воспрещается». Напротив, в цифровых незеркальных камерах светоприемник постоянно освещается, а «выдержка» как отрезок времени, необходимый для регистрации изображения и передачи его в узел памяти, отмеряется электронными безынерционными переключающими устройствами. Такие модели, появившиеся в самые последние годы XX столетия, дают рекордно короткие выдержки: 1/10000 с в камере Olympus Camedia E-100RS или 1/16000 с в зеркальной камере Nikon D1. Такой релейной схемой, очевидно, также могли бы обеспечиваться еще более короткие выдержки, но они, пожалуй, и не требуются даже при съемке на ярком солнце при полном отверстии объектива.

Этот диапазон выдержек значительно шире, чем обеспечиваемый в аналоговых фотокамерах центральными затворами, где достигнута кратчайшая выдержка 1/1000 с. Лучшие шторные затворы аналоговых малоформатных фотокамер дают выдержки до 1/12000 с (для каждой точки изображения), но при этом кратчайшая выдержка синхронизации с импульсными лампами-вспышками (т.е. полное открытие кадрового окна) составляет все же 1/250 с (или 1/300 с у камеры Nikon F5).

Понятно, что полностью электронные релейные фотозатворы цифровых камер обходятся без движущихся механических деталей, но сохраняют все достоинства знакомых по аналоговым камерам систем TTL (измерение через съемочный объектив) и многозонных (т.н. оценочных, матричных) систем измерения экспозиции, т.к. элементы светоприемника цифровой камеры, фиксирующего изображение, сами измеряют освещенность всех точек и участков площади кадра.

Видоискатель. Как правило, цифровые фотокамеры снабжаются цветным монитором (т.е. экраном, обычно на задней стенке камеры или в виде поворотной пластинки), на котором фотограф видит изображаемый сюжет. Однако монитор не может полностью заменить видоискатель с окуляром перед глазом фотографа.

Во-первых, при наблюдении монитора камеру приходится держать на вытянутых руках во время съемки, т.е. возникает опасность «смазывания» изображения из-за дрожания камеры. Во-вторых, при ярком внешнем освещении оценивать изображение на мониторе трудно или даже невозможно.

Очень многие цифровые камеры имеют, кроме монитора, еще обычный оптический видоискатель — рядом с объективом или (в зеркальных камерах) позади него. Но в последние годы все чаще встречаются электронные видоискатели, в которых единственной оптической деталью является окуляр. Он сфокусирован, как лупа, на малый ЖК-экран-монитор, на который передается изображение от светоприемника цифровой камеры. Ранние образцы таких экранов (как у камеры Fujix DS330, 1998 г.) имели слишком грубую структуру, и в окуляр замечалась зернистость изображения. Однако с введением для экранов т.н. TFT-технологии (Thin Film Transistors) этот недостаток был в основном преодолен.

Такие электронные видоискатели изображают всю площадь кадра без срезания его краев и без параллакса между видоискателем и объективом. А ведь для достижения этого результата видоискателям аналоговых камер потребовались чуть ли не 100 лет постоянных усовершенствований, вплоть до 60-х гг. XX в. К этому времени в шкально-дальномерных фотокамерах распространились оптические схемы видоискателей с подсвеченными кадрирующими рамками, сменяемыми для разных объективов и перемещаемыми для компенсации параллакса во время фокусировки. В однообъективных зеркальных камерах появились сложные системы с поворотным зеркалом увеличенных размеров, с демпфирующими устройствами для уменьшения сотрясения камеры в момент съемки, со специально рассчитанными фотообъективами, обеспечивающими большее расстояние от последней линзы до плоскости пленки, достаточное для размещения механизма поворотного зеркала.

Автоматическая фокусировка. В аналоговых камерах последних десятилетий прошлого века автоматическая фокусировка почти полностью вытеснила внутрибазные дальномеры старых моделей, а в зеркальных аналоговых камерах — прежние системы наводки на резкость по матовому стеклу, микрорастру и фокусировочным клиньям. Фокусировочное перемещение съемочного объектива выполняется автоматически по сигналу от фотоэлектрического модуля.

В аналоговых незеркальных (компактных) фотокамерах используют системы автофокусировки с базой на корпусе, равной расстоянию между центрами двух окон дальномера. В схемах активной автофокусировки из одного окна на корпусе камеры к объекту посылается пучок инфракрасных лучей (в некоторых системах — три пучка), а отраженные от объекта лучи пучка попадают на многоэлементный фотоприемник в другом окне на корпусе камеры.

При этом от расстояния до объекта зависит, на какой именно элемент приемника попадут отраженные от объекта лучи. В схемах пассивной автофокусировки световые лучи от объекта попадают на две многоэлементные линейки фотоприемников. В незеркальных камерах эти линейки расположены позади двух окон дальномера. От расстояния до объекта зависит, насколько изображения на линейках будут смещены одно относительно другого вдоль линеек.

В зеркальных камерах применяют схемы пассивной автофокусировки по изображению, построенному съемочным объективом камеры. Световые пучки проходят через две зоны объектива, симметричные относительно оптической оси, и после отражения от поворотного зеркала попадают на две многоэлементные линейки фотоприемников, причем только в положении точной фокусировки оптические изображения на обеих линейках расположены идентично, а не смещены (вдоль линеек) в противоположные стороны. Это положение улавливается с помощью попарного сравнения электрических сигналов от соответственных элементов обеих линеек.

Возможно, именно приверженностью изготовителей к этим давно опробованным и достаточно надежным схемам автофокусировки можно отчасти объяснить широкое распространение зеркальных цифровых фотокамер, имеющих значительные размеры, вес (и цену!). Однако и потребителей привлекает, в частности, возможность использования для зеркальных цифровых камер (при сравнительно больших размерах приемника: 15х23 мм или 24х36 мм) многочисленных сменных фотообъективов, выпущенных для аналоговых малоформатных камер.

Однако в цифровых фотокамерах имеется и принципиально иная возможность автоматической фокусировки, а именно с помощью частотного анализа электрического сигнала непосредственно от светоприемника цифровой камеры, изображение на котором сканируется (для наблюдения на мониторе и для запоминания), т.е. последовательно измеряются сигналы от всех элементов приемника. При этом используется тот факт, что в резком изображении, построенном объективом камеры, границы объектов менее размытые (более крутые), и разность сигналов между соседними элементами приемника на этом участке изображения получается большей.

Говоря на радиотехническом языке, величина, обратная расстоянию между соседними элементами приемника, определяет наибольшую передаваемую пространственную частоту (см. выше о частоте Найквиста). И амплитуда переменной составляющей для высокочастотных компонентов электрического сигнала оказывается наибольшей как раз в случае наиболее резкого изображения.

Системы, определяющие положение точной фокусировки по этому принципу, находят широкое применение в последние годы.

Ирисовая диафрагма. Полностью электронная ирисовая диафрагма объектива, не имеющая подвижных механических деталей (лепестков), пока практически не реализована в фотоаппаратуре, хотя подобные устройства предлагались в патентах еще 20–30 лет тому назад. Например, предлагалось применить ячейки жидких кристаллов, в которых происходит т.н. динамическое рассеяние света при приложении к ячейке невысокого электрического напряжения.

Согласно этим предложениям, в зрачок объектива помещается ЖК-кювета — тонкая плоскопараллельная пластинка. На одну плоскую поверхность кюветы нанесен прозрачный сплошной электрод, на другую поверхность — несколько прозрачных кольцевых электродов, симметричных относительно центра (т.е. оси) кюветы.

Если приложить напряжение между сплошным электродом первой поверхности и наружным кольцевым электродом второй поверхности, то в наружной кольцевой зоне кюветы возникает турбулентное движение молекул жидкого кристалла, свет в этой зоне рассеивается и не проходит прямо дальше в объектив. То же произойдет в других кольцевых зонах зрачка, если к ним прикладывать электрическое напряжение. В результате световые пучки ограничиваются примерно так же, как с ирисовой диафрагмой.

Практическому применению ЖК-диафрагм мешает их серьезный недостаток, не преодоленный до сих пор: свет, рассеянный ЖК-кюветой, заметно ухудшает качество изображения, снижая его контраст. В этой области нужны дальнейшие исследования и изобретения.

Объектив. Замена электронными устройствами основного оптического узла фотокамеры, а именно объектива, кажется пока задачей из области фантастики. Современные фотообъективы обычно сложны по конструкции, т.к. состоят из многих (часто асферических) стеклянных линз, нередко громоздки и дороги (особенно объективы с переменным фокусным расстоянием, в которых некоторые линзовые компоненты надо перемещать вдоль оптической оси для изменения фокусного расстояния). Однако оптическое стекло остается уникальным, особым материалом, обеспечивающим требуемое высокое качество изображения благодаря исключительной точности обработки стекла, его стабильности и разнообразию сортов.

Тем не менее уже в течение нескольких десятилетий в патентах предлагались другие способы преломления лучей между объективом и светоприемником, а также другие материалы для линз.

Так, «пьезоэлектрическая линза» (например, по британскому патенту №2020445А) наполнена светопреломляющей жидкостью. Одна из стенок растягивается под действием приложенного высокого напряжения и изменяет свою кривизну сообразно значению напряжения.

Другой предложенный вариант — гибкая «гидравлическая линза», наполненная жидкостью. С помощью поршня давление внутри жидкости изменяется по определенному закону, и одна из стенок, выполненная в виде гибкой мембраны, прогибается до расчетной величины. Если радиус кривизны мембраны изменять с достаточно высокой частотой, то, возможно, удалось бы выделить резкое изображение (на несколько размытом из-за аберраций фоне) в широкой спектральной области (по патенту США №3641354).

Из этих предложений практическое применение нашел пока лишь один элемент, а именно светопреломляющая жидкость (вместо стекла) в одном компоненте объектива с целью сдвига изображения в поперечном направлении. Так действует «жидкостный компонент» в оптическом стабилизаторе изображения, если фото- или видеокамера дрожит в руках во время съемки: например, в камкордере Canon XL1 (2000 г.), в фотокамерах компании Panasonic (Lumix FX7 и др., 2004 г.).

Кроме того, в самое последнее время в фотографической прессе появились сообщения, что уже с 2006 г., возможно, начнется производство «жидких линз» для цифровых фотокамер, встраиваемых в мобильные телефоны. Для камер такого назначения нужен миниатюрный, предельно тонкий объектив, а требования к качеству его изображения могут быть не особенно высокими.

В конструкции «жидкой линзы», разработанной французской фирмой Varioptic, световые лучи от объектов проходят в тонкой кювете последовательно через два слоя несмешивающихся жидкостей, а именно масла и воды. Электрическое напряжение (несколько десятков вольт), приложенное к стенкам кюветы, создает электростатическую силу. Она изменяет радиус сферической преломляющей поверхности, пограничной между слоями масла и воды, а это позволяет выполнять фокусировку объектива.

Все же в целом классическому стеклянному высококачественному объективу пока нет равноценной электронной альтернативы.

Немного философии
Цифровые фотокамеры за последнее десятилетие все активнее вытесняют пленочные фотокамеры. В конструкции цифровых камер заметна тенденция к замене традиционных оптико-механических узлов и устройств полностью электронными. Для этого используется электрический сигнал от многоэлементного светоприемника цифровой камеры, который передается: к запоминающему устройству, т.е. к карте памяти, на время выдержки (вместо механического фотозатвора); к малому монитору перед окуляром (вместо оптического видоискателя); к анализатору спектра пространственных частот сканируемого изображения (вместо оптико-электронной системы автоматической фокусировки через съемочный объектив).

В этом случае принципиальная схема цифровой фотокамеры состоит всего из двух основных компонентов, между которыми нет никаких оптических, механических и др. узлов, а именно из фотообъектива в передней стенке корпуса камеры и многоэлементного светоприемника — у задней. (Кроме этих двух компонентов, в цифровой камере имеются обслуживающие системы: управляющий микропроцессор, блок памяти, источник электроэнергии, монитор — экран, показывающий изображение.)

Парадоксальным образом оказывается, что такая схема новейшей, полностью электронной камеры вовсе не нова. Еще на заре развития фототехники, примерно полтора столетия тому назад, пластиночные фотокамеры представляли собой ящик с объективом и фотопластинкой (в кассете) на его концах. Конечно, технический уровень и удобство пользования такими старейшими аппаратами трудно даже сравнивать с современными цифровыми камерами. Для точного ограничения поля зрения и для фокусировки надо было поставить вместо кассеты с фотопластинкой матовое стекло, установив камеру на штатив. Когда затвором служила крышка объектива, которую фотограф убирал рукой, это не годилось для сравнительно коротких, «моментальных» выдержек. Длительная подготовка к каждому снимку особенно усложняла съемку движущихся объектов.

Как раз на устранение этих недостатков было направлено развитие фотокамер в конце XIX в. и главным образом в XX в. На этом этапе (назовем его этап А) в фотокамеры вводится целый ряд механических, оптических, а позже и электрических устройств, так что от простой схемы «объектив и фотоприемник» пришлось отказаться. Так, рядом с фотообъективом появился центральный фотозатвор, а фотопленку уже не заменяли матовым стеклом перед съемкой каждого кадра.

Потребовались видоискатели, хотя бы не очень точные (рамочные или телескопические), а для фокусировки — дальномеры. Полезными (особенно при использовании сменных объективов) оказались механизмы поворотного зеркала между объективом и фотоматериалом, а также шторные затворы перед плоскостью изображения.
Однако на современном этапе развития (назовем его этап Б) с появлением описанных выше цифровых фотокамер «полностью электронного типа» удается снова отказаться от всех вспомогательных устройств между объективом и светоприемником. Но важно, что при этом сохраняются высокие качественные характеристики устройств и максимальная готовность, оперативность съемки.

Так спираль развития завершает свой полный виток, возвращается к исходной точке, и перед нами снова схемы, как 150 лет тому назад, но на гораздо более высоком техническом уровне. Развитие иллюстрирует действие известного философского диалектического закона: «отрицание (Б) отрицания (А)».

Что дальше?
Можно предположить, что и далее будет продолжаться развитие в уже наметившихся направлениях, в частности в следующих.

В усовершенствовании конструкций цифровых фотокамер. Наряду с различными качественными улучшениями заманчива перспектива создания полностью электронных цифровых фотокамер. В этой статье уже были рассмотрены некоторые возможности замены электронными устройствами традиционных узлов камер: механического фотозатвора, оптического видоискателя, оптико-электронной автофокусировочной системы и даже стеклянного фотообъектива.

В повышении оперативности фотосъемки и получения конечных результатов. Появление весьма емких карт памяти (до 1 Гб и более) позволяет не экономить кадры и не тратить время при съемке на просмотр и стирание неудачных кадров. А для связи цифровой фотокамеры с принтером для получения отпечатков на фотобумаге или с компьютером (возможно, также с телевизором или с видеопроектором) можно обойтись без соединительных кабелей и даже без непосредственного контакта камеры с этими приборами, а использовать для этого собственную локальную радиосвязь (более надежную, чем инфракрасное телеуправление). Такая связь в последнее время предусматривается не только для дорогих зеркальных, но и для компактных цифровых фотокамер, например, для Nikon Coolpix P1 и P2, а также Kodak EasyShare One.

В объединении цифровых фотокамер с другой медиатехникой. Многие цифровые фотоаппараты позволяют, как видеокамеры, получать длинные серии изображений (со звуковым сопровождением). Уже в 1999 г. появилась первая система беспроводной связи японской цифровой фотокамеры Casio QV-7000SX с мобильным телефоном Nokia 9110 Communicator для дальнейшей передачи изображений. А в первые годы нового столетия получили огромное распространение подобные системы, т.н. камерафоны (в Германии — «фотохэнди»), т.е. сравнительно простые цифровые фотокамеры, встроенные в мобильные телефоны. Например, в 2004 г., как сообщалось в прессе, в Германии продали больше камерафонов, чем цифровых фотокамер.

Вообще мобильный телефон с цифровой фотокамерой постепенно превращается в некоторый карманный «персональный электронный комплекс», который включает в себя многие приборы: миниатюрный телевизор и радиоприемник, аудио- и видеопроигрыватель, мини-компьютер с выходом в интернет, возможно, также навигационную систему, чтобы точно определять свое местоположение с помощью сигналов от спутников Земли. Такую тенденцию подтверждают экспонаты прошедшей недавно международной компьютерной выставки CeBIT-2006 (Ганновер, Германия).

Сохранится ли цифровая фотокамера как специализированный отдельный прибор или только составит часть «персонального электронного комплекса» — покажет будущее.

Михаил ШУЛЬМАН/Michael Schulmann
Штутгарт, Германия