Come funziona una fotocamera Reflex Digitale

Come funziona una fotocamera Reflex Digitale
La fotografia è senza dubbio una delle invenzioni più importanti della storia, e ha veramente trasformato il modo in cui le persone concepiscono il mondo. La tecnologia di base che rende possibile tutto questo è abbastanza semplice, e in questo articolo cercheremo di elencare quante più informazioni tecniche possibile sui meccanismi di funzionamento di una Fotocamera Reflex Digitale

Prima dell'avvento delle schede di memoria, le macchine fotografiche erano costituite da tre elementi fondamentali: un elemento ottico (lente), un elemento chimico (film) e un elemento meccanico (il corpo della macchina stessa). Come vedremo, la giusta calibrazione e combinazione di questi tre elementi garantisce la stampa di un'immagine nitida e pulita.

Lenti

Olympus Digital Zuiko 9-18mm ED white paper
Olympus Digital Zuiko 9-18mm ED white paper

Come già accennato, il componente ottico della macchina fotografica è la lente, e nel caso più semplice, è un elemento curvo di vetro o di plastica. Il suo compito è quello di catturare i fasci di luce riflessi dagli oggetti.
Ma come può un elemento così semplice ottenere questo risultato?
Il processo è in realtà molto semplice: la luce viaggia da un mezzo ad un altro ad una velocità che varia a seconda del materiale che deve attraversare (per esempio l'aria è più veloce da attraversare rispetto al vetro). Questo ci dice che un obiettivo di vetro rallenta la luce. 

Visto che non tutte le onde luminose raggiungono la lente nello stesso momento, è inevitabile che ce ne siano alcune che rallentano prima di altre. Per capirci, è come spingere un carrello della spesa su un pavimento e passare poi su un prato. La ruota che per prima toccherà il prato tenderà a rallentare rispetto a quella che è ancora sul pavimento, causando una rotazione del carrello in direzione del prato.
L'effetto sulla luce è il medesimo: la luce si piega in una determinata direzione quando passa attraverso un vetro, e si piega nuovamente quando esce perchè le onde luminose attraversano l'aria e accelerano prima di altre parti dell'onda stessa.
Una fonte luminosa, per esempio una candela, emette luce in tutte le direzioni, e i raggi partono tutti dallo stesso punto, ovvero dalla fiamma della candela, per poi tendere ad una costante divergenza. Una lente convergente prende quei raggi e li reindirizza tutti in uno specifico punto, ottenendo l'immagine reale della candela.

Abbiamo quindi visto che un immagine reale è formata da una luce in movimento attraverso una lente e che la natura di questa immagine varia a seconda di come la luce viaggia attraverso la lente. Questo percorso ottico dipende da due fattori principali: l'angolo di entrata del fascio di luce nella lente e la struttura della lente
L'angolo di entrata della luce cambia quando si sposta l'oggetto più vicino o più lontano dall'obiettivo. Inoltre, i fasci di luce che entrano con un angolo acuto escono con un angolo ottuso, e viceversa. L'angolo di curvatura totale rimane costante in qualsiasi punto della lente.
In poche parole possiamo affermare che i fasci di luce provenienti da un punto più vicino, convergono più lontano dall'obiettivo rispetto ai fasci di luce provenienti da un punto più lontano. Questo fenomeno si verifica con un semplice esperimento: accendendo una candela e tenendo una lente di ingrandimento tra essa e il muro, si noterà l'immagine capovolta della candela sulla parete. Inoltre, per mettere a fuoco l'immagine, si deve spostare la lente di ingrandimento più vicino o più lontano dalla candela. Questo è proprio quello che succede quando si mette a fuoco con la macchina fotografica: la lente si sta spostando più vicino o più lontano dalla superficie. 

Ora sappiamo che una lente è in grado di piegare i fasci di luce in una certa misura, indifferentemente dall'angolo di entrata del fascio. Questo "angolo di curvatura" totale è determinato dalla struttura della lente.
L'aumento della distanza tra la lente e l'immagine reale, aumenta la dimensione totale dell'immagine reale. Se ci pensate, questo ha perfettamente senso. Prendiamo per esempio un proiettore, quando lo spostiamo più lontano dallo schermo, l'immagine che ne risulta, diventa più grande. La stessa cosa accade in una macchina fotografica dove il potere di ingrandimento di una lente viene descritto dalla sua lunghezza focale. Nello specifico, la lunghezza focale è definita come la distanza tra la lente e l'immagine reale di un oggetto in lontananza (la luna per esempio). Un più alto numero di lunghezza focale indica un maggiore ingrandimento dell'immagine.
 
Esistono diverse lenti, ed ognuna adatta a situazioni diverse. Se per esempio si vogliono fotografare persone o cose a grandi distanze, si potrebbe utilizzare un teleobiettivo, ovvero un obiettivo con una lunghezza focale particolarmente lunga. Se invece si vogliono fotografare paesaggi, skyline di città, grandi gruppi di persone anche in poco spazio (con tutta la distorsione che ne esce), si potrebbe utilizzare un obiettivo grandangolare, cioè con una lunghezza focale molto più corta.
L'obiettivo standard delle fotocamere (50 millimetri) è ideale per la ripresa di oggetti che non sono ne particolarmente vicino ne troppo lontano.

Obiettivi delle lenti

Reflex Lens
Reflex Lens

L'obiettivo della fotocamera è in realtà il risultato di diverse lenti combinate in una sola unità. Una lente singola convergente potrebbe formare una vera immagine sulla pellicola, ma sarebbe deformata da un gran numero di aberrazioni cromatiche che producono essenzialmente un'immagine dove i colori non sono allineati correttamente.
Per ovviare a questo problema si utilizzando varie lenti fatte di materiali diversi. Ogni lente gestisce i colori in modo diverso, e quando si combinano in un certo modo, i colori risultano allineati.
Lo Zoom di un obiettivo rende possibile lo spostamento avanti o indietro di diversi elementi ottici. Modificando la distanza tra particolari lenti, è possibile regolare la potenza di ingrandimento (la lunghezza focale) della lente nel suo complesso.

Luce e vecchie pellicole

Il componente chimico di una fotocamera tradizionale è la pellicola. In sostanza, quando si espone il film a una vera e propria immagine, tutta la luce viene immagazzinata chimicamente attraverso una collezione di piccoli granelli sensibili alla luce stessa e sparsi in una sospensione chimica su una striscia di plastica. Se esposti alla luce, le particelle subiscono una reazione chimica.
Nella pellicola in bianco e nero, le sostanze chimiche sviluppate oscurano i grani che sono stati esposti alla luce. Questo produce un negativo, dove le zone più chiare appaiono più scure e le zone più scure appaiono più chiare, il tutto viene  poi convertito in un'immagine positiva nella stampa.
La pellicola a colori ha tre diversi strati di materiali sensibili alla luce, che rispondono al rosso, verde e al blu. Quando la pellicola viene sviluppata, questi strati sono esposti a sostanze chimiche che tingono gli strati della pellicola. Quando si sovrappongono le informazioni dei colori da tutti e tre i livelli, si ottiene un full-negativo a colori.

Finora, abbiamo esaminato l'idea di base della fotografia (si crea una vera e propria immagine con una lente convergente, e registriamo il modello luce di questa immagine reale su uno strato di materiale sensibile alla luce). Concettualmente, questo è tutto ciò che rende possibile la realizzazione di una foto, ma per catturare un'immagine chiara, è necessario controllare attentamente altri dettagli.
 
Per scattare una foto, si deve tenere il film in completa oscurità fino al momento dello scatto.
Per realizzare lo scatto in modo corretto è fondamentale capire la quantità di luce che colpisce la pellicola. Infatti se ce ne è troppa, l'immagine apparirà sbiadita, se invece la luce è troppo poca, reagiranno pochi grani e l'immagine risulterà eccessivamente scura. Nella prossima sezione, vedremo i diversi meccanismi che consentono di regolare una corretta esposizione della luce.

La luce giusta (esposizione)

Nell'ultima sezione, abbiamo visto che è necessario controllare con attenzione l'esposizione della pellicola alla luce, o la vostra immagine verrà fuori troppo scura o troppo chiara, ma come si fa a regolare questo livello di esposizione? Dovete considerare due fattori principali:

1 - Quanta luce sta passando attraverso la lente: per aumentare o diminuire la quantità di luce che passa attraverso l'obiettivo, è necessario modificare le dimensioni del diaframma (l'apertura dell'obiettivo). In sostanza, questo meccanismo funziona allo stesso modo come l'iride dell'occhio - si apre o si chiude in un cerchio per ridurre o espandere il diametro della lente. Quando l'obiettivo è più piccolo, si cattura meno luce ma si aumenta la profondità di campo, quando è più grande, si cattura più luce a discapito della profondità di campo.

Diaframma Obiettivi
Diaframma Obiettivi


2 - La durata dell'esposizione al film: viene determinata dalla velocità dell'otturatore. La maggior parte delle fotocamere reflex utilizzano un otturatore sul piano focale. Il meccanismo è molto semplice (consistente essenzialmente di due "tende" tra l'obiettivo e il film): prima di scattare una foto, il primo "sipario" è chiuso, in modo che il film non è esposto alla luce, quando si scatta la foto, la cortina scivola e si apre. Dopo un certo periodo di tempo, la seconda tenda scorre dall'altro lato per interrompere l'esposizione.

Velocità Otturatore
Velocità Otturatore

Questa semplice azione è controllata da una massa complessa di ingranaggi, interruttori e molle e quando si preme il pulsante di scatto, si rilascia una leva che fissa alcuni ingranaggi in movimento. Tutto ciò si traduce nel meccanismo di trasmissione che aumenta o diminuisce il tempo di ritardo tra la prima apertura del sipario e la seconda. Quando si imposta la manopola per un tempo di posa molto lenta, l'otturatore è aperto per un tempo molto lungo, viceversa, quando si imposta la manopola per una velocità molto elevata, la seconda tendina segue velocemente la prima in modo che solo una piccola fessura del telaio risulta esposta ai raggi luminosi.

L'esposizione ideale dipende dalla dimensione dei grani fotosensibili nel film: un grano più grande assorbe più fotoni di luce di un chicco più piccolo. La dimensione dei grani è indicata dalla velocità del film. Diverse velocità della pellicola sono adatte a diversi tipi di fotografia (la pellicola ISO 100, per esempio, è ottimale per le riprese in pieno sole, mentre la pellicola ISO 1.600 o superiore, dovrebbe essere utilizzata solo in condizioni di scarsa luminosità).

All'interno di una macchina fotografica reflex manuale, troverete un intricato puzzle di ingranaggi e molle e per una corretta esposizione si devono verificare diverse condizioni: è necessario bilanciare la sensibilità della pellicola, l'apertura e la velocità dell'otturatore per adattarsi al livello di luce. Le fotocamere reflex manuali hanno un esposimetro incorporato che aiuta proprio a gestire questi paramentri.

Il componente principale del misuratore di luce è un pannello di sensori di luce semiconduttori che trasformano l'energia luminosa in energia elettrica che viene poi interpretata dall'esposimetro basandosi sulla sensibilità della pellicola e dell'otturatore.
Ora, vediamo come una reflex gestisce l'immagine reale prima di scattare la foto, e poi quando si preme il pulsante di scatto.

Corpo macchina

Corpo Macchina
Corpo Macchina

La fotocamera digitale ha uno specchio inclinato (2) posizionato tra l'otturatore e la lente, che dirige la luce su uno schermo di focalizzazione opaco (5) e successivamente verso una lente condensatrice (6), un pentaprisma (7), e infine nell'ottica oculare del mirino (8). Questa configurazione funziona come un periscopio, l'immagine reale rimbalza dallo specchio inferiore al vetro traslucido che funge da schermo di proiezione. Il lavoro del prisma è quello di capovolgere l'immagine sullo schermo.
Lo specchio è collegato al sistema timer dell'otturatore e questo è il motivo per cui il mirino è improvvisamente oscurato quando si scatta una foto.

Il Meccanismo
 
In questi giorni, la maggior parte delle fotocamere reflex sono costruite con i comandi manuali e automatici insieme, mentre la maggior parte delle fotocamere point-and-shoot sono completamente automatiche. Concettualmente, le macchine fotografiche automatiche sono praticamente identiche a quelle manuali, l'unica differenza è che tutto viene controllato da un microprocessore centrale al posto dell'utente. Il microprocessore centrale riceve informazioni dal sistema di autofocus e dal misuratore di luce, poi si attivano una serie di piccoli motori che regolano la lente per aprire e chiudere l'apertura. Nelle fotocamere moderne, il sistema informatico su cui si basano è abbastanza avanzato.
 
 
 
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