11.1.1. Ιστορική Εξέλιξηphysics.teiath.gr/lesson/scripta/photographic...

Equation Chapter (Next) Section 1

Η φωτογραφική μηχανή είναι ένα ιδιαίτερο οπτικό όργανο. Ενώ όλα τα άλλα

οπτικά όργανα που γνωρίσαμε έχουν ως βασική αποστολή να επεκτείνουν την αίσθηση

της όρασης στο να παρατηρήσουμε πολύ μικρά, πολύ μακρινά ή πολύ ‘δύσκολα’ αντικεί-

μενα, η φωτογραφική μηχανή είναι αυτή που επιπλέον επεκτείνει την αίσθηση της όρα-

σης στο χρόνο, και μπορεί να λειτουργήσει σε συνδυασμό με ένα π.χ. τηλεσκόπιο ή μι-

κροσκόπιο, ώστε ακριβώς να διατηρήσει αυτό το είδωλο στο διηνεκές.

11.1. ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΣΗ ΦΩΣΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

11.1.1. Ιστορική Εξέλιξη

Η φωτογραφία (photography) είναι από μόνη της μια τέχνη, και συνδυάζει την

οπτική επιστήμη για το σχηματισμό του ειδώλου, με τη χημεία, και, πρόσφατα, με την

ηλεκτρονική, για την καταγραφή του ειδώλου. Κάπου ενδιάμεσα, απαιτείται και η μηχα-

νολογία, για τα συστήματα ελέγχου της διάρκειας της φωτοέκθεσης. Καθόλου παράξενο,

λοιπόν, το ότι η ιδέα της αποτύπωσης μιας εικόνας άργησε να υλοποιηθεί.

Σχόμα 11-1: Η πρωτϐγονη φωτογραφικό μηχανό, η camera obscura. Δεν εύναι τύποτε ϊλλο παρϊ ϋνα κιβώτιο, με μια μικρό οπό ςτη μια του πλευρϊ. Το εύδωλο εύναι αντεςτραμμϋνο.

186

Οπτικά Όργανα Απεικόνιςησ

Για την καταγραφή μιας φωτογραφίας απαιτείται η φωτογραφική μηχανή

(photo camera). Η λέξη camera, από το λατινικό ‘δωμάτιο’ ή ‘θάλαμος’, προέρχεται από

μια διάταξη που ήταν γνωστή από πολύ παλιά, το σκοτεινό θάλαμο (camera obscura ή

pinhole camera), που δεν ήταν τίποτε άλλο παρά ένα φωτο-στεγανό κουτί με μια μικρή

οπή (pinhole) στη μια του πλευρά.

Οι φωτεινές ακτίνες, διαδιδόμενες μέσα από τη μικρή οπή (ακόμα και χωρίς κά-

ποιο φακό), σχηματίζουν το είδωλο ενός αντικειμένου στην απέναντι πλευρά. Το είδωλο

είναι αντεστραμμένο, αδρό, και, φυσικά, …εξαφανίζεται μόλις μετακινηθεί το αντικεί-

μενο. Κάπου εκεί γεννήθηκε η ιδέα της καταγραφής του.

Για να κατανοήσουμε το πώς εξελίχθηκε η ‘καταγραφή’, πρέπει να καταλάβουμε

τι ακριβώς είναι το είδωλο. Το είδωλο, λοιπόν, είναι ένας σχηματισμός, μια κατανομή

φωτός πάνω σε μια επιφάνεια, που σε κάποια σημεία είναι πιο φωτεινό, σε άλλα ασθενέ-

στερο. Άρα, χρειαζόμαστε κάτι που να αντιδρά στο φως, με διαφορετική ‘αντίδραση’ από

σημείο σε σημείο, και με ελεγχόμενη ποσότητα αντίδρασης ανάλογα με το πόσο ισχυρό

είναι το φως, και τέλος, το αποτέλεσμα της αντίδρασης να μπορεί να είναι μόνιμο.

Εδώ ήρθε η συνεισφορά της Χημείας. Τα πρώτα πειράματα, στις αρχές του 18ου

αιώνα, έγιναν με μεταλλικές πλάκες επιστρωμένες με διαλύματα αλάτων του αργύρου.

Αυτές οι ουσίες, όταν ‘εκτεθούν’ στο φως, διασπώνται βαθμιαία. Έτσι, αν τοποθετή-

σουμε στην ‘απέναντι’ πλευρά του σκοτεινού θαλάμου μια πλάκα επιστρωμένη με αυτά

τα χημικά, και ανοίξουμε την οπή, θα έχουμε φωτοχημική αντίδραση εκεί όπου η φω-

τεινή κατανομή στο είδωλο είναι μεγαλύτερη, ενώ δεν θα έχουμε εκεί όπου το είδωλο εί-

ναι ‘σκοτεινό’. Οι πρωτεργάτες αυτής της τεχνικής ήταν οι Joseph Nicéphore Niépce και

ο Louis Jacques Mande Daguerre.

Σχόμα 11-2: Η πρώτη φωτογραφύα που αποτυπώθηκε ποτϋ, απϐ τον Nicéphore Niépce, το 1826. Εύναι οι ςτϋγεσ ςπιτιών, ϐπωσ φαύνονταν απϐ το παρϊθυρο του εργαςτηρύου του. Η

ϋκθεςη ςτο φωσ εύχε διϊρκεια αρκετϋσ ώρεσ.

187

11. Φωτογραφική Μηχανή

Ακολούθησαν μια σειρά από συνεχείς βελτιώσεις στις φωτοευαίσθητες επιφά-

νειες, για καλύτερη πιστότητα καταγραφής και αναπαραγωγής του ειδώλου. Επιπλέον,

για καλύτερο σχηματισμό του ειδώλου τοποθετήθηκε ένας συγκλίνων φακός στη θέση

της οπής. Με έναν τέτοιο φακό, το είδωλο που σχηματίζεται είναι πολύ πιο φωτεινό και

πιο σαφές. Οι φωτογραφικοί φακοί εξελίσσονται, ώστε να σχηματίζουν είδωλο από αντι-

κείμενα που βρίσκονται σε διαφορετικές γωνίες και αποστάσεις από τη μηχανή. Ακολού-

θησε ο χωρικός έλεγχος της φωτεινής ροής, με το κατάλληλο διάφραγμα ανοίγματος, και

ο έλεγχος της ροής στο χρόνο, με ένα φωτοφράκτη, που ελέγχει το πόσο ακριβώς είναι

‘ανοικτό’ το σύστημα για την καταγραφή της εικόνας. Παράλληλα, άρχισε να χρησιμο-

ποιείται το σκόπευτρο, ώστε ο φωτογράφος να έχει άμεση επισκόπηση του προς κατα-

γραφή ειδώλου.

Το μέσο καταγραφής της εικόνας έχει γνωρίσει πρόσφατα την πιο μεγάλη εξέ-

λιξη, συνέπεια της εξέλιξης στους ηλεκτρονικούς (ψηφιακούς) καταγραφείς εικόνας. Από

τα αρνητικά φιλμ που απαιτούσαν εμφάνιση και αναλογική εκτύπωση, έχουμε φθάσει

σήμερα στην ευκολία που παρέχουν οι ψηφιακές μηχανές με την άμεση προβολή.

Σχόμα 11-3: Τρεισ διαφορετικϋσ γενιϋσ φωτογραφικόσ μηχανόσ. Απϐ τη μηχανό ςτοϑντιο, ςτην αναλογικό μηχανό μεγϊλου φορμϊ, και τϋλοσ ςτη ςημερινό ψηφιακό μηχανό.

11.1.2. Βασικά Χαρακτηριστικά Φωτογραφικής Μηχανής

Η φωτογραφική μηχανή είναι ίσως το πιο πολύπλοκο οπτικό όργανο, αν ανα-

γνωρίσουμε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες λειτουργεί. Σε αντίθεση με τα άλλα οπτικά

όργανα που γνωρίσαμε, απαιτούμε από τη φωτογραφική μηχανή να συλλάβει είδωλα από

το άπλετο φως της ημέρας μέχρι το βράδυ με χαμηλό φωτισμό, σε εξωτερικούς χώρους

με φυσικό φως και σε εσωτερικούς χώρους με τεχνητό φωτισμό, να φωτογραφίζει αντι-

κείμενα που είτε κινούνται ή είναι ακίνητα, είτε βρίσκονται πολύ μακριά ή είναι κοντά,

είτε καταλαμβάνουν πολύ μεγάλο χώρο ή είναι μικρές λεπτομέρειες.

188


Για να επιτελέσει αυτό το έργο, η φωτογραφική μηχανή έχει μια σειρά από

υποσυστήματα. Αυτά είναι:

σύστημα φακών για το σχηματισμό, μέσω διάθλασης, του πραγματικού ειδώλου.

Οι φακοί μπορούν να αλλάζουν (σε ορισμένους τύπους μηχανών) ανάλογα με το

αν θέλουμε ευρύ πεδίο όρασης (ευρυγώνιους) ή στενό (τηλεφακοί).

μηχανισμό εστίασης, για το σχηματισμό ευκρινούς ειδώλου από αντικείμενα που

βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από τη φωτογραφική μηχανή στη θέση

που βρίσκεται ακριβώς η φωτοευαίσθητη επιφάνεια.

σύστημα ελέγχου της φωτεινής ροής. Η ποσότητα της φωτεινής ενέργειας που

καταλήγει στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια είναι ελεγχόμενη μέσω ενός μεταβαλλό-

μενου διαφράγματος (που ελέγχει τη φωτεινότητα του ειδώλου) και ενός φωτο-

φράκτη (που ελέγχει τη διάρκεια του φωτισμού). Στον καθορισμό της χρονικής

διάρκειας συμβάλλει ένα σύστημα φωτομέτρησης.

φωτοευαίσθητη επιφάνεια στην οποία αποτυπώνεται το είδωλο, η οποία βρίσκεται

στο εστιακό επίπεδο του συστήματος των φακών. Η φωτοευαίσθητη επιφάνεια

μπορεί να είναι αναλογική (φιλμ) ή ψηφιακή (CCD ή CMOS).

σύστημα παράλληλης παρατήρησης, το σκόπευτρο (view finder), που συνήθως

λειτουργεί με μερική εκτροπή της δέσμης (κάτοπτρα μερικής ανάκλασης) και σύ-

στημα ανόρθωσης ειδώλου (πρίσματα ολικής ανάκλασης).

Σχόμα 11-4: Βαςικϊ ςτοιχεύα φωτογραφικόσ μηχανόσ.

189


11.1.3. ύγκριση Φωτογραφικής Μηχανής με το Μάτι

Όλα τα παραπάνω μας κάνουν να σκεφθούμε ότι υπάρχει μεγάλη ομοιότητα

ανάμεσα στη φωτογραφική μηχανή και στον οφθαλμό, σε ό,τι αφορά στις απαιτήσεις για

τη λειτουργία τους. Καθόλου παράξενο, λοιπόν, που μπορούμε να πούμε ότι, προσεγγι-

στικά, η φωτογραφική μηχανή μιμείται ‘μηχανικά’ τη λειτουργία του οφθαλμού.

Και τα δύο αυτά ‘οπτικά όργανα’ δέχονται ακτίνες από το αντικείμενο, και με τη

διαθλαστική δράση των οπτικών τους στοιχείων σχηματίζουν πραγματικό είδωλο, που γί-

νεται αντιληπτό από φωτοευαίσθητα στοιχεία. Και τα δύο διαθέτουν μηχανισμούς φωτο-

μέτρησης, και ‘μηχανικά’ μέρη ελέγχου της φωτεινής ροής προς τα φωτοευαίσθητα στοι-

χεία. Στο μάτι έχουμε την ίριδα που

διαστέλλεται ή συστέλλεται με τη μεί-

ωση ή αύξηση της φωτεινότητας του

εξωτερικού χώρου. Το μαύρο

‘άνοιγμα’ στο μάτι είναι η κόρη. Στο

φωτογραφικό φακό έχουμε, αντί-

στοιχα, το διάφραγμα.

Στη φωτογραφική μηχανή η εστίαση γίνεται με μετακίνηση οπτικών στοιχείων

κατά μήκος του οπτικού άξονα. Στον οφθαλμό, επειδή δεν είναι δυνατό να μετακινη-

θούν τα διαθλαστικά στοιχεία του, έχουμε αύξηση της διαθλαστικής ισχύος με μεταβολή

της καμπυλότητας στις επιφάνειες του κρυσταλλοειδή φακού1.

Σχόμα 11-5: Σϑγκριςη οφθαλμοϑ και φωτογραφικόσ μηχανόσ.

1 “Οπτική και Υπερόραση”, § 5.3. Οπτικές Ιδιότητες του Οφθαλμού.

Και ο οφθαλμός, αλλά και η φωτογραφική μηχανή

σχηματίζουν πραγματικά και αντεστραμμένα είδωλα,

που είναι μικρότερα του αντικειμένου.

190


Σε ό,τι αφορά στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια, η φωτογραφική μηχανή έχει το

φιλμ (ή τον ψηφιακό αισθητήρα), ενώ στο μάτι έχουμε τον αμφιβληστροειδή με τα κωνία

και τα ραβδία. Σε μια αναλογία με τη σύγχρονη εποχή, ο οφθαλμός είναι μια …ψηφιακή

φωτογραφική μηχανή της τάξης των 120 Megapixel2, ενώ, ακόμα και σήμερα, είναι δύ-

σκολο να έχουμε πάνω από 20 Megapixel σε μια ψηφιακή μηχανή!

Τα είδωλα, και στα δύο αυτά ‘οπτικά όργανα’ είναι πραγματικά και αντεστραμ-

μένα. Και, μάλιστα -εκτός εξαιρέσεων με ειδικούς φακούς- το είδωλο είναι μικρότερο

του αντικειμένου. Στον ανθρώπινο οφθαλμό, ασφαλώς η αντίληψη είναι ότι τα αντικεί-

μενα είναι ορθά, και αυτό είναι ένα από τα αποτελέσματα της επεξεργασίας του οπτικού

σήματος από τον εγκέφαλο. Στη φωτογραφική μηχανή, απλώς …αντιστρέφουμε το φιλμ

για να δούμε ορθά. Η δε ‘μεγέθυνση’ προκύπτει από την εκτύπωση του φιλμ σε χαρτί με

μεγαλύτερη διάσταση ή την προβολή της εικόνας σε μεγαλύτερη οθόνη.

Υπάρχουν, ωστόσο, αρκετές σημαντικές διαφορές ανάμεσα στον οφθαλμό και

τη φωτογραφική μηχανή, ορισμένες από τις οποίες είναι:

Υπάρχει περιορισμός στο εύρος συχνοτήτων στα οποία ο οφθαλμός είναι ευαίσθη-

τος. Δεν είναι -κάθε άλλο- παράξενο που είναι ευαίσθητος ‘μόνο’ στο ορατό φως,

και όχι μόνο αυτό, αλλά η μεγαλύτερη ευαισθησία είναι στο κίτρινο, που είναι το μέ-

γιστο της εκπομπής του ηλιακού φωτός. Αντίθετα, υπάρχουν φωτογραφικά φιλμ και

φωτονικοί αισθητήρες με ευαισθησία π.χ. στο υπέρυθρο.

Το μάτι έχει συγκεκριμένα όρια τόσο για το αξονικό μήκος, όσο και για το διάφραγμα

ανοίγματος. Αυτοί οι δύο παράγοντες επηρεάζουν τόσο το μέγιστο ποσό φωτός που

μπορεί να συλλέξει, όσο και το ελάχιστο μέγεθος ενός ‘ιδανικά’ σημειακού ειδώλου.

Στον οφθαλμό δεν μπορούμε να αλλάξουμε πάρα πολλά πράγματα στους ‘φακούς

του’, και το μόνο που αλλάζουμε είναι η οπτική ισχύς του κρυσταλλοειδή φακού για

να προσαρμόσουμε, να δούμε, δηλαδή, πιο κοντινά αντικείμενα. Αυτή είναι η εστί-

αση του ματιού μας. Αντίθετα, στη φωτογραφική μηχανή, μπορούμε να αλλάξουμε

τους φακούς, αλλάζοντας έτσι τη γωνία όρασης και τη μεγέθυνση.

Με τον οφθαλμό αναγνωρίζουμε ένα νέο ‘είδωλο’ αρκετές φορές το δευτερόλεπτο,

περίπου 10. Αυτό θέτει ένα όριο στο πόσο ‘γρήγορα’ μπορεί να αντιληφθεί μια κί-

νηση, αλλά μας επιτρέπει να απολαύσουμε τον ...κινηματογράφο. Ο εγκέφαλος ‘δι-

ατηρεί’ στη μνήμη μια εικόνα για περίπου 1/10 sec, κι έτσι η γρήγορη αλληλοδια-

δοχή εικόνων, περίπου 60 εικόνες/sec (frames per second, fps) δημιουργεί την αί-

2 “Οπτική και Υπερόραση”, § 5.5. Οι Φωτοϋποδοχείς της Όρασης.

191


σθηση της κίνησης. Δεν μας επιτρέπει, όμως, να κρατήσουμε τη διάρκεια συλλογής

φωτός όσο μεγάλη θέλουμε, και έτσι να αντιληφθούμε ένα πολύ αχνό οπτικό σήμα,

κάτι που μπορούμε να κάνουμε με τη φωτογραφική μηχανή -πάνω σε τρίποδα,

ασφαλώς,- κρατώντας το φωτοφράκτη ανοιχτό όσο επιθυμούμε.

Δεν μπορούμε να ‘διατηρήσουμε’ ακριβή αντίγραφα του ειδώλου για πολύ καιρό,

παρά μόνο με τη διαδικασία της μνήμης. Με μια φωτογραφική μηχανή, αυτό είναι

ιδιαίτερα εύκολο.

Τέλος, μια ‘ιδιαίτερη’ διαφοροποίηση βρίσκεται στο ότι ο οφθαλμός έχει καλή

οπτική οξύτητα μόνο σε μια μικρή, σχετικά, περιοχή στο κέντρο της εικόνας. Για γωνίες

πάνω από 5° μιλάμε για περιφερειακή όραση (peripheral vision). Κοιτάζουμε ‘μπρο-

στά’, και για να αντιληφθούμε όσο το δυνατό καλύτερα τις λεπτομέρειες από ένα αντικεί-

μενο, πρέπει να στραφούμε προς αυτό. Ταυτόχρονα με τη οξεία όραση στο κέντρο,

λαμβάνουμε πληροφορίες, κυρίως από αντικείμενα που κινούνται μέσα σε ένα ευρύτερο

οπτικό πεδίο, δηλαδή για αρκετά μεγαλύτερες γωνίες τόσο κατακόρυφα, όσο και οριζό-

ντια, αλλά με μικρότερη οπτική οξύτητα.

Στον οφθαλμό, δηλαδή, ένα ευρύ πεδίο δεν είναι ταυτόχρονα ολόκληρο ορατό

με την ίδια σαφήνεια. Αντίθετα, με μια φωτογραφική μηχανή, τόσο η ποιότητα του ει-

δώλου, όσο και η φωτεινότητά του πρέπει να έχουν μια αρκετά μεγαλύτερη ομοιογένεια

σε ένα αρκετά ευρύτερο πεδίο.

οφ

θα

λμ

ός

•κερατοειδής χιτώνας και

κρυσταλλοειδής φακός

•προσαρμογή

•αμφιβληστροειδής

•κωνία και ραβδία

• ίριδα

•μελαχρωστικό επιθήλιο

•προσαρμογή στο φως

φω

τογρα

φικ

ή μ

ηχανή

•σύνθετος φακός

•μηχανισμός εστίασης

•κλασικό φιλμ (CCD ή

CMOS στις ψηφιακές

μηχανές)

•άλατα αργύρου (φιλμ)

ημιαγωγικά στοιχεία

(pixel) στις ψηφιακές

μηχανές

•διάφραγμα

•μαύρο εσωτερικό

•ISO

λειτ

ου

ργία

•εστίαση φωτός, δημιουργία

ειδώλου

•εστίαση σε διαφορετικές

αποστάσεις

•σύλληψη και καταγραφή

ειδώλου, μετατροπή φωτονίων

σε ηλεκτρικό σήμα

•έλεγχος φωτεινότητας

ειδώλου, βάθους πεδίου,

περίθλασης, σφαλμάτων

•ελαχιστοποίηση εσωτερικής

ανάκλασης και σκέδασης

•αλλαγή ευαισθησίας στη

φωτεινότητα ειδώλου

192


11.2. ΦΩΣΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΦΑΚΟΙ

Οι φωτογραφικοί φακοί δεν είναι οι συνηθισμένοι φακοί που έχουμε σε ένα ερ-

γαστήριο οπτικής. Οι κύριες ‘δυσκολίες’ που συναντά ένας τέτοιος φακός είναι:

Η απαίτηση για εξαιρετική ποιότητα απεικόνισης, δηλαδή ιδιότητες diffraction-lim-

ited, επεκτείνεται όχι μόνο για τα σημεία πάνω στον οπτικό άξονα, αλλά σε ένα

ευρύ, σχετικά πεδίο, που καλύπτει, αν γίνεται, όλο το φιλμ. Απαιτούμε, δηλαδή,

ταυτόχρονα, την ίδια ευκρίνεια με ελάχιστα οπτικά σφάλματα και στο το κέντρο της

εικόνας, αλλά και στα άκρα της.

Φωτογραφίζουμε αντικείμενα και κοντά σε μας (ένα λουλούδι), αλλά και μακριά

(ένα δάσος), και το αντικείμενο που μας ενδιαφέρει μπορεί να είναι μεγάλο ή μικρό

σε έκταση. Αυτό απαιτεί και αλλαγές στην απόσταση εστίασης, από πολύ κοντά

έως το οπτικό άπειρο, αλλά -πιθανόν- και αλλαγές στη γωνία όρασης του φακού.

Οι απαιτήσεις αυτές δεν είναι δυνατό να ικανοποιηθούν μόνο από ένα φακό ή

ένα απλό σύστημα φακών. Κατά κανόνα, λοιπόν, οι φωτογραφικοί φακοί είναι ειδικά

σχεδιασμένα συστήματα φακών, που αποτελούνται από ομάδες.

Σχόμα 11-6: Διαγρϊμματα φωτογραφικών φακών.

Σχόμα 11-7: Οπτικϊ και μηχανικϊ ςτοιχεύα ςε διατομό φωτογραφικών φακών.

Ο ‘φακός’ μιας φωτογραφικής μηχανής δεν είναι ποτέ

‘ένας’ φακός, αλλά ένα σύστημα φακών.

193


11.2.1. Εστιακή Απόσταση

Η εστιακή απόσταση (focal length) του φακού αφορά στο σύστημα όλων των

οπτικών στοιχείων και είναι η απόσταση από το κύριο επίπεδο Η’ του συστήματος ως το

φιλμ όταν ο φακός έχει εστιάσει στο άπειρο, που συμβολίζεται με ∞ στην ένδειξη της

απόστασης εστίασης (συνήθως σε κάποιο δακτυλίδι του φακού). Όταν το αντικείμενο

βρίσκεται στο οπτικό άπειρο (xo = -∞) τότε η σχέση απεικόνισης (1.8) (1/-xo) + (1/xi)

= 1/f, γράφεται -(1/∞) + (1/xi) = 1/f, δηλαδή xi = f.

Αυτή είναι η απόσταση που αναφέρεται εμπορικά ως εστιακή απόσταση του φα-

κού, και μπορεί να είναι από 6 mm ως 600 mm ή και περισσότερο. (Η αναφορά γίνεται

πάντα σε mm). Άρα, για ένα φακό 12 mm, αν το αντικείμενο βρίσκεται στο ‘οπτικό

άπειρο’, τότε ο φωτογραφικός φακός έχει τέτοια διάταξη, που η απόσταση του κύριου

επιπέδου του από το φιλμ είναι 12 mm, και για ένα φακό 200 mm η απόσταση του κύ-

ριου επιπέδου του από το φιλμ είναι 200 mm.

Σχόμα 11-8: Η εςτιακό απϐςταςη ενϐσ φωτογραφικοϑ φακοϑ (πϊντοτε ςε mm) μπορεύ να εμφανύζεται εύτε ςτην πρϐςθια επιφϊνεια (α, φακϐσ 12 mm), εύτε ςτο πλϊι (β, φακϐσ 50 mm). Διακρύνουμε ακϐμα τισ ενδεύξεισ απϐςταςησ εςτύαςησ. Ο φακϐσ (β) εύναι τώρα ςτη θϋςη που

εςτιϊζει ςτο οπτικϐ ϊπειρο.

Τι γίνεται όμως όταν το αντικείμενο δεν είναι αρκετά μακριά ώστε να θεωρείται

ότι βρίσκεται στο οπτικό άπειρο; Αν δεν αλλάζει η εστιακή απόσταση f του φακού, τότε,

όταν μικρύνει το xo (έρθει το αντικείμενο πιο κοντά στο φακό, όπως το μετράμε από το

κύριο επίπεδο Η), η σχέση απεικόνισης (1.8), δηλαδή (1/-xo) + (1/xi) = 1/f, για σταθερό

f μας λέει ότι η θέση xi του ειδώλου (από το κύριο επίπεδο Η΄) πρέπει να μεγαλώσει. Αν

δεν αλλάξουμε κάτι στο φακό, αυτό σημαίνει ότι το είδωλο θα σχηματιστεί πέρα από το

επίπεδο που βρίσκεται το φιλμ.

Η εστίαση (focusing) του φακού είναι αυτό που κάνουμε ώστε να σχηματιστεί

το είδωλο από ένα κοντινότερο αντικείμενο στο επίπεδο του φιλμ και όχι πιο μετά από

αυτό. Για να γίνει αυτό, μετακινούμε κατά μήκος του οπτικού άξονα (π.χ. προς τα έξω)

194


κάποια οπτικά στοιχεία – ομάδες φακών, έτσι ώστε το ‘νέο’ σύστημα να έχει τα κύρια

επίπεδα (§ 1.4.2.) σε τέτοιες θέσεις, ώστε για κάθε ένα σημείο στο αντικείμενο να υπάρ-

χει ένα αντίστοιχο πάνω στο επίπεδο του φιλμ (η απόσταση του Η΄ από το φιλμ, να είναι

ίση με την απαιτούμενη xi), με το οποίο να είναι οπτικά συζυγή, να ικανοποιείται, δη-

λαδή, η σχέση απεικόνισης.

Η ‘αραίωση’ αυτή των οπτικών στοιχείων του φακού (internal focusing), εκτός

από το ότι μετακινεί τα κύρια επίπεδα προς τα έξω, συντελεί και στην αλλαγή της εστια-

κής απόστασης του συστήματος των φακών (μείωση της οπτικής ισχύος). Αυτό δεν αλ-

λάζει, όμως αυτό που ορίζουμε ως εστιακή απόσταση του φωτογραφικού φακού.

Σχόμα 11-9: (α) Όταν ο φακϐσ εςτιϊςει ςτο οπτικϐ ϊπειρο, το κϑριο επύπεδο H΄ απϋχει απϐ το φιλμ ϐςο η εςτιακό απϐςταςη. (β) Όταν το αντικεύμενο βρύςκεται ςε μια θϋςη xo πριν το φακϐ, τα κϑρια επύπεδα

μετακινοϑνται ώςτε να ικανοποιεύται η ςχϋςη απεικϐνιςησ (1.8.).

Και όλα αυτά γίνονται παρά το ότι ο φακός ‘βιδώνει’ πάνω στο σώμα της μηχα-

νής, δηλαδή η πίσω επιφάνεια του φακού βρίσκεται σε σταθερή απόσταση από το φιλμ.

Η απόσταση από την επιφάνεια αναφοράς στην οπίσθια επιφάνεια του φακού έως την

επιφάνεια του φιλμ λέγεται οπίσθια απόσταση (flange-back, flange-focal ή register

distance), και είναι συγκεκριμένη για κάθε ‘οικογένεια’ φακών (π.χ. στους φακούς Canon

AF είναι 42.1 mm, στους φακούς Nikorr AF 46.5 mm). Αυτό γίνεται για να μπορεί να

χρησιμοποιηθεί στην ίδια φωτογραφική μηχανή μια ολόκληρη ‘οικογένεια’ φακών. Αντί-

θετα, η απόσταση από την πρόσθια επιφάνεια του φακού έως το φιλμ λέγεται μηχανική

απόσταση (mechanical distance), και εξαρτάται άμεσα από το μήκος του φακού, που

συνήθως αυξάνει με την εστιακή του απόσταση.

Το εστιακό επίπεδο ενός φωτογραφικού φακού είναι

πάντοτε στο επίπεδο που βρίσκεται το φιλμ.

195


Σχόμα 11-10: (α) Η πύςω επιφϊνεια ενϐσ φωτογραφικοϑ φακοϑ. Διακρύνονται τα ςημεύα ‘βιδώματοσ’ του φακοϑ ςτο ςώμα τησ μηχανόσ. (β) Εςτιακό απϐςταςη και γωνύα ϐραςησ φακοϑ.

Σχόμα 11-11: Εςτιακό, οπύςθια και μηχανικό απϐςταςη φωτογραφικοϑ φακοϑ. Στη ςυγκεκριμϋνη διϊταξη, ο φακϐσ ϋχει εςτιϊςει ςτο ϊπειρο.

11.2.2. Μεγέθυνση και Γωνία Όρασης

Η εστιακή απόσταση ενός φωτογραφικού φακού έχει άμεση σχέση με τη ‘μεγέ-

θυνση’ –που εξακολουθεί να είναι μικρότερη της μονάδας και αρνητική- που έχει ένας

φωτογραφικός φακός. Θυμίζουμε, από τη σχέση (1.5) ότι Μ = xi/xo, και στους φωτο-

γραφικούς φακούς xi = f, όταν το αντικείμενο βρίσκεται αρκετά μακριά ώστε να θεωρηθεί

ότι βρίσκεται στο οπτικό άπειρο. Έτσι, η μεγέθυνση είναι, πρακτικά, ανάλογη της εστια-

κής απόστασης.

Η γωνία όρασης ή θέασης (angle of vision) είναι το οπτικό πεδίο του φωτο-

γραφικού φακού, και ορίζεται ως τη μέγιστη γωνία με την οποία παρατηρεί τα αντικεί-

μενα ο φακός. Εξαρτάται από την εστιακή απόστασή του και το μέγεθος της φωτοευαί-

σθητης επιφάνειας, δηλαδή του φιλμ. Όσο μεγαλύτερη είναι η εστιακή απόσταση ή όσο

μικρότερη διάσταση έχει η φωτοευαίσθητη επιφάνεια, τόσο μικρότερη είναι η γωνία όρα-

σης ενός φακού. Αυτό προκύπτει από την τριγωνομετρική σχέση στο σχήμα 11-10:

1 /2

2tand

f

(11.1)

όπου d είναι η μεγαλύτερη διάσταση της επιφάνειας του φιλμ (συνήθως η διαγώνιος).

196


Όσο μεγαλώνει η εστιακή απόσταση του φακού, τόσο μικραίνει η γωνία όρα-

σης. Στους φακούς που είναι σχεδιασμένοι για φιλμ των 35 mm, ένας ‘τυπικός’ φακός

είναι αυτός της εστιακής απόστασης 50 mm, που έχει διαγώνια γωνία όρασης 46°.

Σχόμα 11-12: Διαγώνια γωνύα ϐραςησ και εςτιακό απϐςταςη αντύςτοιχου φακοϑ για 35 mm φορμϊ (φωτοευαύςθητησ επιφϊνειασ διαγωνύου 35 mm).

11.2.3. Σύποι Φακών

Οι φακοί κατηγοριοποιούνται ανάλογα με τη γωνία όρασης. Όπως γνωρίζουμε

από τη σχέση (11.1), οι εστιακές αποστάσεις σχετίζονται με το διαγώνιο μήκος του φω-

τοευαίσθητου στοιχείου, δηλαδή το φορμά (§ 11.4.3.). Επειδή το φορμά των 35 mm εί-

ναι αυτό που κυριάρχησε, οι αντίστοιχες εστιακές αποστάσεις αναφέρονται γι’ αυτήν

ακριβώς τη διάσταση του φιλμ.

Κανονικοί (normal ή standard), με γωνία όρασης 46° (f = 50 mm). Λέγονται

κανονικοί επειδή το οπτικό πεδίο του φακού είναι ίδιο με αυτό του οφθαλμού. Στην κα-

τηγορία αυτή εντάσσονται οι φακοί με γωνία όρασης από 43-56°, με αντίστοιχες εστια-

κές αποστάσεις από 37-55 mm. Είναι η κατηγορία στην οποία συναντάμε τους πιο γρή-

γορους φακούς (f/ 1-1.8 - αναλυτικά για το διάφραγμα στην § 11.3.1.), και σχετικά την

πιο εύκολη σχεδίαση, απαιτώντας ‘μόνο’ 3 έως 7 οπτικά στοιχεία.

Σηλεφακοί (telephotos), με γωνία όρασης 37°-2° (f = 75-1200 mm). Έχουν

ρηχό βάθος πεδίου και επίπεδη προοπτική. Όσο αυξάνει η εστιακή απόσταση, τόσο πιο

‘αργός’ γίνεται ο φακός, και τόσο μικραίνει το βάθος πεδίου. Οι τηλεφακοί χωρίζονται σε

υποκατηγορίες, όπως μεσαίοι τηλεφακοί (medium telephoto), μέχρι γωνία 10° (75 ως

135 mm) και υπερ-τηλεφακοί (super telephoto) (από 8° έως και 2°). Καθώς αυξάνει η

εστιακή απόσταση ενός φακού, το μέγεθός του αυξάνει επίσης, δυσανάλογα.

Αυστηρά μιλώντας, ένας τηλεφακός δεν είναι απλώς ένας φακός μεγάλης εστια-

κής απόστασης (δηλαδή μεγαλύτερη από τη διαγώνιο της επιφάνειας του φιλμ), αλλά

βασίζεται σε ένα οπτικό σχεδιασμό που επιτρέπει να έχει σημαντικά μικρότερο φυσικό

197


μήκος. Το ‘μυστικό’ είναι ένα σετ θετικών φακών που ακολουθείται από μια αρνητική

ομάδα, και ως αποτέλεσμα το κύριο επίπεδο είναι μπροστά από το φακό. Το είδωλο που

σχηματίζεται είναι ισοδύναμο με αυτό ενός στοιχείου μεγάλης εστιακής απόστασης, αλλά

το μήκος του φακού είναι πολύ μικρότερο.

Σχόμα 11-13: Αρχιτεκτονικό τηλεφακοϑ.

Ευρυγώνιοι (wide-angle), με γωνία όρασης 100°-62° (f = 18-35 mm). Έχουν

μεγάλο βάθος πεδίου, απότομη προοπτική και περισσότερη παραμόρφωση στα άκρα. Εί-

ναι ανεστραμμένοι τηλεφακοί, και έτσι η αρχιτεκτονική τους είναι μια αρνητική ομάδα

φακών που ακολουθείται από μια θετική ομάδα, και ως αποτέλεσμα το κύριο επίπεδο

σχηματίζεται στο πίσω μέρος του φακού. Το είδωλο είναι ισοδύναμο με αυτό ενός στοι-

χείου μικρής εστιακής απόστασης στη θέση του κυρίου επιπέδου.

Σχόμα 11-14: Αρχιτεκτονικό ευρυγώνιου φακοϑ.

Σχόμα 11-15: Το ύδιο θϋμα, ϐπωσ καταγρϊφεται απϐ τηλεφακϐ (α), και ευρυγώνιο (β) φακϐ.

198


Ένας φακός μάκρο μπορεί να έχει ‘μεγέθυνση’

πάνω στο φιλμ σχεδόν ίση με τη μονάδα.

Οι υπερευρυγώνιοι φακοί (γωνία 100° - 180°) και οι …ακόμα πιο ευρυγώνιοι,

οι φακοί fish-eye, που έχουν γωνία όρασης 220°-180° (f = 6-8 mm). Λέγονται fish-eye

επειδή η γωνία όρασης ταιριάζει σε αυτή που συναντάμε στα ψάρια. Απαιτούν τουλάχι-

στο 7, έως και 12 οπτικά στοιχεία, και ο σχεδιασμός τους είναι ιδιαίτερα απαιτητικός.

Αυτοί οι φακοί έχουν πολύ μεγάλο βάθος πεδίου, έντονο σφάλμα παραμόρφωσης ειδώ-

λου, και χρησιμοποιούνται για ειδικά εφέ. To οπτικό τους πεδίο είναι τόσο μεγάλο, που

αν δεν προσέξουμε ακόμα και τα πόδια μας ή τα χέρια μας θα είναι στη φωτογραφία.

Σχόμα 11-16: Η φωτογρϊφηςη με υπερευρυγώνιο φακϐ δύνει πολλϋσ δυνατϐτητεσ ςτη ςϑνθεςη, αλλϊ … μπορεύ να εύναι επικύνδυνη για τον φωτογρϊφο. Δεξιϊ, υπερευρυγώνιοσ φακϐσ 13 mm.

Οι μακροφωτογραφικοί φακοί (macro-lens) είναι ειδικής διάταξης φακοί που,

ενώ έχουν σχετικά μεγάλο μήκος εστιακής απόστασης (π.χ. 100 mm), μπορούν και

εστιάζουν σε κοντινές αποστάσεις, έτσι ώστε το είδωλο όπως καταγράφεται στο φιλμ, να

έχει το φυσικό μέγεθος του αντικειμένου (life size). Με τη συνήθη μεγέθυνση που

ακολουθεί κατά την εκτύπωση, τα αντικείμενα φαίνονται αρκετά μεγάλα. Έχουν πολύ

μικρό βάθος πεδίου, και απαιτούν ιδιαίτερα καλή κατασκευή.

Σχόμα 11-17: Μακρο φωτογραφύα. Παρατηρόςτε το ρηχϐ βϊθοσ πεδύου.

Μέχρι τώρα, όλοι οι φακοί για τους οποίους συζητήσαμε έχουν σταθερή εστι-

ακή απόσταση (prime lens). Υπάρ-

199


Ένας φακός zoom δεν είναι απαραίτητα τηλεφακός!

Είναι ένας φακός μεταβλητής εστιακής απόστασης, και

άρα μεταβλητής γωνίας όρασης.

χουν πολλοί φακοί που έχουν μεταβλητή εστιακή απόσταση (zoom lens). Είναι ιδιαί-

τερα δημοφιλείς, γιατί ακριβώς λόγω της μεταβλητής εστιακής απόστασης έχουν μετα-

βλητή γωνία όρασης, και έτσι δίνουν σημαντικά περισσότερες επιλογές στη σύνθεση της

φωτογραφίας, χωρίς να αλλάξουμε φακό στη μηχανή ή θέση ως προς το αντικείμενο.

Αυτό, βέβαια, έχει την ‘τιμή’ του, είτε οικονομική, είτε οπτική. Ένας φακός με-

ταβλητής εστιακής απόστασης πιθανό να έχει μεταβλητή μέγιστη φωτεινότητα, ενώ η

ποιότητα του ειδώλου δεν είναι τόσο καλή όσο ενός αντίστοιχου φακού σταθερής εστια-

κής απόστασης. Είναι βέβαιο ότι ένας τέτοιος φακός έχει περισσότερα οπτικά στοιχεία,

και έτσι περισσότερες απώλειες λόγω ανάκλασης στις διαθλαστικές επιφάνειες, και υπό-

κειται σε περισσότερους οπτικούς συμβιβασμούς, ιδιαίτερα αν το εύρος του είναι μεγάλο.

Σχόμα 11-18: Φακού ζουμ (α) 17-40 mm, (β) 35-70 mm, (γ) 50-100 mm.

Τυπικά συναντάμε φακούς ζουμ με ένδειξη ελάχιστης και μέγιστης εστιακής

απόστασης, ακολουθούμενη από την ένδειξη f/, η οποία μπορεί να είναι ή να μην είναι

σταθερή. Για παράδειγμα, υπάρχουν φακοί 28-70 mm με σταθερό f/2.8. Αν, όμως, ο

φακός είναι π.χ. 70-210 mm με f/3.5- f/5.6, αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο διάφραγμα στα

70 mm είναι f/3.5, ενώ στα 210 mm είναι f/5.6. Ο φακός ζουμ έχει λόγο (zoom ratio)

όσες χωρά η ελάχιστη εστιακή του απόσταση στη μέγιστη. Δηλαδή, ο φακός 35-350 mm

είναι 10x ζουμ (διαβάζεται δέκα ×).

Υπάρχουν φακοί ζουμ που είναι τηλεφακοί, αν και οι δύο τιμές εστιακής από-

στασης είναι (για φιλμ 35 mm) πάνω από 50 mm, ευρυγώνιοι, αν και οι δύο τιμές είναι

μικρότερες των 50 mm, και ενδιάμεσοι, αν η μία τιμή είναι κάτω από 50 και η άλλη πάνω

από 50 mm. Η έννοια, δηλαδή, του φακού ζουμ δεν είναι ταυτόσημη με αυτή του τηλε-

φακού, παρά το ότι οι περισσότεροι φακοί ζουμ έχουν μεγάλες εστιακές αποστάσεις.

Η οπτική λειτουργία ενός φακού ζουμ βασίζεται σε μια ενδιάμεση ομάδα φακών

που μετατοπίζεται κατά μήκος του

οπτικού άξονα σε σχέση με άλλη

200


σταθερή, και το αποτέλεσμα είναι η διάταξη της πρόσθιας και οπίσθιας ομάδας στοιχείων

να μεταβάλλεται από θετική-αρνητική σε αρνητική-θετική και ο φακός από μεγάλης εστι-

ακής απόστασης σε μικρότερης εστιακής απόστασης, ακόμα και ευρυγώνιο.

Σχόμα 11-19: Αρχό λειτουργύασ φακοϑ μεταβλητόσ εςτιακόσ απϐςταςησ. Μετακύνηςη του ςυςτόματοσ θετικών φακών προσ την πλευρϊ του αντικειμϋνου ϋχει ωσ αποτϋλεςμα την

αϑξηςη τησ εςτιακόσ απϐςταςησ (απϐ ευρυγώνιοσ γύνεται τηλεφακϐσ). Το αρνητικϐ ςτοιχεύο παραμϋνει ακύνητο.

11.2.4. χεδιασμός και Κατασκευή

Οι φωτογραφικοί φακοί κατασκευάζονται με γυαλί ειδικής ποιότητας ελεύθερο

από φυσαλίδες, σταθερού δείκτη διάθλασης (ομογενές) και απαλλαγμένο από οποιαδή-

ποτε απόχρωση. Η σύσταση του οπτικού γυαλιού εξελίσσεται συνεχώς και πολλοί νέοι

τύποι έχουν γίνει διαθέσιμοι από το 1950. Η τάση είναι ο συνδυασμός μεγάλου δείκτη

διάθλασης και μέσης ισχύος διασποράς. Όσο αυξάνει η τιμή του δείκτη διάθλασης, τόσο

λεπτότεροι μπορούν να γίνουν οι φακοί, αλλά ταυτόχρονα, μεγαλώνει και η τιμή του δι-

ασκεδασμού (μικρότερος αριθμός Abbe, § 2.2.1.), και, κυρίως, μεγαλώνει το ποσοστό

ανάκλασης της προσπίπτουσας δέσμης από κάθε διαθλαστική επιφάνεια.

Σχόμα 11-20: Εξϋλιξη οπτικοϑ γυαλιοϑ (Β = Βϊριο, L = Λανθϊνιο). Αριςτερϊ απϐ τη διακεκομ-μϋνη γραμμό εύναι τϑπου Crown και δεξιϊ τϑπου Flint.

201


Ο σχεδιασμός κάθε φακού, που είναι ανάλογος της χρήσης του, μπορεί να απαι-

τεί μέχρι και 13-14 στοιχεία, και το ζητούμενο σε κάθε περίπτωση είναι η ελαχιστοποίηση

των σφαλμάτων και η αύξηση της φωτεινότητας. Όπως γνωρίζουμε από τη γεωμετρική

οπτική, κάθε διαθλαστική επιφάνεια ανακλά ένα μέρος της προσπίπτουσας δέσμης. Με

13-14 στοιχεία σε ένα φωτογραφικό φακό έχουμε 26-28 τέτοιες επιφάνειες. Με δείκτη

διάθλασης 1.4, το ποσοστό αυτό3 από κάθε μία επιφάνεια αέρα-γυαλιού είναι ‘μόλις’ 4%,

και αυξάνει σε 9.6% για δείκτη διάθλασης 1.9. Αν κάνουμε τις πράξεις, θα δούμε ότι

από κάθε τέτοιο ‘απλό’ φακό διέρχεται το 81.7%, και από όλους μαζί, δηλαδή ένα φωτο-

γραφικό φακό με 10 ‘απλούς’ φακούς, τελικά διέρχεται μόλις το 13.2% της αρχικής πο-

σότητας φωτός. Αντιλαμβανόμαστε ότι το πρόβλημα αυτό είναι πολύ σημαντικό.

Σχόμα 11-21: (a) Ανϊκλαςη και διϊθλαςη απϐ δϑο επιφϊνειεσ αϋρα – γυαλιοϑ (β) Πολλαπλϋσ ανακλϊςεισ και παρϊςιτη ακτινοβολύα ςε φωτογραφικϐ φακϐ.

Η ελάττωση της φωτεινής ροής δεν είναι το μόνο πρόβλημα που προκαλούν οι

ανακλάσεις από κάθε επιφάνεια των φακών. Ένα άλλο, επίσης σημαντικό, είναι η παρα-

σιτική ακτινοβολία (stray light), η οποία, στη συνέχεια, μέσω διάθλασης σχηματίζει

αχνά δευτερεύοντα είδωλα (ghost images), δημιουργεί μια θαμπάδα στο είδωλο, ή

εμφανίζει εκτύφλωση φακού ή φωτεινό θάμβος (lens glare).

Σχόμα 11-22: Δευτερεϑων εύδωλο απϐ παραςιτικό ακτινοβολύα ςε φακϐ. Το φαινϐμενο εύναι εμφανϋσ ϐταν υπϊρχει μια φωτεινό πηγό ελαφρϊ εκτϐσ του οπτικοϑ ϊξονα.

3 “Μαθήματα Οπτικής”, § 3.4.3, Συντελεστές Ανάκλασης Fresnel

202


Από όσο περισσότερα στοιχεία (επιμέρους φακούς) αποτελείται ο φωτογραφικός

φακός, τόσο βελτιώνουμε τις δυνατότητές του και την ποιότητα του σχηματιζόμενου ει-

δώλου, αλλά ταυτόχρονα μειώνουμε τη φωτεινότητά του και αυξάνουμε τις απώλειες

από τις ανακλαστικές επιφάνειες και ενδεχομένως τις παράσιτες ακτινοβολίες.

Σχόμα 11-23: (α) Αρχό λειτουργύασ αντιανακλαςτικοϑ επιςτρώματοσ. (β) Αντιανακλαςτικϊ επιςτρώματα ςε φωτογραφικοϑσ φακοϑσ. Το χρώμα των ανακλϊςεων οφεύλεται ςτη χημικό

ςϑνθεςη των επιςτρωμϊτων.

Η λύση βρίσκεται στα αντιανακλαστικά επιστρώματα (antireflection coat-

ings)4. Είναι λεπτά υμένια (με πάχος σε μm) υλικού με συγκεκριμένο δείκτη διάθλασης,

ώστε τα μέτωπα κύματος που ανακλώνται από τις δύο επιφάνειες (αέρα – επίστρωση, και

επίστρωση-γυαλί) να έχουν διαφορά φάσης 180° (π rad) και να αλληλοαναιρούνται,

έτσι, λόγω καταστρεπτικής συμβολής. Συνήθως απαιτούνται πολλαπλά επιστρώματα

(multilayer coatings) για να πετύχουμε ελάττωση του ποσοστού της δέσμης που ανακλά-

ται σε ποσοστά της τάξης του 0.2 %.

Τα χρώματα στην ανάκλαση μέσα από τους σύγχρονους φακούς οφείλονται,

ακριβώς, στα υλικά που χρησιμοποιούνται στα αντιανακλαστικά επιστρώματα. Στην πιο

απλή περίπτωση, ένα αντιανακλαστικό επίστρωμα αποτελείται από φθοριούχο μαγνήσιο

(MgF2, Magnesium Fluoride), με δείκτη διάθλασης 1.38, και πάχους ¼ του μέσου μήκους

κύματος του ορατού (λ = 0.55 nm).

Οι σύγχρονοι φωτογραφικοί φακοί ενσωματώνουν ασφαιρικά στοιχεία (as-

pheric elements). Οι ασφαιρικοί φακοί έχουν επιφάνειες με προφίλ που δεν είναι ούτε

σφαίρας ούτε κυλίνδρου. Τέτοιου τύπου φακοί δεν παρουσιάζουν το σφάλμα της σφαι-

ρικής εκτροπής και ελαχιστοποιούν και άλλα σφάλματα. Επιπλέον, ένα μόνο τέτοιο στοι-

χείο μπορεί να αντικαταστήσει σύνθετα συστήματα πολλών σφαιρικών φακών. Ένας

φωτογραφικός φακός με ασφαιρικά στοιχεία είναι φωτεινότερος και ελαφρύτερος.

4 “Μαθήματα Οπτικής”, § 5.3.1. Σαπουνόφουσκες και Μη Ανακλαστικά Γυαλιά

203


Άλλα στοιχεία υψηλής σχεδιαστικής στους σύγχρονους φακούς είναι φακοί με

γυαλί ελάχιστης διασποράς (extra low dispersion) για την ελαχιστοποίηση του σφάλμα-

τος χρωματικής εκτροπής, και ειδικά αντιανακλαστικά βασισμένα στη νανοτεχνολογία.

Σχόμα 11-24: Ο φακϐσ Nikon 14-24mm f/2.8 εύναι ϋνα παρϊδειγμα φακοϑ με υψηλό ςχεδύαςη. Αποτελεύται απϐ 14 ςτοιχεύα ςε 11 ομϊδεσ, και ενςωματώνει αςφαιρικϊ ςτοιχεύα και ςτοιχεύα

με γυαλύ ελϊχιςτησ διαςπορϊσ.

11.3. ΈΛΕΓΧΟ ΦΩΣΟ ΣΗ ΦΩΣΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

11.3.1. Φωτεινότητα και Διάφραγμα

Η φωτεινότητα φακού (lens brightness) περιγράφει το πόσο φως (λίγο ή

πολύ) μπορεί να περάσει μέσα από αυτόν. Ένας ‘φωτεινός’ φακός έχει υψηλή φωτεινό-

τητα, ενώ ένας ‘σκοτεινός’ έχει χαμηλή φωτεινότητα. Η μέγιστη φωτεινότητα εξαρτάται

από τη διάμετρο του φακού και την εστιακή του απόσταση:

2

Φωτεινότητα διάμετροσ /εςτιακή απόςταςη (11.2)

Έτσι, αν η εστιακή απόσταση είναι ίση με τη διάμετρο, η μέγιστη φωτεινότητα

έχει τιμή 1 αν πάλι ο φακός 50 mm έχει διάμετρο 25 mm, η φωτεινότητά του είναι ¼. Η

μέγιστη φωτεινότητα του φακού υφίσταται όταν έχει το μέγιστο άνοιγμά του.

Για να ελέγξουμε τη φωτεινότητα, χρησιμοποιούμε διάταξη ελασμάτων η οποία

σχηματίζει μια κεντρική κυκλική οπή (aperture). Με μηχανικό τρόπο ελέγχουμε την

ακριβή θέση των ελασμάτων, άρα και τη διάμετρο της οπής. Είναι ενσωματωμένη σε

κάθε σύγχρονο φακό και ονομάζεται διάφραγμα (diaphragm), και το εσωτερικό άνοιγμά

της αντιστοιχεί στο διάφραγμα ανοίγματος της οπτικής διάταξης. Λόγω της μηχανικής

φύσης και της ύπαρξης των ελασμάτων, στην πράξη, η κεντρική οπή δεν είναι ακριβώς

κυκλική, ιδιαίτερα αν χρησιμοποιούνται λίγα ελάσματα.

204


Με τη μεταβολή του διαφράγματος ελέγχουμε:

τη διακριτική ικανότητα του φακού,

το βάθος πεδίου, και

τη φωτεινότητα του ειδώλου.

Σχόμα 11-25: Το αντύςτοιχο του διαφρϊγματοσ ςτο μϊτι εύναι η ύριδα, και το αντύςτοιχο του διαφρϊγματοσ ανούγματοσ εύναι η κϐρη.

Γνωρίζουμε από τα γεωμετρικά μεγέθη (§ 4.1.2.) ότι το διάφραγμα είναι αυτό

που ‘υπάρχει’ και οι κόρες εισόδου και εξόδου είναι αυτό που βλέπουμε. Έτσι, λοιπόν,

κοιτώντας ένα φακό από την πρόσθια πλευρά του βλέπουμε την κόρη εισόδου, ενώ αν

τον δούμε από την οπίσθια πλευρά του, βλέπουμε την κόρη εξόδου.

Σχόμα 11-26: Κϐρη εξϐδου (α) και κϐρη ειςϐδου (β) ενϐσ φωτογραφικοϑ φακοϑ. Εύναι το εύδωλο του διαφρϊγματοσ απϐ τα οπτικϊ ςτοιχεύα μετϊ και πριν το διϊφραγμα, αντύςτοιχα.

Το διάφραγμα ανοίγματος καθορίζει τον αριθμό F# (ειδικά στη φωτογραφία

έχουμε τα σύμβολα f/ ή 1: ), που αντιπροσωπεύει την ποσότητα εστιακή απόσταση/ διά-

μετρος οπής διαφράγματος. Δηλαδή f/4 αντιστοιχεί σε φακό που έχει διάμετρο ίση με ¼

της εστιακής του απόστασης. Οι αριθμοί που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι:

1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32

έτσι ώστε το τετράγωνο του καθενός (1/φωτεινότητα) είναι διπλάσιο του προηγούμενού

του (στο τετράγωνο) -γι’ αυτό και οι αριθμοί μεταβάλλονται με συντελεστή 1.4 = √2.

Άρα, όταν το διάφραγμα μεταβάλλεται κατά ένα βήμα (stop), προς μικρότερο ή μεγαλύ-

τερο f/, η φωτεινότητα διπλασιάζεται ή υποδιπλασιάζεται, αντίστοιχα.

Ένας φακός έχει συνήθως 6-7 τέτοια βήματα, δηλαδή, αν ξεκινά με f/1.4, έχει

έως και f/16, κλπ. Αν έχει εστιακή απόσταση f = 50 mm τότε η τιμή f/1.4 (F# =1.4 ή

1:1.4) σημαίνει ότι η διάμετρος του μέ-

γιστου ανοίγματος είναι D = 35 mm.

205


Σχόμα 11-27: Κλύμακα διαφραγμϊτων ςε φωτογραφικϐ φακϐ. Ο ςυγκεκριμϋνοσ ϋχει 6 βόματα. Κϋντρο, φακϐσ Nikkor με μϋγιςτο ϊνοιγμα 1:1.2, και δεξιϊ, ο ύδιοσ φακϐσ ςτη θϋςη f/4.

Όπως και η εστιακή απόσταση, έτσι και η ελάχιστη τιμή f/ είναι ένα ισχυρό

εμπορικό στοιχείο, και διαφημίζεται ανάλογα. Είναι σπάνιο να βρούμε ένα φακό με f/ μι-

κρότερο του 1.4, και αυτό για τους ‘νορμάλ’ φακούς των 50 mm. Ο αριθμός αυτός είναι

πράγματι πολύ σημαντικός, γιατί σε συνδυασμό με την εστιακή απόσταση, μπορούμε να

έχουμε μια πολύ καλή εικόνα για την καταλληλότητα του φακού σε συγκεκριμένη απο-

στολή, αλλά και ‘χονδρικά’ για την ποιότητά του.

Ένας φακός με μικρό f/ είναι, συνήθως, καλής ποιότητας. Αυτό συμβαίνει για

τον εξής απλό λόγο: ένας τέτοιος φακός έχει μεγάλη διάμετρο, και άρα, αρκετές περι-

φερειακές ακτίνες εισέρχονται στο οπτικό σύστημα. Γνωρίσαμε (§ 2.3.1) ότι τα σφάλ-

ματα σε ένα φακό είναι συνήθως ανάλογα της διαμέτρου στο τετράγωνο, δηλαδή ένας

φακός με διπλάσια διάμετρο έχει τέσσερεις φορές πιο πολλά σφάλματα από έναν ίδιας

σχεδίασης φακό με διάμετρο τη μονάδα. Για να αντισταθμίσουν αυτό το πρόβλημα, οι

φακοί με μικρό f/ έχουν καλύτερη σχεδίαση και ποιότητα κατασκευής.

Οι τιμές που επιλέγουμε στο διάφραγμα δίνουν ενδιαφέροντα αισθητικά αποτε-

λέσματα στη φωτογραφία. Το διάφραγμα επηρεάζει δύο ‘ζεύγη’ παραμέτρων στη φωτο-

γραφία. Το ένα είναι η φωτεινότητα του ειδώλου, που συνδέεται με τη χρονική διάρκεια

της λήψης, και το άλλο είναι το βάθος πεδίου, που συνδέεται με τη διακριτική ικανότητα.

Επιλέγοντας μικρότερο ή μεγαλύτερο f/, η φωτεινότητα διπλασιάζεται ή υποδι-

πλασιάζεται, και αυτό απαιτεί να τεθεί ο φωτοφράκτης (§ 11.3.3.) στο μισό ή διπλάσιο

χρόνο, αντίστοιχα, ώστε η διάρκεια της λήψης, να αντισταθμίσει την αλλαγή στη φωτει-

νότητα του ειδώλου. Γι’ αυτό έχει επικρατήσει η ορολογία ‘γρήγορος’ (fast) και ‘αργός’

για μικρό και μεγάλο f/, αντίστοιχα.

Ένας φωτεινός φακός είναι ‘γρήγο-

ρος’, δηλαδή μικρό f/, π.χ. 1:1.4 και

συλλέγει πολύ περισσότερο φως από

Υπάρχουν ‘αργοί’ και ‘γρήγοροι’ φακοί, ανάλογα με

το αν έχουν μεγάλο ή μικρό f/.

Ένας καλός, γρήγορος φωτογραφικός φακός έχει

μικρό f (π.χ. 1:1.4), και μπορεί να τραβήξει μια

σκηνή με ταχύτητα π.χ. 1/1000 s.

206


έναν ‘αργό’ φακό με μεγάλο f/, π.χ. 1:22, που μπορεί να είναι ο ίδιος φακός με το διά-

φραγμα στο 22. Ο φακός αυτός μπορεί να χρησιμοποιήσει λήψη 1/1000 sec, δηλαδή να

τραβήξει μια ‘γρήγορη’ φωτογραφία. Για την ίδια σκηνή, αν η επιλογή στο φακό ήταν

1:22, το φωτόμετρο θα απαιτούσε ταχύτητα 1/4 sec, δηλαδή, μια πολύ αργή λήψη. Γι’

αυτό το μέγιστο άνοιγμα του φακού λέγεται και ταχύτητα φακού (lens' speed).

Σχόμα 11-28: Το ‘ϊνοιγμα’ του φακοϑ απϐ f/16 ςε f/2 ϋχει ωσ ςυνϋπεια την αλλαγό ςτη φωτεινϐτητα του ειδώλου. Αν διατηρόςουμε ςταθερό την ταχϑτητα λόψησ, τϐτε η φωτογραφύα ‘καύγεται’. Για τη

ςωςτό ϋκθεςη, απαιτεύται ανϊλογη επιλογό τησ ταχϑτητασ, μϋςω του φωτοφρϊκτη.

11.3.2. Βάθος Πεδίου

Τα αντικείμενα στη φωτογραφία έχουν συνήθως διαφορετικές θέσεις από το

φακό. Για κάθε μία από αυτές υπάρχει διαφορετική θέση ειδώλου. Είδαμε ότι ο φακός

εστιάζει όταν η θέση xo του αντικειμένου από το πρώτο κύριο επίπεδο (Η) και του φωτο-

αισθητήρα xi από το δεύτερο (Η΄) είναι οπτικά συζυγείς, δηλαδή (1/-xo) + (1/xi) = 1/f.

Σχόμα 11-29: Απϐ τα αντικεύμενα που βρύςκονται ςε διαφορετικϋσ αποςτϊςεισ απϐ το φακϐ, μϐνο ϋνα ςχηματύζει ςαφϋσ εύδωλο πϊνω ςτην επιφϊνεια του φιλμ.

Από ένα πεδίο, λοιπόν, κάθε αντικείμενο σχηματίζει το ευκρινές είδωλό του σε

διαφορετικές θέσεις, που δεν συμπίπτουν αναγκαστικά με το επίπεδο του φιλμ. Από όλα

αυτά τα είδωλα, δηλαδή μόνο κάποια σχηματίζονται στο επίπεδο του φιλμ, και, πάνω στο

ίδιο επίπεδο, τα άλλα είδωλα προβάλλονται ‘θολά’. Ωστόσο είναι δυνατό να έχουμε ικα-

νοποιητική εστίαση για αντικείμενα που ‘απλώνουν’ σε μια συγκεκριμένη έκταση. Το εύ-

ρος αυτής της έκτασης λέγεται βάθος πεδίου (Depth of Field DoF). Αυτό γιατί, στην

207


πραγματικότητα, η δέσμη φωτός δεν είναι όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 11-29, δη-

λαδή με απότομες ‘γωνίες’. Στην περιοχή που ‘εστιάζει’ ο φακός (στενεύει η δέσμη)

υπάρχει μια περιοχή όπου το διαμήκες εύρος της δέσμης παραμένει σχεδόν σταθερό. Τα

είδωλα τότε σχηματίζονται στο επίπεδο του φιλμ με –περίπου- την ίδια σαφήνεια.

Σχόμα 11-30: Αντικεύμενα που βρύςκονται μϋςα ςτο βϊθοσ πεδύου ςχηματύζουν ευκρινϋσ εύδωλο.

Σχόμα 11-31: Η φωτογραφύα αριςτερϊ ϋχει μικρϐ βϊθοσ πεδύου, ενώ η φωτογραφύα δεξιϊ, μεγϊλο. Διακρύνονται με ικανοποιητικό ςαφόνεια λεπτομϋρειεσ και απϐ το κτόριο ςτο βϊθοσ.

Στο σχήμα 11-32 φαίνεται μια σταθερή οθόνη απεικόνισης σε απόσταση xi από

φακό εστιακής απόστασης f και διαμέτρου d. Το συζυγές σημείο στο χώρο των αντικει-

μένων είναι στη θέση xo. Θεωρούμε ότι για ένα εύρος αποστάσεων αντικειμένων (από

xop μέχρι xod) το είδωλό τους στη σταθερή οθόνη δεν εμφανίζεται θολό (έχει κύκλο σύγ-

χυσης μικρότερο μιας τιμής b), και αυτό είναι το βάθος πεδίου.

Για να το υπολογίσουμε, εξετάζουμε τα όμοια τρίγωνα, και έχουμε Δxi = xi - xid

= b∙xid/d, και 1 1

i id i

b

dx x x . Συνδυάζοντας τη σχέση απεικόνισης

11 1

o ix fx

βρί-

σκουμε, για την απόσταση xod :

208


2

#1 1 1 1

#

o

od

od o o o

x f f F bbx

x x d f x f F bx

, και για την xop:

2

#

#

o

op

o

x f f F bx

f F bx

Έτσι, το συνολικό βάθος πεδίου δίνεται από τη σχέση:

Βάθος πεδίου

2

4 2 2 2

2 # ( )

#o o

od op

o

F bx x f fDoF x x

f F b x

(11.3)

Σχόμα 11-32: Εξϊρτηςη του βϊθουσ πεδύου απϐ το f/. Μεγϊλο f/ δύνει μεγϊλο βϊθοσ πεδύου.

Συμπεραίνουμε ότι το βάθος πεδίου είναι μεγάλο όταν έχουμε φακό με μικρή

εστιακή απόσταση f και το αντικείμενο βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση xo. Για παρά-

δειγμα, αν b = 40 µm, με φακό f = 50 mm, στα F# = 4, και απόσταση αντικειμένου xo =

4 m, η ελάχιστη απόσταση xop είναι 3.19 m και η μέγιστη xod = 5.35 m. Το βάθος πε-

δίου είναι τότε DοF = 2.16 m, δηλαδή όλα τα αντικείμενα που βρίσκονται σε απόσταση

xo = 4 ± 1 m σχηματίζουν ευκρινές είδωλο στο φιλμ.

Σχόμα 11-33: Εξϊρτηςη του βϊθουσ πεδύου (κατακϐρυφη διαφορϊ ανϊμεςα ςτισ καμπϑλεσ) απϐ το f/ και την εςτιακό απϐςταςη. Διακρύνουμε πϐςο μικρϐ παραμϋνει το βϊθοσ πεδύου για μεγϊλη

εςτιακό απϐςταςη (μπλε γραμμϋσ). Οι πορτοκαλύ γραμμϋσ αντιςτοιχοϑν ςε xo = 4 m, f = 50 mm, b = 40 µm και οι μπλε ςε xo = 4 m, f = 100 mm, b = 40 µm.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

Θέσ

η α

ντικ

ειμ

ένου

(cm

)

f/

50 mm xop

50 mm xod

100 mm xop

100 mm xod

209


Το βάθος πεδίου μεγαλώνει όταν:

κλείνουμε το διάφραγμα (αύξηση του f/),

απομακρυνόμαστε από το αντικείμενο,

χρησιμοποιούμε φακό με μικρότερη εστιακή απόσταση.

Η πιο ενδιαφέρουσα εξάρτηση, όμως, του βάθους πεδίου είναι αυτή με το διά-

φραγμα. Mε ένα ‘γρήγορο’ φακό, π.χ. F# = 1.4, το βάθος πεδίου είναι μικρό. Μπορεί

όμως να είναι πολύ μεγάλο, αν ο ίδιος φακός ‘γίνει αργός’, τον κατεβάσουμε, π.χ. στο

f/22. Έτσι, μπορούμε να ελέγξουμε το βάθος πεδίου με κατάλληλη επιλογή του f/. Όσο

πιο μικρό είναι το f/, στον ίδιο φακό, τόσο πιο ‘στενό’ είναι το βάθος πεδίου. Το αισθη-

τικό αποτέλεσμα είναι αρκετές φορές ευχάριστο, γιατί επιτρέπει να ‘απομονώσουμε’

οπτικά το αντικείμενο από το υπόβαθρο.

Σχόμα 11-34: Στη φωτογραφύα αριςτερϊ χρηςιμοποιόθηκε f/2.8, και ςτη φωτογραφύα δεξιϊ, με τον ύδιο ακριβώσ φακϐ (100 mm), χρηςιμοποιόθηκε f/32. Παρατηροϑμε την αϑξηςη του βϊθουσ πεδύου.

Επιπλέον, όταν χρησιμοποιούμε μικρό f/, στο αντικείμενο που εστιάζουμε η δια-

κριτική ικανότητα είναι η μέγιστη δυνατή, ενώ με μεγάλο f/, δηλαδή με μεγάλο βάθος

πεδίου, μπορεί να ‘βλέπουμε’ πιο πολλά αντικείμενα, αλλά όχι τόσο καθαρά.

Σχόμα 11-35: Λεπτομϋρειεσ απϐ τισ φωτογραφύεσ του προηγοϑμενου ςχόματοσ. Αριςτερϊ, με f/2.8, η ςαφόνεια εύναι ςημαντικϊ βελτιωμϋνη ςε ςχϋςη με τη φωτογραφύα δεξιϊ, με f/32.

Η διακριτική ικανότητα ενός

οπτικού συστήματος εξαρτά-

210


ται, όπως γνωρίσαμε στην § 5.1. από τον αριθμό F#, και συγκεκριμένα, η σχέση 5.1. μας

λέει ότι το διακριτικό όριο είναι ανάλογο του F# και του μήκους κύματος λ. Έτσι, ένας

φακός 1:1.4 (δηλαδή F# = 1.4) έχει το ¼ του διακριτικού ορίου από ένα φακό 1:5.6,

όταν και οι δύο είναι πλήρως ‘ανοικτοί’. Ή, αλλιώς, ένας φακός 1:1.4 στη θέση f/5.6,

δηλαδή 4 βήματα πιο κάτω (stopped down), έχει το ¼ της διακριτικής ικανότητας από αν

ήταν πλήρως ‘ανοικτός’ στο f/1.4. Έτσι, ‘κατεβάζοντας’ ένα φακό, η διακριτική ικανό-

τητα μειώνεται γιατί μειώνεται η διάμετρος της δέσμης που εισέρχεται στο φακό.

Αν εστιάσουμε στο άπειρο εκμεταλλευόμαστε μόνο το ένα τμήμα του βάθους

πεδίου του φακού. Για να αξιοποιήσουμε όλο το διαθέσιμο βάθος πεδίου, πρέπει να

εστιάσουμε σε απόσταση πιο κοντά στη μηχανή. Αυτό λέγεται υπερεστίαση (hyperfo-

cusing) και η απόσταση υπερεστιακή απόσταση (hyperfocal distance). Πολλοί φακοί

έχουν χαραγμένο το βάθος πεδίου σε συνδυασμό με την απόσταση εστίασης.

Σχόμα 11-36: Η χρωματικό κλύμακα μασ λϋει ϐτι επιλϋγοντασ f/16 (κϐκκινο) ϋχουμε μεγαλϑτερο βϊθοσ πεδύου. Για να εκμεταλλευτοϑμε ϐλο το βϊθοσ πεδύου, θϋτουμε την υπερεςτύαςη ςτα 3

m, και ϋτςι το βϊθοσ πεδύου εκτεύνεται απϐ 3 m ωσ το ∞.

11.3.3. Έκθεση & Φωτοφράκτης

Είδαμε ότι με τη μεταβολή του διαφράγματος επηρεάζεται η φωτεινότητα

(σχήμα 11-28) του ειδώλου. Αν –για λόγους διακριτικής ικανότητας ή βάθους πεδίου,

π.χ.- ‘ανεβάσουμε’ ή ‘κατεβάσουμε’ το φακό κατά ένα βήμα προς μικρότερο ή μεγαλύ-

τερο f/, η φωτεινότητα διπλασιάζεται ή υποδιπλασιάζεται, αντίστοιχα. Αυτό όμως επη-

ρεάζει το πώς καταγράφεται το είδωλο, και –συνήθως- επιθυμούμε να διατηρηθεί στα-

θερή η φωτεινότητα στη φωτογραφία που καταγράφουμε.

Γι αυτό πρέπει να ρυθμίσουμε τη διάρκεια της λήψης –το πόσο χρόνο, δηλαδή,

αλληλεπιδρά το φως με το φιλμ-, αντίστροφα ανάλογα. Άρα, το πόσο ‘φωτεινή’ είναι η

φωτογραφία, και όχι το είδωλο, εξαρτάται και από το χρόνο. Αυτό περιγράφεται με την

έκθεση E (exposure), την ποσότητα της φωτεινής ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας που

δέχεται το φιλμ, το γινόμενο του φωτισμού Ε επί τη χρονική διάρκεια της λήψης t (sec):

211


Υπάρχουν πολλοί συνδυασμοί ταχύτητας και

διαφράγματος για να έχουμε την ίδια έκθεση. Ωστόσο,

δεν είναι απαραίτητο ότι δίνουν την ίδια εικόνα.

Η ταχύτητα καθορίζει το πόσο θολή φαίνεται η κίνηση,

και το διάφραγμα το βάθος πεδίου.

Έκθεση E = Ε × t (11.4)

και για πρακτικούς λόγους, χρησιμοποιούμε την τιμή έκθεσης (exposure value):

Τιμή έκθεσης

2

2

#logV

FE

t

(11.5)

όπου f/ είναι η τιμή του διαφράγματος. Έτσι για διάφραγμα f/1 και t = 1 sec η τιμή έκ-

θεσης είναι 0. Κάθε φορά που μεταβάλλεται κατά ένα stop η τιμή του διαφράγματος ή

της ταχύτητας, μεταβάλλεται κατά μία μονάδα η τιμή έκθεσης. Δηλαδή η έκθεση διπλα-

σιάζεται (-1) ή υποδιπλασιάζεται (+1), ανάλογα.

Η ρύθμιση στη χρονική διάρκεια της έκθεσης γίνεται με το φωτοφράκτη (shut-

ter). Είναι ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα, που ανοίγει με την πίεση του κλείστρου

(trigger) και επιτρέπει την έκθεση της φωτοευαίσθητης επιφάνειας στο φως για ένα πολύ

συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, όσο, δηλαδή, παραμένει ανοικτός. Αυτό ρυθμίζεται από

τη διάρκεια λήψης ή έκθεσης (exposure time) της φωτογραφίας, γνωστή και ως ταχύ-

τητα (speed).

Σχόμα 11-37: Το ‘ϊνοιγμα’ του φωτοφρϊκτη απϐ 1/125 ςε 1/30 ϋχει ωσ ςυνϋπεια την αλλαγό ςτη φωτεινϐτητα του ειδώλου. Αν διατηρόςουμε ςταθερϐ το διϊφραγμα, τϐτε η φωτογραφύα ‘καύγεται’.

Η ταχύτητα εκφράζεται με παρονομαστές των κλασμάτων του δευτερολέπτου

(1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000). Έτσι, ‘ταχύτητα’ 125 σημαί-

νει ότι ο φωτοφράκτης ανοίγει για 1/125 sec. Κάθε θέση της κλίμακας είναι διπλάσια ή

υποδιπλάσια της γειτονικής της. Ανάλογα με το φωτοφράκτη, το εύρος της κλίμακας

μπορεί να είναι διαφορετικό, και τα βήματα πιο ‘μικρά’, αλλά να απέχουν κατά ένα στα-

θερό συντελεστή –π.χ. (125, 160, 200, 250, αντί κατ’ ευθείαν από 125 στο 250). Είναι,

δε, πιθανοί, χρόνοι έκθεσης πέρα

από το 1 sec, δηλαδή 1”, 2”,

κλπ, ακόμα και ‘B’ (bulb), όταν ο

212


φωτοφράκτης μένει ανοικτός όσο είναι πιεσμένο το κλείστρο.

Σχόμα 11-38: Η ρϑθμιςη τησ ταχϑτητασ φωτοφρϊκτη. Αριςτερϊ, ςε δακτϑλιο του φακοϑ (Οlympus Pen) και δεξιϊ, ςτο πϊνω μϋροσ τησ μηχανόσ. Σόμερα και τα δϑο εύδη ςπανύζουν.

Σχόμα 11-39: Για να αντιςταθμιςτεύ η μεύωςη τησ φωτεινϐτητασ και να διατηρηθεύ ςωςτό ϋκθεςη, αν μικρϑνει το διϊφραγμα, τϐτε ανϊλογα αυξϊνει ο χρϐνοσ λόψησ.

Ο σωστός συνδυασμός διαφράγματος και ταχύτητας, δηλαδή η τιμή έκθεσης,

εξαρτάται από τον εξωτερικό φωτισμό και την ευαισθησία του φιλμ (§ 11.4.3), και καθο-

ρίζεται είτε εμπειρικά, είτε με τη βοήθεια ενός φωτομετρητή (photometer) ενσωματω-

μένου, συνήθως, στις σύγχρονες φωτογραφικές μηχανές. Αλλά γιατί να θέλουμε όλες

αυτές τις επιλογές στους χρόνους λήψης; Η απάντηση, πέρα από την προφανή, της

αντιστάθμισης της φωτεινότητας λόγω άλλης τιμής στο διάφραγμα, είναι η απεικόνιση

της κίνησης.

Σχόμα 11-40: Με μεγαλϑτερουσ χρϐνουσ λόψησ η κύνηςη καταγρϊφεται διαφορετικϊ, απϐ ‘παγωμϋνη’ ϋωσ ‘θολωμϋνη’. Για τη διατόρηςη τησ φωτεινϐτητασ, το διϊφραγμα κλεύνει.

213


Με τη μεταβολή του φωτοφράκτη ελέγχουμε την ταχύτητα

της λήψης, επηρεάζοντας έτσι τη φωτεινότητα του ειδώλου

και την αισθητική στην καταγραφή κινούμενων αντικειμένων.

Αν θέλουμε, δηλαδή, να φωτογραφήσουμε ένα κινούμενο αντικείμενο, πρέπει η

διάρκεια της λήψης να είναι σύντομη αρκετά, τόσο, ώστε να έχουμε ‘παγωμένη’ κίνηση

(motion freeze). Σε αντίθετη περίπτωση, αν, δηλαδή, η διάρκεια της λήψης είναι αρκετά

μεγάλη, ώστε κατά τη διάρκεια που ο φωτοφράκτης παραμένει ανοικτός το αντικείμενο

κινείται αρκετά ώστε να έχει μετακινηθεί, τότε έχουμε μια θολωμένη κίνηση (motion

blur). Αυτό, ορισμένες φορές, για αισθητικούς λόγους, αποτελεί συνειδητή επιλογή: το

πάγωμα δεν πάντοτε η καλύτερη επιλογή για να καταγράψουμε την κίνηση.

Σχόμα 11-41: Η κύνηςη ςτη φωτογραφύα αριςτερϊ φαύνεται θολϊ. Αν επιθυμοϑμε να ‘παγώςουμε’ την κύνηςη (δεξιϊ) ύςωσ απαιτηθοϑν χρϐνοι μικρϐτεροι των 1/500.

Αντιλαμβανόμαστε ότι όσο αυξάνει ο χρόνος λήψης τόσο πιο αναγκαία γίνεται η

σταθεροποίηση. Είναι πρακτικά αδύνατο να κρατήσουμε τη μηχανή σταθερά με το χέρι

ακόμα και για ½ του δευτερολέπτου. Μάλιστα, ο ‘κανόνας’ λέει ότι ο χρόνος λήψης

πάνω από τον οποίο είναι προβληματική η σταθεροποίηση είναι το αντίστροφο της εστια-

κής απόστασης, δηλαδή ένας φακός 35 mm μπορεί να κρατηθεί σταθερά από 1/35 s και

κάτω, ένας φακός 200 mm όμως απαιτεί χρόνο το πολύ 1/200 s. Γι’ αυτό στις μεγάλης

διάρκειας λήψεις, και στους φακούς μεγάλης εστιακής απόστασης συχνά απαιτείται τρί-

ποδας.

Σχόμα 11-42: Με ϋνα πολϑ μεγϊλο χρϐνο λόψησ εύναι δυνατϐ να πετϑχουμε ϋνα ευχϊριςτο αιςθητικϐ αποτϋλεςμα (φλουτϊριςμα) ςτην καταγραφό τησ κύνηςησ.

214


Μια τεχνική που επιτρέπει την καταγραφή της κίνησης είναι η κίνηση της μηχα-

νής με τέτοιο τρόπο ώστε ο φακός να ‘κοιτά’ συνεχώς το κινούμενο αντικείμενο. Το

όνομά της είναι panning (από το panorama), και δίνει την αίσθηση της κίνησης διατη-

ρώντας το θέμα (που κινείται) ακίνητο στο κάδρο ενώ, αντίθετα, το φόντο φαίνεται να

κινείται. Η τεχνική είναι απλή: με μια σχετικά χαμηλή ταχύτητα (π.χ. 1/50 ή 1/25),

φροντίζουμε ένα σημείο του θέματος (π.χ. ο ποδηλάτης) να είναι στο ίδιο σημείο του κά-

δρου, παρά το ότι κινείται, παρακολουθώντας με το φακό το κινούμενο αντικείμενο.

Σχόμα 11-43: Η τεχνικό panning.

Συμπεραίνουμε, με όλα αυτά, ότι ο φωτοφράκτης έχει να επιτελέσει μια πολύ

κρίσιμη αποστολή στη φωτογραφία. Γι’ αυτό λοιπόν, πρέπει να επηρεάζει ομοιόμορφα

όλη την εικόνα, να επιτρέπει την επιλογή πολλών ταχυτήτων, και να είναι ακριβής στους

χρόνους του. Ανάλογα με τη θέση τους στη μηχανή, οι φωτοφράκτες διακρίνονται σε:

Μπροστά από το φακό: Ο πιο …παραδοσιακός και απλός είναι το κάλυμμα

μπροστά από το φακό, που ακόμα και σήμερα χρησιμοποιείται από πλανόδιους. Άλλοι

τύποι είναι ο φωτοφράκτης ταινίας και ο ημισφαιρικός, κατάλληλος για πορτραίτο επειδή

είναι αθόρυβος.

Μέσα στο φακό: Η απλούστερη μορφή είναι ο τομέας. Αποτελείται από ένα

δίσκο με μια σχισμή. Κάνοντας μία περιστροφή αφήνει το φως να περάσει μέσα από το

φακό. Ο πιο διαδεδομένος τύπος είναι ο φωτοφράκτης ίριδας (iris ή leaf shutter), που

αποτελείται από ελάσματα που ανοίγουν και κλείνουν όπως η ίριδα. Σύστημα ελατηρίων

και τροχών επιτρέπει ταχύτητες μέχρι 1/500 s. Έχουν το μειονέκτημα ότι πρέπει κάθε

φακός να έχει ενσωματωμένο το φωτοφράκτη.

Εστιακού επιπέδου (focal plane): Αποτελούνται από υφασμάτινη ταινία ή με-

ταλλική λεπίδα που φέρει μια σχισμή. Μεταβάλλοντας το πλάτος της σχισμής και την τα-

χύτητα της ταινίας μπορούμε να πετύχουμε πολλούς χρόνους έκθεσης. Έχουν το πλεο-

215


νέκτημα ότι βρίσκονται κοντά στο φιλμ και επιτρέπουν πολλές και μεγάλες ταχύτητες.

Μειονεκτούν στο ότι δεν εκθέτουν όλο το φιλμ συγχρόνως με πιθανό αποτέλεσμα παρα-

μορφωμένη εικόνα. Στη σύγχρονή τους μορφή, ο φωτοφράκτης κουρτίνας (curtain

shutter) με πολλαπλά παράλληλα ελάσματα, επιτρέπει ταχύτητες έως και 1/4000 s.

Σχόμα 11-44: Φωτοφρϊκτησ ύριδασ μϋςα ςε φωτογραφικϐ φακϐ και φωτοφρϊκτησ εςτιακοϑ επιπϋδου (τϑπου κουρτύνασ).

Στις σύγχρονες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές (§ 11.5.4.) μπορεί να έχουμε

είτε ηλεκτρομηχανικό, είτε ηλεκτρονικό φωτοφράκτη. Ο ηλεκτρονικός, που συναντάται

κυρίως στις compact ψηφιακές μηχανές, επιτρέπει τη συλλογή φωτός από τον αισθητήρα

(τύπου CMOS) σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Ωστόσο, σε υψηλών επιδόσεων

ψηφιακούς αισθητήρες, στους οποίους οι απαιτήσεις είναι μεγαλύτερες (όπως στις DSLR)

έχουμε ακόμα και σήμερα ηλεκτρομηχανικούς φωτοφράκτες, γιατί αυτό απλοποιεί τη

σχεδίαση του αισθητήρα και δίνει περιθώρια για μεγαλύτερη ευαισθησία.

Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή του φωτοφράκτη εστιακού επιπέδου είναι η πα-

ραμόρφωση της φωτογραφίας που μπορεί να συμβεί αν το αντικείμενο κινείται κάθετα

στην κίνηση του φωτοφράκτη και ο χρόνος λήψης είναι αρκετά μεγάλος. Η τεχνική σά-

ρωσης σχισμής (slit scan, line scan ή rolling shutter) έχει ιδιαίτερα καλλιτεχνικά αποτε-

λέσματα. Στην τεχνική αυτή η εικόνα δεν καταγράφεται ταυτόχρονα, αλλά τμηματικά,

με οριζόντια ή κατακόρυφη σάρωση μέρους της εικόνας σε διαδοχικά χρονικά διαστή-

ματα, λόγω της μερικής έκθεσης του φιλμ (ή του αισθητήρα) στο είδωλο, καθώς κινείται

ο φωτοφράκτης.

Το αντίστοιχο φαινόμενο στις compact ψηφιακές μηχανές επιτυγχάνεται όταν

συνδυάζεται ηλεκτρονικός φωτοφράκτης με αισθητήρα τύπου interline transfer. Στους

αισθητήρες αυτούς ένα μέρος της επιφάνειας χρησιμοποιείται για αποθήκευση του ηλε-

κτρικού σήματος από τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας, όταν ταυτόχρονα ένα άλλο

μέρος της επιφάνειας ακόμα λαμβάνει σήμα. Αυτό σήμερα μπορεί να γίνει με μια κάμερα

ενός κινητού τηλεφώνου!

216


Σχόμα 11-45 (α): Οι δϑο φωτογραφύεσ απϋχουν 100 χρϐνια. Αριςτερϊ, φωτογραφύα του Henri Lartigue το 1912, και δεξιϊ πρϐςφατη φωτογραφύα απϐ ϋνα iPhone 4. Και ςτισ δϑο, η

παραμϐρφωςη οφεύλεται ςτη διαδοχικό καταγραφό μϋρουσ του ειδώλου.

Σχόμα 11-45(β): Το διϊγραμμα δεύχνει πωσ μπορεύ να ςυμβεύ η παραμϐρφωςη απϐ την κύνηςη του φωτοφρϊκτη, ό αντύςτοιχα τη διαδοχικό ϋκθεςη μϋρουσ του αιςθητόρα.

11.4. Η ΦΩΣΟ-ΓΡΑΦΗΗ

Όσο κι αν επιμένουμε στα οπτικά συστήματα, δεν έχει νόημα να μιλάμε για τη

φωτο -γραφία, αν δεν εξετάσουμε το δεύτερο συνθετικό, το μέσο που καταγράφει το

είδωλο. Είναι σα να μιλάμε για την όραση, να περιγράφουμε τα διαθλαστικά μέσα του

οφθαλμού (κερατοειδής, κρυσταλλοειδής φακός, ίριδα…) και να μην εξετάσουμε τον

αμφιβληστροειδή χιτώνα με τα κωνία και τα ραβδία.

Μέχρι και μόλις πριν από δέκα χρόνια, το μέσο καταγραφής του ειδώλου ήταν,

πρακτικά, μόνο το φωτογραφικό φιλμ, μια λεπτή διαφάνεια πάνω στην οποία αποτυπω-

νόταν το είδωλο, και μάλιστα, αρνητικά, το οποίο είχε υποστεί εμφάνιση. Σήμερα όλα

αυτά είναι, στους πιο πολλούς, άγνωστες λέξεις. Και ενώ η οπτική επιστήμη έχει μείνει

σχεδόν ‘ακλόνητη’, συνεισφέροντας σταθερά στη βελτιστοποίηση του οπτικού συστήμα-

τος, η ‘επιστήμη του φιλμ’ έχει πρόσφατα (μόλις τα τελευταία δέκα έτη) δώσει τη θέση

217


Η φωτοευαίσθητη επιφάνεια πρέπει να έχει:

διαφορετική ‘αντίδραση’ από σημείο σε σημείο,

ελεγχόμενη ποσότητα αντίδρασης ανάλογα με το πόσο

ισχυρό είναι το φως, και

το αποτέλεσμα της αντίδρασης να είναι μόνιμο.

της στην ηλεκτρονική καταγραφή του ειδώλου, και σήμερα μιλάμε –δυστυχώς ή ευτυ-

χώς- πρακτικά μόνο για τις ψηφιακές μηχανές.

Για να φθάσουμε εδώ, από τα πρώτα ‘ηλιογραφήματα’, στην ευκολία της ψηφι-

ακής μηχανής, ο δρόμος κάθε άλλο παρά εύκολος και αδιάφορος ήταν. Και, κυρίαρχο

ρόλο σε αυτό είχε το φωτογραφικό φιλμ. Ας παρακολουθήσουμε, λοιπόν, την εξέλιξή

του, και θα πάμε στις αρχές του 19ου αιώνα. Τότε που αναπτυσσόταν η λιθογραφία, και

γίνεται γνωστή η αλληλεπίδραση του φωτός με ορισμένες χημικές ενώσεις.

11.4.1. Η Εξέλιξη του Φιλμ

Ήδη από το 18ο αιώνα, ο Johann Heinrich Schulze στη Γερμανία είχε παρατη-

ρήσει ότι ορισμένες ενώσεις του αργύρου σκουραίνουν όταν εκτεθούν στο φως. Ο νιτρι-

κός άργυρος ήταν το πρώτο φωτοευαίσθητο υλικό στην ιστορία, και είναι η χημική βάση

που δίνει τα φωτοευαίσθητα άλατα, βρωμιούχο και χλωριούχο άργυρο.

Σχόμα 11-46: Η βαςικό φωτοχημικό αντύδραςη.

Αρκετά αργότερα, ο Γάλλος Joseph Nicéphore Niépce, στην προσπάθειά του να

βελτιώσει τη λιθογραφία, προχώρησε στην ‘ηλιογραφία’ (heliography) χρησιμοποιώντας

χάλκινες πλάκες επιστρωμένες με γαλακτώματα (emulsion) αλάτων του αργύρου (sil-

ver halides). Το πρώτο ‘ταίριασμα’ της νέας τεχνικής με τη φωτογραφία ήρθε όταν αυ-

τές οι πλάκες τοποθετήθηκαν σε μια camera obscura, για να καταγραφεί η πρώτη φωτο-

γραφία στην ιστορία το 1826 (σχήμα 11-2). Το επόμενο βήμα ήταν η ‘στερέωση’ των

εικόνων, δηλαδή το σταμάτημα περεταίρω χημικών αντιδράσεων μετά τη λήψη της φω-

τογραφίας. Αυτό λύθηκε από τον Louis Jacques Mande Daguerre, με βύθιση της μεταλ-

λικής πλάκας σε διάλυμα κοινού αλατιού με καυτό νερό.

Με την τεχνική αυτή όμως, τη δαγεροτυπία (daguerréotype) δεν γινόταν να

‘τυπώσουμε’ αντίγραφα. Είχαμε μόνο ένα, το μοναδικό πρωτότυπο. Η αδυναμία παρα-

γωγής αντιγράφων, λόγω της

μοναδικότητας της εικόνας, σε

συνδυασμό με το υψηλό κό-

στος εξοπλισμού και τη μεγάλη

218


διάρκεια της λήψης (15 ως 30’), ήταν τα βασικά μειονεκτήματά της, που οδήγησαν σε

σταδιακή εγκατάλειψή της.

Σχόμα 11-47: Η Boulevard St Marten ςτο Παρύςι, με το φακϐ του Daguerre το 1839, ςε λόψη διϊρκειασ πϊνω απϐ 10’. Δεν γνωρύζουμε το ϐνομα του πρώτου ανθρώπου που φωτογραφόθηκε ποτϋ. Ο δρϐμοσ ϋςφυζε απϐ κύνηςη, αλλϊ μϐνο ο ϊνθρωποσ που γυϊλιζε τα παποϑτςια του (κϊτω

αριςτερϊ) ϋμεινε ακύνητοσ για να ‘καταγραφεύ’.

Ο διάδοχος ήταν το χάρτινο αρνητικό, που αποδίδεται στον William Henry Fox

Talbot και θεωρείται ο πρόγονος της σύγχρονης φωτογραφίας. Ο Talbot, για να στερεώ-

σει εικόνες σε φωτοευαίσθητο χαρτί, χρησιμοποίησε γαλλικό οξύ και το αποτέλεσμα ήταν

ένα χάρτινο αρνητικό (negative) που γινόταν διαφανές με επικέρωση και μπορούσε να

δώσει πολλά θετικά αντίτυπα. Η επεξεργασία, από την οποία προέκυψε η Ταλμπο-τυπία

ή καλοτυπία (calotype), υποβλήθηκε το 1839 (ως ‘Φωτογενικό Σχέδιο’) και κατοχυρώ-

θηκε το 1841 με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Ο όρος ‘φωτογραφία’ άρχισε να χρησιμοποιεί-

ται τόσο στην Αγγλία όσο και στη Γερμανία, από το Φεβρουάριο του 1839.

Το ότι τα φωτοευαίσθητα άλατα αργύρου, υπεύθυνα για τον σχηματισμό της ει-

κόνας, εισχωρούσαν μέσα στις ίνες του χαρτιού, είχε ως αποτέλεσμα μια θαμπή εικόνα,

που έμοιαζε περισσότερο με ζωγραφικό σχέδιο, σε αντίθεση με την πιστή αποτύπωση με

τη δαγεροτυπία. Σε συνδυασμό με την απλή προετοιμασία που απαιτούσε, κατέστησε

την καλοτυπία ιδιαίτερα δημοφιλή στους ερασιτέχνες φωτογράφους.

Αναπτύχθηκαν στη συνέχεια από συνταγές για την ευαισθητοποίηση του φωτο-

γραφικού χαρτιού με νιτρικό άργυρο παρουσία κάποιου άλατος, που έχει περαστεί στο

χαρτί. Η ευαισθησία των αλάτων αργύρου αυξάνεται μαζί με οργανικά υλικά, όπως ύφα-

σμα, ή μια ζελατίνα, την αλμπουμίνα (albumen), το ασπράδι του αυγού.

Γύρω στα 1860 άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως υπόστρωμα γυάλινες πλάκες

ως βάση για το ευαίσθητο χημικό γαλάκτωμα, γιατί είναι τελείως διάφανο, και μπορεί να

219


δώσει πολύ καθαρά αντίτυπα. Για την επίστρωση του γαλακτώματος στο γυαλί ο Fred-

erick Scott Archer χρησιμοποίησε μια υγρή κολλητική ουσία από βαμβακοπυρίτιδα διαλυ-

μένη σε αιθέρα, το κολλόδιο (collodio). Το κολλόδιο, μαζί με ιωδιούχο κάλιο, ήταν εξαι-

ρετικά φωτοευαίσθητο, και μείωσε τους χρόνους λήψης από λεπτά σε δευτερόλεπτα.

Σχόμα 11-48: Η φωτογραφικό ϊμαξα ανόκε ςτον Roger Fenton, γνωςτϐ και ωσ ‘Φωτογρϊφο του Κριμαώκοϑ Πολϋμου’. Το κινητϐ εργαςτόριϐ του εύχε εκατοντϊδεσ υγρϋσ πλϊκεσ και

ςϑνεργα εμφϊνιςησ, ςαν κι αυτϊ που εικονύζονται δεξιϊ.

Παρά το πλεονέκτημα αυτό, οι υγρές πλάκες (wet plates) –έτσι ονομάστηκε το

γυαλί επιστρωμένο με κολλόδιο- έπρεπε να παρασκευαστούν, να εκτεθούν, και να ‘εμ-

φανισθούν’ επί τόπου, πριν προλάβουν να στεγνώσουν τα ευαίσθητα στο φως γαλακτώ-

ματα. Η διαδικασία ήταν κάθε άλλο παρά εύκολη, αλλά είχε πολύ καλά αποτελέσματα,

ώστε να γίνει η πρώτη πραγματικά δημοφιλής τεχνική.

Τα χαρτιά αλμπουμίνας και το υγρό κολλόδιο σε γυάλινες πλάκες κυριάρχησαν

στη φωτογραφική παραγωγή τουλάχιστο για 20 χρόνια. Ο συνδυασμός των δύο αυτών

μεθόδων είχε ως αποτέλεσμα εικόνες υψηλής ποιότητας με μεγάλη λεπτομέρεια, που

οφειλόταν, τόσο στη λεπτότητα των κόκκων του κολλοδίου και τη διαφάνεια του γυα-

λιού, όσο και στην επάλειψη του χαρτιού με ένα στρώμα αλμπουμίνας, που δίνει στο τε-

λικό αποτέλεσμα έντονη γυαλάδα και μεγάλη αντίθεση στους τόνους της εικόνας.

Στην Ελλάδα τραβήχτηκαν οι πρώτες δαγεροτυπίες χάρι στον Γάλλο εκδότη

Nol-Marie-Paymal Lereboors που έστειλε φωτογράφους σχεδόν παντού, με σκοπό να

φωτογραφήσουν για λογαριασμό του5. Ένας από αυτούς ήταν ο Gaspard-Pierre-Gustave

Joly de Lotbinière, που ήρθε στην Αθήνα τον Οκτώβριο του 1839 και τράβηξε αρκετές

όψεις της Ακρόπολης. Τον Lotbinière ακολούθησαν αργότερα πολλοί ακόμη φωτογράφοι

για να απαθανατίσουν τα αρχαία μνημεία (λόγω του μεγάλου χρόνου έκθεσης, τα τοπία,

σε αντίθεση με κάτι άλλο κινούμενο ήταν κατάλληλα για φωτογράφιση.)

5 Ξανθάκης Άλκης, Ιστορία της Ελληνικής Φωτογραφίας 1839-1960, Αθήνα, 1989.

220


Σχόμα 11-49: (a) Μια ϊποψη του Ναοϑ του Ολυμπύου Διϐσ ςτην Αθόνα, τραβηγμϋνη το 1842 απϐ τον de Prangey και εύναι η ακριβϐτερη φωτογραφύα του κϐςμου. Πουλόθηκε ςε

δημοπραςύα του Ούκου Christie’s ςτον ΣεϏχη του Qatar, για 789.000 €. (b) Τα Προπϑλαια, με το φακϐ του de Lotbinière.

Οι παλαιότερες δαγεροτυπίες της Ελλάδας που σώζονται στις μέρες μας ανή-

κουν στον Γάλλο καλλιτέχνη και ιστορικό της ισλαμικής αρχιτεκτονικής Joseph-Philibert

Girault de Prangey. O de Prangey ήρθε στην Αθήνα το 1842 και κατέγραψε θέματα αρ-

χιτεκτονικού ενδιαφέροντος, όπως οι αρχαιότητες και οι βυζαντινές εκκλησίες.

Σχόμα 11-50: Η παλιϊ φωτογραφικό τϋχνη ςόμερα ζει μϐνο ςε κϊποια μϋρη του πλανότη μασ.

Η επόμενη μεγάλη αλλαγή έγινε με την εμφάνιση της ξηρής πλάκας (dry

plate). Ήταν κι αυτές γυάλινα ορθογώνια, αλλά τώρα το φωτο-ευαίσθητο γαλάκτωμα

ήταν ενσωματωμένο σ’ ένα στρώμα ζελατίνας που ξεραινόταν γρήγορα. Οι νέες πλάκες

οδήγησαν σε αλλαγές στην κατασκευή των φωτογραφικών μηχανών. Μέχρι τότε, για να

τραβηχτεί μια φωτογραφία απομακρυνόταν με το χέρι το κάλυμμα του φακού, μια και οι

πόζες μετριόταν σε δευτερόλεπτα ή ακόμα και λεπτά, και το ‘φιλμ’ ήταν πολύ αργό για να

αποτυπώσουν ‘μουτζούρα’ από το χέρι του φωτογράφου. Τώρα, με τις ταχύτερες πλά-

κες απαιτήθηκαν πολύπλοκοι μηχανικοί φωτοφράκτες.

221


11.4.2. Η Πρώτη Κάμερα με Φιλμ

Η μαζικοποίηση της φωτογραφικής παραγωγής γίνεται στις αρχές του 1880,

όταν το κολλόδιο αντικαταστάθηκε από τη ζελατίνη (ζελατινοβρωμιούχος άργυρος). Ο

George Eastman κατασκευάζει την πρώτη μηχανή για την επάλειψη του φωτοευαίσθητου

στρώματος ζελατίνης σε γυάλινες πλάκες που αποτυπώνουν την αρνητική εικόνα. Η τα-

χύτητα πλέον της λήψης επιτρέπει τη στιγμιαία (instantan) φωτογράφηση σε 1/25.

Το μόνο πρόβλημα που έμενε για να γίνει η φωτογραφία πραγματικά προσιτή

ήταν η αντικατάσταση του εύθραυστου και δύσχρηστου γυαλιού. Άλλωστε το γυαλί

χρησίμευε μόνο για να συγκρατεί το γαλάκτωμα. Το ζητούμενο, λοιπόν, ήταν ένα εύκα-

μπτο και διαφανές υλικό που θα μπορούσε να τυλιχθεί σε ένα κύλινδρο και να τοποθετη-

θεί στη μηχανή έτσι ώστε κάθε φορά να εκτίθεται στο φως διαδοχικά ένα μόνο τμήμα

του. Αυτή την ιδέα υλοποίησε ο Eastman το 1888 με το κυτταρινοειδές (celloloid) και

στη συνέχεια τη νιτρική κυτταρίνη, που επέτρεψε την παραγωγή των φιλμ (film).

Σχόμα 11-51: "You press the button, we do the rest”. Αυτϐ όταν το ςλϐγκαν που ςυνϐδευε την πρώτη πραγματικϊ ‘λαοφιλό’ snapshot κϊμερα, την Kodak Box Camera (κϋντρο). Δεξιϊ, ο

George Eastman, φωτογραφοϑμενοσ ενώ φωτογραφύζει ϋναν γνωςτϐ του.

Η διαδοχή από το χαρτί στο γυαλί και τελικά στο πλαστικό φιλμ σε κύλινδρο

(roll film) διευκόλυνε την κατασκευή ελαφριών φωτογραφικών μηχανών που μπορούσαν

να μεταφερθούν παντού. Μια φορητή και εύχρηστη μηχανή - κουτί έκανε προσιτή τη

φωτογραφική τέχνη σε ερασιτέχνες. Η σύγχρονη φωτογραφία είχε γεννηθεί.

Η Kodak Box Camera ήταν τόσο πρωτοποριακή και απλή, που ξαφνιάζει. Απαι-

τούσε μόνο δύο απλούς χειρισμούς, τη σκόπευση και το πάτημα ενός κουμπιού. Έπειτα

από τη λήψη ένα νέο τμήμα του φιλμ ξετυλιγόταν με το χέρι στην κατάλληλη θέση

μπροστά από το φακό. Η μηχανή ήταν απλή και ελαφριά, με ένα σταθερής (μικρής)

εστιακής απόστασης φακό (~ 3 m), και βέβαια είχε πολύ μεγάλο βάθος πεδίου. Η τοπο-

222


Το φορμά του φιλμ, και, κατ’ επέκταση της φωτογραφικής

μηχανής, καθορίζεται από τις διαστάσεις του φιλμ.

θέτηση του φιλμ γινόταν στο εργοστάσιο, και μετά τις 100 λήψεις η μηχανή αποστέλλο-

νταν πίσω στην εταιρεία, όπου εμφανιζόταν και εκτυπώνονταν οι φωτογραφίες. Η μη-

χανή, εφοδιασμένη με νέο φιλμ, επιστρεφόταν στον ιδιοκτήτη της.

11.4.3. Παραλλαγές των Φιλμ

Με τα χρόνια η γεωμετρία και ο τρόπος χρήσης του φιλμ εξελίχθηκαν. Οι δια-

στάσεις του για κάθε λήψη καθορίζουν το φορμά (format). Το πρώτο ήταν το 120 ή 6

×6, επειδή η ενεργός περιοχή (frame) ήταν 56×56 mm. Σε ένα ρολό 120 έβγαιναν 12

λήψεις, και σε ένα 220 (ίδιο φιλμ, με διπλάσιο μήκος), 24. Αυτές είναι και οι διαστάσεις

φιλμ ακόμα και σήμερα για τις μηχανές μεσαίου φορμά (medium format). Το μεγάλο

φορμά (large format) αφορά σε μεγέθη 95×120 mm.

Από τα ρολό στις μηχανές Kodak περάσαμε στις κασέτες (cartridges). Το φιλμ

(σχεδόν 1 m) ήταν τυλιγμένο μέσα στην κασέτα, γύρω από ένα κύλινδρο (spool), αρ-

χικά ξύλινο, μετά μεταλλικό, και τέλος πλαστικό.

Τα φιλμ στην αρχή ήταν ασπρόμαυρα (black & white), έδιναν, δηλαδή, απο-

χρώσεις του γκρι (gray scale). Αργότερα, εμφανίστηκαν τα έγχρωμα (color) φιλμ, που

είχαν τρία διαφορετικά είδη κρυστάλλων, το καθένα ευαισθητοποιημένα στα τρία βασικά

χρώματα (primary colors) κόκκινο, πράσινο, και μπλε.

Τον τίτλο του πιο διαχρονικού και διαδεδομένου φορμά κατέχει το φιλμ των 35

mm, που προήλθε από το φιλμ στους κινηματογράφους (όπου ήταν γνωστό ως φορμά

135). Η ονομασία προέρχεται από το ύψος του, που, μαζί με τις ταινίες διάτρησης είναι

35 mm, ενώ η ενεργός περιοχή οριζόταν από το πλήρες παραλληλόγραμμο πλαίσιό

του (full frame), διαστάσεων 36×24 mm.

Σχόμα 11-52: (α) Διαςτϊςεισ του φιλμ 35 mm, (β) ϋγχρωμο αρνητικϐ 35 mm.

Κυκλοφόρησε σε σχεδόν όλες τις παραλλαγές, για 12, 24 ή 36 λήψεις, ασπρό-

μαυρο, έγχρωμο, θετικό, υπέρυθρο, υπερευαίσθητο, με όλες τις ταχύτητες. Από τα μέσα

της δεκαετίας του 50

223


και μέχρι και πριν λίγα χρόνια, το βρίσκαμε παντού, μια και ήταν διαθέσιμο ακόμα και στα

περίπτερα στο απομακρυσμένο χωριό. Οι πρώτες μηχανές που το ‘φόρεσαν’ ήταν η

Спорт (1934), αλλά αυτή που το καθιέρωσε ήταν η Nikon F (1959), και από τότε ήταν

το φιλμ που κυριάρχησε στις μηχανές SLR.

Η τοποθέτησή του ήταν εύκολη, αριστερά στη μηχανή. Τραβηγμένο από τις

διατρήσεις (perforations) στα πάνω και κάτω άκρα του (sprocket borders), μπορούσε να

‘ξετυλιχθεί’ πόζα με την πόζα, στο δεξιό μέρος, και με το τέλος της λήψης, γινόταν η

αναδίπλωση, πίσω στην κασέτα, και μετά ακολουθούσε ο δρόμος της εμφάνισης.

Σχόμα 11-53: Φιλμ ρολϐ 120 mm φορμϊ και φιλμ 35 mm ‘φορτωμϋνο’ ςε μηχανό SLR.

Αν και εμφανίστηκαν και άλλα ‘ερασιτεχνικά’ φορμά φιλμ, όπως τα Instamatic

110 για τις μικρές μηχανές point-and-shoot στη δεκαετία του '70, το disc film το '80

(126 φορμά), και το Advanced Photo System (APS) το '90, η κυριαρχία του φιλμ των 35

mm ήταν σχεδόν απόλυτη. Και όλα αυτά, παρά το ότι ήταν, θεωρητικά, ένα ‘ερασιτε-

χνικό’ φιλμ. Ήταν σχεδόν ιδανικό για εκτυπώσεις (το ISO 100) φωτογραφιών μέχρι και

20x25 cm και, για πιο αργά φιλμ, ακόμα μεγαλύτερης διάστασης.

Οι αυστηροί επαγγελματίες και απαιτητικοί ερασιτέχνες γνώριζαν ότι την καλύ-

τερη ποιότητα θα τη βρουν στο φιλμ μεσαίου και μεγάλου φορμά, με αντίστοιχες, βέ-

βαια, φωτογραφικές μηχανές. Με άλλα λόγια, μια μεγαλύτερη επιφάνεια φιλμ (ή, αντί-

στοιχα, ηλεκτρονικού αισθητήρα), καταγράφει καλύτερα ένα είδωλο, αρκεί και τα οπτικά

συστήματα της μηχανής να έχουν αντίστοιχη ποιότητα.

11.4.4. Χαρακτηριστικά του Φιλμ

Μια φωτογραφική μηχανή δεν θα αποτυπώσει όλα τα αντικείμενα που βρίσκο-

νται μπροστά της, γιατί και ο φακός έχει συγκεκριμένη γωνία όρασης (§ 11.2.2.), αλλά

και γιατί το φιλμ καταλαμβάνει μια συγκεκριμένη επιφάνεια. Τα όρια της επιφάνειας πε-

ριορίζουν το οπτικό πεδίο, και λειτουργούν έτσι ως διάφραγμα πεδίου (§ 4.3.). Έτσι,

λοιπόν, η διαγώνιος του φιλμ και η διάμετρος του ειδώλου που προβάλλεται από το φακό

224


πρέπει να ταιριάζουν, ώστε το φιλμ να καλύπτει ένα μεγάλο μέρος του προβαλλόμενου

ειδώλου. Κι αυτό ισχύει για οποιοδήποτε φακό χρησιμοποιηθεί, είτε έναν ευρυγώνιο 17

mm, είτε ένα φακό μεγάλης εστιακής απόστασης 500 mm.

Σχόμα 11-54: Τα ϐρια του φιλμ λειτουργοϑν ωσ διϊφραγμα πεδύου.

Είναι γνωστό σε όσους ασχολούντο συνειδητά με τη φωτογραφία τo πόσο ση-

μαντικό είναι τόσο η ποιότητα του φακού, αλλά και η ποιότητα του φιλμ. Ένα καλό φιλμ

χαρακτηρίζεται από το πόσο ευαίσθητο είναι στο φως, τη γραμμικότητά του -αναλογικό-

τητα καταγραφής προς φωτεινή ένταση- αλλά, κυρίως, το πόσο καλά μπορεί να κατα-

γράψει τις λεπτομέρειες από το σχηματισμένο είδωλο.

Κάθε φιλμ, ακόμα και οι υγρές πλάκες, έχουν κοινά χαρακτηριστικά. Έχουν τη

βάση ή το υπόστρωμα (substrate), πάνω στο οποίο ‘απλώνεται’ το γαλάκτωμα (emul-

sion), το αιώρημα μικρών κρυστάλλων αλογονούχου αργύρου. Οι κρύσταλλοι είναι φω-

τοευαίσθητοι, γιατί αντιδρούν χημικά με το φως, ενώ αν δεν επιδράσει πάνω τους φως,

παραμένουν αδρανείς. Έτσι, με τη λήψη, δηλαδή όταν επιτρέψουμε το είδωλο, μια κα-

τανομή φωτός, να αλληλεπιδράσει με το γαλάκτωμα για ορισμένο χρόνο (που καθορίζε-

ται από το φωτοφράκτη), παίρνουμε τη λανθάνουσα εικόνα (latent image).

Αυτή την εικόνα δεν γίνεται να τη δούμε άμεσα, γιατί χρειάζεται φως, άρα πε-

ρισσότεροι κρύσταλλοι θα αντιδράσουν. Απαιτείται, λοιπόν, η παραμονή του φιλμ σε

σκοτεινό χώρο (τυλιγμένο μέσα στον κύλινδρο) μέχρι να γίνει η εμφάνιση (develop-

ment) του φιλμ. Η διαδικασία –μέσα σε σκοτεινό θάλαμο (dark room)- ξεκινά με βύ-

θιση του φιλμ στον εμφανιστή (developer), ένα χημικό διάλυμα που ανάγει τους κρυ-

στάλλους του αλογονούχου αργύρου σε μεταλλικό άργυρο (metallic silver).

Ό,τι έχει αντιδράσει (εκτεθεί) ανάγεται πολύ πιο γρήγορα, και η εμφάνιση διαρ-

κεί τόσο, ώστε να αναχθούν μόνο οι εκτεθειμένοι κρύσταλλοι. Το φιλμ ξεπλένεται με

σταθεροποιητή (stop bath), αφαιρώντας έτσι τον αλογονούχο άργυρο, και το φιλμ δεν

είναι πια φωτοευαίσθητο, και μπορούμε να το φωτίσουμε όσο θέλουμε, και να το δούμε.

225


Όσο πιο μικρός είναι ο αριθμός ISO, τόσο πιο ‘αργό’ είναι το φιλμ,

αλλά και τόσο πιο μικρές λεπτομέρειες μπορεί να καταγράψει.

Σχόμα 11-55: Το αρνητικϐ μετϊ την εμφϊνιςη.

Έτσι, η λανθάνουσα εικόνα μετατρέπεται σε ορατή, και συνήθως είναι αρνη-

τική (negative), δηλαδή σκοτεινή (αδιαφανής) εκεί όπου έχει δράσει πολύ φως, και φω-

τεινή (διαφανής) εκεί που δεν έχει δράσει το φως.

Ένα χαρακτηριστικό του φιλμ είναι η κοκκώδης εμφάνιση. Ο κόκκος (grain)

στο φιλμ οφείλεται στο ότι ένας κρύσταλλος αλογονούχου αργύρου ή ανάγεται πλήρως

σε άργυρο ή καθόλου, και –εκτός από τις περιοχές που έχει πέσει άπλετο φως- υπάρχουν

κενά ανάμεσα στους γειτονικούς εμφανισμένους κόκκους. Το πόσο μεγάλοι ή μικροί εί-

ναι οι κόκκοι σχετίζεται άμεσα με την ευαισθησία (sensitivity) του φιλμ στο φως.

Σχόμα 11-56: Η κοκκώδησ εμφϊνιςη ςτο φιλμ. Αριςτερϊ, μικρού κϐκκοι, δεξιϊ μεγαλϑτεροι.

Το μικρό μέγεθος των κρυστάλλων (π.χ. 0.1 μm) μειώνει την πιθανότητα αντί-

δρασης με το φως, και έτσι το φιλμ είναι λιγότερο ευαίσθητο. Γι’ αυτό η ταχύτητα του

φιλμ (film speed) είναι μικρή και απαιτείται, αντίστοιχα, μεγάλη έκθεση. Ένα τέτοιο

φιλμ, όμως, έχει μικρή έως μη αντιληπτή εμφάνιση κόκκου και η μεγάλη πυκνότητά τους

επιτρέπει την καταγραφή πολύ μικρών λεπτομερειών. Αντίθετα, σε ένα φιλμ με μεγάλο

μέγεθος κρυστάλλων (λίγα μm), οι κρύσταλλοι είναι πιο πιθανό να αντιδράσουν με το

ίδιο φως, και έτσι το φιλμ είναι πιο ευαίσθητο, και άρα πιο ‘γρήγορο’. Οι εικόνες, όμως

είναι πιο κοκκώδεις.

226


Για την περιγραφή της ευαισθησίας των φιλμ χρησιμοποιείται η κλίμακα ISO

(ISO = International Standards Organization 5800:1987 arithmetic scale), που αντικα-

τέστησε, μετά το 1987, τις κλίμακες American Standards Association ASA, Deutsches In-

stitut für Normung DIN, και τη σοβιετική ΓΟсударственный CTандарт ГОСТ.

Η κλίμακα ISO είναι αριθμητική και κάθε βήμα της είναι διπλάσιο του προη-

γούμενου (25, 50, 100, 200, …1600). Ένα φιλμ ISO 400 είναι δυο φορές πιο ευαίσθητο

από ένα ISO 200. Αντίθετα, η κλίμακα DIN ήταν λογαριθμική, δηλαδή διπλάσιο ISO

αντιστοιχεί σε + 3° (ίδιο σύμβολο με τις μοίρες) DIN (π.χ. 100/21º, 400/27º). Το ‘τυ-

πικό’ φιλμ είναι το ISO 100, ενώ τα ‘αργά’ φιλμ έφθαναν ακόμα και κάτω από το 12, και

τα ‘γρήγορα’ ακόμα και πέρα από το 3200.

Σχόμα 11-57: Φιλμ διαφϐρων ταχυτότων, 25, 200, και 400 ISO.

Ο αριθμός ISO είναι τυπωμένος στο κουτί και στον κύλινδρο του φιλμ, και σε

πολλές μηχανές υπάρχει μια περιστροφική επιλογή για τη σωστή ‘ενημέρωση’ του συ-

στήματος της μηχανής για την ευαισθησία του φιλμ που χρησιμοποιείται. Ένα φιλμ με

μικρό ISO έχει μικρό μέγεθος κρυστάλλων, και, αντίστοιχα, μικρή ευαισθησία και ταχύ-

τητα. Έτσι, λοιπόν, με ένα γρήγορο φιλμ (π.χ. ISO 1600) μπορούμε να χρησιμοποιή-

σουμε μικρές ταχύτητες ή μεγαλύτερα f/, κάτι που είναι πολύ χρήσιμο σε χαμηλό φωτι-

σμό, για την καταγραφή της κίνησης ή για μεγαλύτερο βάθος πεδίου. Το αντίτιμο, εκτός

από την κοκκώδη εμφάνιση, είναι συνήθως και η μεγαλύτερη αντίθεση. Με ένα αργό

φιλμ, (π.χ. ISO 50), θα χρειαστούμε, με τον ίδιο φωτισμό, ή πιο αργή ταχύτητα, ή πιο

μικρό f/ (και, πιθανόν, πιο γρήγορο φακό).

Πώς όμως σχετίζεται η τιμή έκθεσης με την ευαισθησία του φιλμ; Κάνοντας

χρήση της προσθετικής κλίμακας της έκθεσης, η σωστή τιμή υπολογίζεται από τη σχέση:

2logS L

EVK

(11.6)

όπου S είναι η ταχύτητα (ISO) του φιλμ, L η φωτεινότητα του αντικειμένου (cd/m2) και

Κ σταθερά. Έτσι, διπλασιασμός της ταχύτητας ISO, αυξάνει την τιμή έκθεσης κατά μία

227


μονάδα. Αντίθετα, υποδιπλασιασμός την ελαττώνει κατά μία μονάδα. Τα φωτόμετρα

των φωτογραφικών μηχανών μετρούν τη μέση φωτεινότητα του αντικειμένου, και για

συγκεκριμένη ταχύτητα φιλμ υπολογίζεται η σωστή τιμή έκθεσης. Αντιστοιχεί σε φωτει-

νότητα λευκού χαρτιού που ανακλά το 18 % του προσπίπτοντος φωτισμού. Έτσι, ενδει-

κτικά, για φιλμ 100 ISO έχουμε τις ακόλουθες τιμές έκθεσης:

Με τον παράγοντα της ευαισθησίας του φιλμ έχουμε τώρα τρεις παραμέτρους

τις οποίες μπορούμε να συνδυάσουμε για ένα αισθητικά ευχάριστο αποτέλεσμα στη φω-

τογραφία. Οι δύο πρώτοι παράμετροι, το διάφραγμα του φακού και η ταχύτητα φωτο-

φράκτη, συμπληρώνονται από μια τρίτη, την ευαισθησία του φιλμ. Μπορούμε να επιλέ-

ξουμε, για παράδειγμα, μεγάλη τιμή ISO, που επιτρέπει και μικρή ταχύτητα (άρα πάγωμα

της κίνησης), και σχετικά μικρό διάφραγμα (βάθος πεδίου), αλλά με κοκκώδη εμφάνιση,

ή μικρή τιμή ISO, που θα αντισταθμίζεται με κάποια παραχώρηση είτε στο βάθος πεδίου

είτε στην καταγραφή της κίνησης, αλλά με πιο λεπτά χαρακτηριστικά.

Σχόμα 11-58: Το ‘τρύγωνο’ τησ ϋκθεςησ. Απϐ τη μύα κορυφό, επιλϋγουμε ςυνδυαςμοϑσ των παραμϋτρων ςτισ ϊλλεσ δϑο κινοϑμενοι κατϊ μόκοσ τησ απϋναντι πλευρϊσ του τριγώνου.

Αντίστοιχα, σε μια ψηφιακή μηχανή είναι σημαντικό η φωτοευαίσθητη επιφά-

νεια να έχει καλή απόκριση στο φως (ISO equivalent) αλλά και μεγάλη πυκνότητα φωτο-

ϋποδοχέων. Στις ψηφιακές μηχανές (§ 11.5.4.), δηλαδή, συναντάμε επίσης κάποιο ISO,

που εκφράζει την ευαισθησία του ψηφιακού καταγραφέα. Έτσι, λοιπόν, οι ίδιοι ‘κανόνες’

συναντώνται και στον ψηφιακό κόσμο.

Πανσέληνος -3 EV Εσωτερικός

φωτισμός 7 EV

Συννεφιά

12 EV

Ηλιόλουστη

μέρα 15

EV

228


Αν και η κλίμακα ISO (όπως και η ASA και η ГОСТ) είναι αριθμητική, η κλίμακα

DIN περιγράφει καλύτερα την απόκριση του φιλμ στην έκθεση, η οποία έχει λογαριθμικά

χαρακτηριστικά. Όχι μόνο η επιφανειακή πυκνότητα του αργύρου στο αρνητικό σχετίζε-

ται με το λογάριθμο της διαφάνειάς του και ότι η χαρακτηριστική καμπύλη, σε λογαριθμι-

κές μονάδες, έχει ένα μεγάλο ευθύγραμμο τμήμα, αλλά επιπλέον, η απόκριση του αν-

θρώπινου οφθαλμού στο φως είναι, προσεγγιστικά, λογαριθμική.

Η απόκριση προσδιορίζεται από την οπτική πυκνότητα στο εμφανισμένο φιλμ.

Αν η διαφάνεια ή διαπερατότητά (transparency) του, δηλαδή το κλάσμα του φωτός

που το διαπερνά είναι Τ, η οπτική πυκνότητα (optical density) D ορίζεται ως:

Οπτική πυκνότητα φιλμ 1

log logD TT

(11.7)

όπου το αρνητικό πρόσημο χρησιμεύει στο να έχουμε θετική πυκνότητα, ώστε όσο πιο

‘σκούρο’ είναι το αρνητικό φιλμ, να έχει τόσο μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα, και στο ‘θε-

τικό’, πιο φωτεινό. Το αντίστροφο της διαφάνειας (1/ Τ) συναντάται και ως αδιαφάνεια

(opacity). Ένα διαφανές φιλμ έχει οπτική πυκνότητα D ~ 0, ενώ ένα αδιαφανές ~ 1.

Σχόμα 11-59: Χαρακτηριςτικό καμπϑλη απϐκριςησ φιλμ.

Η χαρακτηριστική καμπύλη απόκρισης του φιλμ συνδέει την οπτική πυκνότητα

D, και το λογάριθμο της έκθεσης E (σχέση 11.4). Είναι γνωστή και ως καμπύλη των

Ferdinand Hurter και Vero Charles Driffield (1876) ή καμπύλη H-D. Το σχήμα της είναι

σαν ένα S: για μικρές τιμές έκθεσης, το φιλμ παραμένει διαφανές (D ~ 0), σταδιακά οι

κρύσταλλοι αντιδρούν και η οπτική πυκνότητα αυξάνει λίγο με την έκθεση, μετά διέρχε-

ται από ένα σχεδόν γραμμικό τμήμα, και τέλος η απόκριση δεν αυξάνει πια, το φιλμ έχει,

δηλαδή, κορεσθεί (saturation), γιατί όλοι οι διαθέσιμοι κρύσταλλοι έχουν αντιδράσει, και

μεγαλύτερη έκθεση δεν οδηγεί σε μεγαλύτερη οπτική πυκνότητα.

Το πιο ενδιαφέρον τμήμα της καμπύλης είναι το ευθύγραμμο, και η κλίση του

είναι γνωστή ως γάμμα γ (gamma) και σχετίζεται άμεσα με το δείκτη αντίθεσης (con-

229


Ένα φιλμ, ακόμα και σήμερα (ιδιαίτερα στο μεσαίο και μεγάλο

φορμά) δίνει αξεπέραστη ανάλυση και ποιότητα.

trast). Όσο πιο απότομη είναι η κλίση, τόσο μεγαλύτερο είναι το ISO, η τιμή του γάμμα,

και τόσο πιο μεγάλη αντίθεση έχει η φωτογραφία.

Η χρήσιμη περιοχή της καμπύλης είναι ακριβώς το γραμμικό της τμήμα, στο

οποίο η οπτική πυκνότητα που επιτυγχάνουμε και ο λογάριθμος της έκθεσης είναι σχεδόν

ανάλογα. Αν μεταβούμε (υπερβολική έκθεση) στην περιοχή κορεσμού, το φιλμ καίγεται.

11.4.5. Η Αναλογικότητα και η Ανάλυση του Φιλμ

Ένα φιλμ είναι αναλογικό (analog), με την έννοια ότι η οπτική πυκνότητα είναι

μια συνεχής συνάρτηση, τόσο από σημείο σε σημείο (x-y) στο επίπεδό του, όσο και στις

τιμές που λαμβάνει (z). Αυτό σημαίνει ότι οι διάφορες τιμές μπορεί να διαφέρουν μεταξύ

τους οσοδήποτε λίγο.

Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι ένα φιλμ έχει απεριόριστη διακριτική ικανότητα. Το

ότι πρέπει να μεταβούμε από ένα κόκκο σε ένα άλλο για να καταγραφεί μια διαφορά στη

διαφάνεια, σημαίνει ότι η πυκνότητα των κρυστάλλων στο φιλμ καθορίζει τη ανάλυσή

(film resolution) του. Όπως γνωρίζουμε (§ 5.3.4.), αυτό περιγράφεται από τη συνάρ-

τηση MTF, και τα φιλμ έχουν και αυτά, όπως κάθε οπτικό σύστημα, την αντίστοιχη συ-

νάρτηση. Για παράδειγμα, ένα φιλμ ISO 50 έχει συχνότητα αποκοπής στα 160 lines/mm

(ή 24 cycles/degree ή 400 DPI) – περίπου τη μισή από ό,τι ο ανθρώπινος οφθαλμός με

φωτοπική κόρη (σχήμα 5-21). Η συχνότητα αποκοπής περιγράφει τη μικρότερη λεπτο-

μέρεια που μπορεί να καταγράψει ένα φιλμ: όσο μεγαλύτερη, τόσο μικρότερο είναι το

διακριτικό όριο ή, αντίστοιχα, μεγαλύτερη η διακριτική του ικανότητα.

Για να αντιληφθούμε μία μαύρη γραμμή, πρέπει να έχουμε διαδοχικά ένα κρύ-

σταλλο που έχει αντιδράσει, και ένα κρύσταλλο που δεν έχει αντιδράσει. Στο φιλμ που

περιγράφουμε χρειαζόμαστε, δηλαδή, 320 κρυστάλλους/mm, ή 320×320 = 105/mm2.

Αυτό μας δίνει μια ιδέα για την επιφανειακή τους πυκνότητα, και την εξάρτηση της δια-

κριτικής ικανότητας από την πυκνότητα, και άρα το μέγιστο μέγεθος των κρυστάλλων.

Ένα φιλμ των 35 mm, δηλαδή 24×36mm = 864 mm2 αντιστοιχεί σε μια ‘μελλο-

ντική’ ψηφιακή μηχανή των 87 πραγματικών Megapixel. Κι αυτό …ανεβαίνει, αν μελετή-

σουμε ένα φιλμ με ISO 25, ή και λιγότερο. Ανεβαίνει, ακόμα περισσότερο, αν μεταβούμε

στο μεσαίο 56×56 mm και στο μεγάλο 95×120 mm φορμά. Καταλαβαίνουμε γιατί,

ακόμα και στις μέρες της απόλυτης κυριαρχίας των ψηφιακών μηχανών, υπάρχουν

ακόμα λάτρεις του φιλμ, και ιδιαίτερα των μεγάλων φορμά.

230


11.5. Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΗ ΦΩΣΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

11.5.1. Οι Πρώτες Μηχανές

Από την εποχή της δαγεροτυπίας οι φωτογραφικές μηχανές ήταν ένα κουτί με

ένα φακό εμπρός και μια θέση για τη φωτοευαίσθητη επιφάνεια στην πίσω πλευρά (rear

standard). Από αυτά τα ‘κουτιά’ εξελίχθηκαν οι μηχανές θέας (view cameras). Ανά-

λογα με τη χρήση τους, λέγονται και studio, salon ή και banquet cameras.

Έχουν για μηχανισμό εστίασης μια πτυσσόμενη …φυσούνα (bellows) σαν

ακορντεόν. Μια και οι πρώτοι φωτογραφικοί φακοί ήταν απλοί φακοί, και όχι συστήματα,

για την εστίαση έπρεπε να μετακινείται ο φακός κατά μήκος του οπτικού άξονα, διατη-

ρώντας τη φωτοστεγανότητα. Η φυσούνα, λοιπόν, και ένας μηχανισμός ‘οπτικής δοκού’

επέτρεπαν όλα αυτά. Η επισκόπηση γίνεται άμεσα από τα ίδια οπτικά που σχηματίζουν

το είδωλο που προβάλλεται στο θαμπόγυαλο (ground glass) στο πίσω μέρος λίγο πίσω

από το φιλμ ή τη φωτογραφική πλάκα, και ήταν πάντα σκεπασμένο με κάλυμμα.

Σχόμα 11-60: Πτυςςϐμενη κϊμερα τησ American Optical.

Ακόμα και ήμερα θα τις βρούμε στα ειδικά στούντιο για πορτραίτο. Έχουν τη

δυνατότητα για επιλογή φακών και να χρησιμοποιούν διαφόρων διαστάσεων (ιδιαίτερα

μεγάλου φορμά) φιλμ, και σχεδόν πάντα, θα τις δούμε πάνω σε τρίποδα.

Σχόμα 11-61: Ακϐμα και ςόμερα υπϊρχουν μηχανϋσ ςτοϑντιο, για τουσ πολϑ απαιτητικοϑσ.

231


Από το θαμπόγυαλο περάσαμε σε διάφορους συνδυασμούς μηχανών με σκό-

πευτρο (viewfinder). Οι μηχανές λέγονται κατ’ ευθείαν οράσεως (direct-vision), αν

έχουν σκόπευτρο απλού τύπου. Συνήθως είναι οι απλούστερες όλων και συχνά έχουν

φακό εστιασμένο σε μία μόνο (3-6 m) εστιακή απόσταση, την υπερεστιακή. Αν η σκό-

πευση γίνεται από ένα παράλληλο σύστημα, έχουμε παράλλαξη (spatial parallax), ελα-

φρά διαφορετική σχετική θέση αντικειμένων, που έχει σημασία στις κοντινές αποστάσεις.

Η φυσούνα διατηρήθηκε ως …μηχανισμός εστίασης και το φορμά παρέμεινε

μεγάλο για αρκετές δεκαετίες. Σταδιακά, εμφανίστηκαν μηχανισμοί επισκόπευσης μέσα

από το ίδιο το οπτικό σύστημα που σχηματίζει το είδωλο με ένα ανασυρόμενο καθρέπτη,

που κατά τη διάρκεια της σύνθεσης της εικόνας εκτρέπει τη δέσμη προς τα πάνω – ο

φωτογράφος κοιτά τη μηχανή από επάνω, και παρατηρεί το αντεστραμμένο είδωλο.

Σχόμα 11-62: Αριςτερϊ, μηχανϋσ με φυςοϑνα και ςκϐπευτρο. (α) Graflex large format, και (β) Kodak Brownie folding autographic. Η ςκϐπευςη γύνεται κοιτώντασ τη μηχανό κατακϐρυφα προσ τα κϊτω. Δεξιϊ, η πρώτη κομψό μηχανό, η Leica I. Η ςκϐπευςη γύνεται απϐ παρϊλληλο

ςϑςτημα ςτο ϑψοσ του ματιοϑ.

11.5.2. Οι ύγχρονες Μηχανές

Η πρώτη κομψή μηχανή που μοιάζει αρκετά με σύγχρονη φωτογραφική μηχανή

παρουσιάστηκε το 1924 από την εταιρεία Leitz. Ήταν η Leica I (από το Leitz Camera).

Ο σχεδιασμός της επηρέασε γενιές μηχανών, και εισήγαγε το φορμά των 35 mm στη

φωτογραφία. Ήταν μικρή, εύκολη στη χρήση, και με πολύ καλή προσαρμοστικότητα.

Το 1929, πάλι στη Γερμανία, η εταιρεία Rolleiflex παρουσιάζει την πρώτη μη-

χανή διπλορεφλέξ (Twin-Lens Reflex, TLR). Η μηχανή αυτή, που χρησιμοποιεί το με-

σαίο φορμά, έχει δύο σκοτεινούς θαλάμους τοποθετημένους τον ένα πάνω στον άλλο με

όμοιους φακούς. Ο πάνω χρησιμεύει για εστίαση και ο κάτω για τη λήψη της φωτογρα-

φίας. Το πλεονέκτημά της ήταν ότι τίποτε δεν παρεμβαλλόταν ανάμεσα στο είδωλο και

στο αντικείμενο, πέρα από το φωτοφράκτη. Ήταν η κύρια επιλογή των σοβαρών φωτο-

γράφων μέχρι τη δεκαετία του ’50.

232


Σχόμα 11-63: Οι διπλορεφλϋξ GraFlex 22 και RolleiFlex 35C.

Για τον ερασιτέχνη, αντίστοιχα, η επιλογή ήταν μια απλή μηχανή που θεωρείται

απόγονος της Leica I. Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του ‘50 εξελίχθηκαν μια σειρά από

τέτοιες απλές ερασιτεχνικές μηχανές. Το φορμά ήταν 35 mm, είχε, αρκετές φορές, εν-

σωματωμένο ή θέση πρόσδεσης εξωτερικού φλας, σκόπευτρο λίγο πλάγια, αλλά στο

ύψος του ματιού, και τις βασικές ρυθμίσεις ταχύτητας και διαφράγματος. Σε ορισμένες

μπορούσε να αλλάξει ο φακός. Η εστίαση με τη μέθοδο rangefinder γινόταν μέσω δύο

σχεδόν παράλληλων παραθύρων που συνέκριναν τα δύο μισά της εικόνας.

Σχόμα 11-64: Βαςικϊ χαρακτηριςτικϊ απλόσ μηχανόσ 35 mm.

11.5.3. Η Επαναστατική Μονορεφλέξ

Οι μηχανές μονορεφλέξ (Single Lens Reflex, SLR) χρησιμοποιούν ένα μόνο

οπτικό σύστημα και για τη σκόπευση και λήψη της φωτογραφίας. Πίσω από το φακό και

μπροστά από το φιλμ υπάρχει ένας ανασυρόμενος καθρέπτης που προβάλλει την εικόνα

σε θαμπόγυαλο ή σε σκόπευτρο. Με αυτόν τον τρόπο δεν υπάρχει παράλλαξη, και ο

φωτοφράκτης είναι εστιακού επιπέδου. Το βασικό πλεονέκτημά τους, σε σύγκριση με τις

διπλορεφλέξ, είναι η δυνατότητα να αλλάζουν φακούς, χρησιμοποιώντας μια ολόκληρη

οικογένεια φακών με διαφορετικές εστιακές αποστάσεις, αλλά ίδιου βασικού σχεδιασμού.

233


Αν και υπήρξαν μηχανές SLR με μεσαίο φορμά, από τα τέλη του 19ου αιώνα, η

πρώτη εμφάνιση της αρχιτεκτονικής αυτής για φιλμ των 35 mm καταγράφεται στα μέσα

της δεκαετίας του ’30, και με αυτό το φορμά έγιναν πασίγνωστες. Ήταν η σοβιετική

Спорт, η γερμανική Ihagee Kine-Exakta Α, που μπορούσε να αλλάζει φακούς με ελικο-

ειδές μοντάρισμα (bayonet mount), και αργότερα η ιαπωνική Asahiflex I, που εμφανί-

στηκε το 1951. Η σειρά αυτή εξελίχθηκε στα μοντέλα Pentax.

Σχόμα 11-65: Οι πρώτεσ μηχανϋσ SRL 35 mm: Спорт, Exakta Α, και Asahiflex.

Το κοινό χαρακτηριστικό τους είναι το ‘καρούμπαλο’ πάνω από το φακό. Είναι ο

χώρος όπου ‘φιλοξενείται’ ένα πρίσμα, που ανορθώνει το είδωλο παρατήρησης και το

εκτρέπει προς το μάτι, ώστε ο χειρισμός να γίνεται στο επίπεδο του ματιού.

Σχόμα 11-66: Ο μηχανιςμϐσ του αναςυρϐμενου καθρϋπτη ςε μια μηχανό SLR.

Η οθόνη εστίασης (focusing screen) παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Βρίσκεται

στον ίδιο οπτικό δρόμο με τη θέση του φιλμ, και ουσιαστικά, είναι το επίπεδο που προ-

βάλλεται το είδωλο όταν το κάτοπτρο είναι ‘κάτω’, και είναι αυτό που παρατηρεί ο φωτο-

γράφος όταν ρυθμίζει τη λήψη και συνθέτει τη φωτογραφία. Έχει στο κέντρο ένα μικρό

τμήμα με διαιρεμένη οθόνη (split screen) όπου το είδωλο εμφανίζεται κομμένο στη

μέση. Κατά την εστίαση τα αντικείμενα στις δύο πλευρές του κύκλου μετακινούνται, και

όταν το είδωλο ευθυγραμμιστεί, τότε η εικόνα είναι ‘καθαρή’ και τα δύο τμήματα εμφανί-

ζονται ευθυγραμμισμένα.

234


Σχόμα 11-67: Η οθϐνη εςτύαςησ ςε μια μηχανό SLR, ϐπωσ φαύνεται κοιτώντασ τον καθρϋπτη. Δεξιϊ, το εύδωλο ςτα δϑο τμόματα λύγο πριν την εςτύαςη.

Αν πρέπει να μιλήσουμε για μία μόνο μηχανή SLR, αυτή είναι η Nikon F (re-

Flex), η πιο σημαντική μηχανή SLR. Από τότε που παρουσιάστηκε (1959), όλες οι άλλες

35 mm SLR, ακολουθούν τα βήματά της. Σήμερα ακούγεται παράξενο που μια τέτοια

μηχανή ήταν …μηχανική, και παρ’ όλα αυτά είχε ενσωματώσει με τόση επιτυχία μια σειρά

από άψογους αυτοματισμούς, αλλά και νεωτερισμούς.

Μέχρι τότε, η ιαπωνική βιομηχανία απλώς ακολουθούσε από απόσταση τη γερ-

μανική υπεροχή. Η Leica Μ ήταν χωρίς αντίπαλο στις μικρές μηχανές, και η Rolleiflex

είχε παγιωθεί στην αντίληψη των επαγγελματιών ως η αναμφισβήτητη επιλογή στο με-

σαίο φορμά. Οι μηχανές μονορεφλέξ, αν και ήδη 25 χρόνια στην αγορά, δεν είχαν τύχει

αξιόλογης επιτυχίας, και ο λόγος ήταν οι δυσχέρειες στη χρήση τους.

Ένας ήταν ότι το κάτοπτρο δεν επέστρεφε στη θέση του (για θέαση) μετά από

κάθε λήψη, παρά μόνο αφού το φιλμ είχε προχωρήσει στην επόμενη θέση. Μετά από

κάθε ‘κλικ’ ο χρήστης δεν έβλεπε τίποτε. Η Asahiflex IIb εισήγαγε μηχανισμό άμεσης

επιστροφής (instant return) μόλις το 1953, αλλά με αμφίβολη επιτυχία. Ένας άλλο ήταν

το διάφραγμα. Μια και ο χρήστης κοιτούσε μέσα από το φακό, έπρεπε να ‘ανοίξει’ και

πάλι το φακό στη μέγιστη φωτεινότητα χειροκίνητα από το διάφραγμα (π.χ. f/16) που

είχε επιλεχθεί για την προηγούμενη φωτογραφία.

Όλα αυτά άλλαξαν το Μάρτιο του 1959. Η 35 mm SLR, αλλά και η ιαπωνική

βιομηχανία ανέτρεψαν τα δεδομένα και άρχισαν την κυριαρχία τους στο χώρο της φωτο-

γραφίας. Η Nikon F ενσωμάτωσε όλους τους νεωτερισμούς στο σχεδιασμό των SLR,

όπως το αποσπώμενο πεντάπρισμα και οθόνη εστίασης, προεπισκόπηση του βάθους πε-

δίου (depth-of-field preview), δυνατότητα κλειδώματος του κατόπτρου στη θέση λήψης

(mirror lock-up), φωτοφράκτη με λεπίδες από φύλλο τιτανίου, θέαση μέσα από το σκό-

πευτρο στο 100% του πεδίου του φακού, motor drive για λήψη μέχρι και 4 φωτογρα-

φιών /sec, νέο σύστημα πρόσδεσης φακών, και βέβαια μια σειρά από πολύ αξιόλογους

φακούς Nikkor, με εστιακές αποστάσεις από 21 mm ως 1000 mm.

235


Σχόμα 11-68: Η Nikon F. Η πρώτη πραγματικϊ πετυχημϋνη SLR των 35 mm. Αριςτερϊ διακρύνεται ο αναςυρϐμενοσ καθρϋπτησ, και δεξιϊ το αποςπώμενο πεντϊπριςμα και η οθϐνη

εςτύαςησ, που μποροϑςε να αλλϊξει.

Η ‘χρυσή’ εποχή της SLR με φιλμ 35 mm κράτησε μέχρι τις αρχές του ’00. Η

σειρά F συνεχίστηκε μέχρι το 2005, με το μοντέλο F6. Αλλά ακόμα και σήμερα, οι ψηφι-

ακές SLR ουσιαστικά ‘πατάνε’ σε εκείνο το σχέδιο.

Στα χρόνια που ακολούθησαν, πάρα πολλά νέα στοιχεία προστέθηκαν, μερικά

από τα οποία είναι:

Ηλεκτρική προώθηση (automatic advance) του φιλμ, που προωθεί το φιλμ

στο επόμενο καρέ. Έτσι μπορούμε να κάνουμε λήψεις που απέχουν ελάχιστα χρονικά η

μία από την άλλη.

Αυτόματη φωτομέτρηση με ενσωματωμένο φωτομετρητή μέσα από ένα μικρό

ημιδιάφανο τμήμα του ανασυρόμενου καθρέπτη, και

1925: Leica,η πρώτη μηχανή 35 mm

1934: Спорт, η πρώτη μηχανή 35 mm SLR

1936: Kine Exakta, η πρώτη 35 mm SLR με δυνατότητα αλλαγής φακών

1949: Contax S, προσθήκη σκοπεύτρου με πεντάπρισμα

1950: Exakta Varex, δυνατότητα αλλαγής σκοπεύτρου και οθόνης εστίασης

1954: Asahiflex IIb, κάτοπτρο άμεσης επιστροφής, αυτόματο διάφραγμα

1959: Nikon F, η πρώτη πετυχημένη SLR.

236


Τα συστήματα αυτόματης εστίασης (auto focus), που εστιάζουν μόνα τους το

φακό με ένα μοτέρ. Αυτά που συγκρίνουν την αντίθεση λειτουργούν όπως και τα τηλέ-

μετρα, συγκρίνουν, δηλαδή, δύο εικόνες με διαφορετική γωνία λήψης (μία από σταθερό

καθρέπτη και μία από έναν περιστρεφόμενο που είναι συνδεδεμένος με το σύστημα εστί-

ασης). Όταν η αντίθεση των ειδώλων που καταγράφονται από φωτοδιόδους είναι η ίδια,

ο φακός είναι εστιασμένος, και η κίνηση του καθρέπτη σταματά. Άλλος τρόπος είναι η

εκπομπή υπέρυθρου φωτός και η λήψη του ανακλώμενου σήματος. Καθώς εστιάζει ο

φακός το σύστημα σταματά όταν το υπέρυθρο ανακλώμενο σήμα γίνει μέγιστο. Τέλος,

υπάρχει σύστημα με υπερήχους μετράται ο χρόνος πού απαιτείται για να ανακλαστούν

από το αντικείμενο και να επιστρέψουν παλμοί υπερήχων (παρόμοιο με ραντάρ).

11.5.4. Η Ψηφιακή Εποχή

Και ενώ τίποτε δεν έδειχνε ότι θα αλλάξει στο χώρο, η εξέλιξη στους φωτονι-

κούς αισθητήρες έφερε μια τεκτονική αλλαγή στο χώρο. H ψηφιακή εποχή άρχιζε, και

ανέτρεψε τελείως τα δεδομένα. Στις μέρες μας, οι αναλογικές φωτογραφικές μηχανές

έχουν εκτοπιστεί από τις ψηφιακές για όλες πλην ελαχίστων εξαιρέσεων χρήσεις. Στο

εστιακό επίπεδο, δηλαδή στη θέση του φιλμ μιας συμβατικής μηχανής, έχουμε έναν ει-

δικό ηλεκτρονικό φωτο-αισθητήρα (photo sensor), που ονομάζεται CCD (Charged Cou-

pled Device) ή CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Ανάλογα με τον τύπο της φωτογραφικής μηχανής αυτά τα τσιπ έχουν διαφορε-

τικές διαστάσεις. Αποτελούνται από εκατομμύρια φωτοευαίσθητα στοιχεία ανεξάρτητα

μεταξύ τους και το καθένα αντιστοιχεί σε ένα εικονοστοιχείο (picture element, pixel)

στη τελική εικόνα. Το τσιπ μετατρέπει την προσπίπτουσα φωτεινή ροή σε μια ηλεκτρική

τάση για κάθε εικονοστοιχείο, έχουμε, δηλαδή, και πάλι μια φωτοχημική αντίδραση, που

παράγει ηλεκτρόνια - φορτία, και στη συνέχεια η ‘εικόνα’ αποθηκεύεται με τη μορφή συ-

ντεταγμένης ψηφιακής πληροφορίας στη μνήμη της μηχανής. Η πληροφορία αυτή κα-

τόπιν μεταβιβάζεται σε εξωτερικό σύστημα (συνήθως υπολογιστή) για φύλαξη, επεξερ-

γασία και εκτύπωση.

Ο όρος ψηφιακή (digital) οφείλεται στο ότι η πληροφορία δεν είναι συνεχής

(για οποιαδήποτε τιμή του x ή y στο επίπεδο), αλλά διακριτή, για ορισμένα x – τις σειρές

(rows) και ορισμένα y, τις στήλες (columns). Ακόμα και η τιμή στο z, η τιμή διαφάνειας,

δηλαδή, δεν είναι αναλογική, αλλά και αυτή έχει διακριτές τιμές, από 0 έως 255.

Οι πρώτες ‘διάσημες’ ψηφιακές φωτογραφίες με χρήση φωτονικού αισθητήρα

αντί για φιλμ για την καταγραφή του ειδώλου οφείλονται στα διαστημικά προγράμματα

237


Η πρώτη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή χρησιμοποίησε

αισθητήρα μόλις 0.01 Megapixel.

της δεκαετίας του ’60. Το κίνητρο ήταν ότι οι φωτογραφίες έπρεπε να αποσταλούν στη

Γη ηλεκτρονικά πριν το διαστημόπλοιο καταστραφεί, και άρα δεν υπήρχε άλλος τρόπος:

το φιλμ δεν θα επέστρεφε ποτέ στη Γη για να εμφανιστεί!

Σχόμα 11-69: (α) Φωτογραφύα τησ Σελόνησ απϐ το διαςτημϐπλοιο Ranger 7, τον Ιοϑλιο του 1964, (β) η πρώτη ψηφιακό φωτογραφύα τησ Γησ απϐ τη Σελόνη, τραβηγμϋνη τον Αϑγουςτο

του 1966 απϐ το διαςτημϐπλοιο Lunar Orbiter I.

Τον Οκτώβριο του 1969, στα Bell Labs, οι Willard Boyle και George Smith πα-

ρουσιάζουν την ιδέα τους για ένα φωτοευαίσθητο ολοκληρωμένο κύκλωμα που θα μπο-

ρούσε να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές απεικόνισης. Αυτό ήταν το CCD. Η διάταξη δη-

μιουργεί ψηφιακή πληροφορία από συγκεντρωμένα πακέτα ηλεκτρικού φορτίου που δη-

μιουργούνται σε εικονοστοιχεία. Με αρκετές στήλες και σειρές από τέτοια εικονοστοι-

χεία, η διάταξη μπορεί να καταγράψει και να αποθηκεύσει ένα είδωλο.

Σχόμα 11-70: (a) Οι εφευρϋτεσ του CCD Willard Boyle (αριςτερϊ) και George Smith (δεξιϊ) αυτο-καταγρϊφονται. (β) μια τυπικό διϊταξη CCD.

Ήδη από τις αρχές του ’70, ο Steve Sasson, στο εργαστήριο Apparatus Division

Research Laboratory στην –πάντα πρωτοπόρα- Kodak ερευνούσε το πώς μπορούσε να

μεταφερθεί αυτή η τεχνολογία σε μια φωτογραφική μηχανή. Στο εργαστηριακό πρωτό-

τυπο του 1975 διακρίνουμε την …κασέτα για την ψηφιακή καταγραφή (θυμίζουμε ότι ο

Commodore δεν είχε ακόμα εμφανιστεί, και το μικρό floppy disk, που ήδη ξεχάσαμε, πα-

ρουσιάστηκε ‘μόλις’ το ’84). Βασιζόταν σε ένα 100 × 100 pixel (δηλαδή 0.01 megapixel)

238


CCD της Fairchild. Αυτό το πρωτότυπο αυτό η πληροφορία, όπως είχε αποθηκευθεί ψη-

φιακά στην κασέτα (στον …ασύλληπτο τότε χρόνο των 23 sec), μπορούσε να προβληθεί

σε μια οθόνη τηλεόρασης. Δεν χρειαζόταν, δηλαδή καθόλου το παραδοσιακό φιλμ ούτε

για την καταγραφή του ειδώλου, ούτε για την αναπαραγωγή της εικόνας. Η filmless

camera είχε γεννηθεί.

Σχόμα 11-71: (α & β) Το εργαςτηριακϐ πρωτϐτυπο Kodak, η πρώτη ψηφιακό φωτογραφικό μηχανό ςτον κϐςμο, (γ) μια απϐ τισ πρώτεσ ψηφιακϋσ εικϐνεσ ςε οθϐνη τηλεϐραςησ.

Μέχρι τότε όλες οι ψηφιακές φωτογραφίες ήταν μονόχρωμες, δηλαδή 256 δια-

βαθμίσεις του γκρι. Πράγματι, τα φωτόνια δεν έχουν ‘χρώμα’, έχουν ενέργεια, και απορ-

ροφώμενα από την ημιαγωγική διάταξη, ουσιαστικά μετατοπίζουν (εκτοξεύουν) ηλεκτρό-

νια, η ταχύτητα των οποίων εξαρτάται από την ενέργεια του φωτονίου, δηλαδή το

χρώμα. Όμως, στη CCD δεν καταγράφουμε αυτήν την ταχύτητα, μόνο το φορτίο. Όσο

πιο πολλά φορτία καταγραφούν στο εικονοστοιχείο, τόσο μεγαλύτερη είναι η φωτεινό-

τητα, από όλο το ορατό φάσμα.

Σχόμα 11-72: Η διϊταξη χρωμϊτων ςτο φύλτρο Bayer και η λειτουργύα του.

Το 1975, ο Bryce Bayer εφευρίσκει μια διάταξη με έγχρωμα φίλτρα, που καλύ-

πτουν τα εικονοστοιχεία, το φίλτρο Bayer (Bayer filter), που ακόμα και σήμερα είναι η

βάση της έγχρωμης ψηφιακής φωτογραφίας. Τα φίλτρα αυτά ουσιαστικά απομονώνουν,

για κάθε ένα pixel, ένα μέρος του φάσματος που αντιστοιχεί στα τρία βασικά χρώματα

RGB, με έμφαση στο πράσινο, λόγω της αυξημένης ευαισθησίας του οφθαλμού. Με τον

239


τρόπο αυτό, το υποκείμενο pixel λειτουργεί ως μονοχρωματικός, μεν, δέκτης, αλλά μόνο

για το υπερκείμενο χρώμα. Η επανασύνθεση της πληροφορίας από κάθε τριάδα εικονο-

στοιχείων συνδυάζεται για να δώσει την έγχρωμη, ψηφιακή εικόνα.

Το 1987 είχαμε τον πρώτο αισθητήρα μεγαπίξελ (megapixel), δηλαδή τουλά-

χιστο 1000 στήλες × 1000 σειρές, ενσωματωμένο στο πίσω μέρος μιας μηχανής SLR, το

πρωτότυπο Μ1. Το 1991 η Kodak παρουσίασε το πρώτο επαγγελματικό ψηφιακό σύ-

στημα, το digital camera system (DCS), μια τροποποιημένη Nikon F3, με αισθητήρα 1.3

megapixel, και το 1994, την DCS 420, με αισθητήρα 1524 × 1012, που ζύγιζε, χωρίς

τους φακούς ‘μόλις’ 1.7 Kgr. Κάπου τότε, η Adobe Systems παρουσιάζει την πρώτη έκ-

δοση του PhotoShop, μια εφαρμογή για τα Macintosh την επεξεργασία τέτοιων εικόνων.

Σχόμα 11-73: (α) Το πρωτϐτυπο Μ1, η πρώτη ψηφιακό μηχανό SLR, και (β) η πρώτη επαγγελματικό ψηφιακό φωτογραφικό μηχανό, η DCS-100.

Οι μηχανές αυτές, εκτός από δυσπρόσιτες οικονομικά (αρχική τιμή $ 30 000),

είχαν πολύ περιορισμένη χρήση, ακριβώς λόγω του ότι η ποιότητα εικόνας υπολειπόταν

σημαντικά της ‘στάνταρτ’ εικόνας από ένα φιλμ 35 mm. Είδαμε προηγουμένως (§

11.4.5.), ότι η ποιότητα από ένα τέτοιο φιλμ αγγίζει αυτή που θεωρητικά θα παίρναμε

από 87 Megapixel, και οι πρώτες αυτές μηχανές οριακά ξεπερνούσαν το 1.5 Megapixel.

Και ενώ όλα έδειχναν ότι η προσπάθεια ‘ανατροπής’ του ‘κατεστημένου’ των

αναλογικών SLR θα σταματούσε κάπου εκεί, ήρθε πάλι η ιαπωνική βιομηχανία να κάνει

το ‘θαύμα’ της. Η Casio, μια εταιρεία που κατασκεύαζε μικρές ηλεκτρονικές συσκευές,

παρουσιάζει το 1995 την QV-10, την πρώτη ψηφιακή μηχανή που απευθυνόταν στον

απλό χρήστη, και το απλό …πορτοφόλι (μόλις $ 650). Είχε αισθητήρα 320 × 240 pixel,

δηλαδή 0.0768 Megapixel, και η μνήμη της μπορούσε να αποθηκεύσει 96 έγχρωμες ψη-

φιακές φωτογραφίες. Η διάδοση των ψηφιακών μηχανών από τότε είναι ασταμάτητη.

Για αρκετά χρόνια, η ανάλυση 640×480 (0.3 MP) ήταν το στάνταρτ στις ψηφι-

ακές μηχανές, αν και σήμερα είναι μάλλον συνηθισμένο να δούμε ‘οικιακής’ χρήσης μη-

χανές με 10 MP. Ωστόσο, υπάρχουν μερικές παρανοήσεις σχετικά με το τι σημαίνουν

240


αυτά τα megapixel. Όταν προβάλλουμε μια εικόνα σε μια οθόνη υπολογιστή, 1 pixel της

φωτογραφίας ισούται με 1 pixel της οθόνης, στο 100% της προβολής. Αυτό σημαίνει ότι

περισσότερα pixel στην εικόνα κάνουν την εικόνα μεγαλύτερη, αλλά όχι πιο λεπτομερή.

Σχόμα 11-74: Η πρώτη ψηφιακό μηχανό για τον απλϐ χρόςτη, η Casio QV-10.

Η λεπτομέρεια της εικόνας εξαρτάται από το πόσο καλά έχει σχηματιστεί το εί-

δωλο, δηλαδή τα οπτικά συστήματα, και το πόσο καλά έχει καταγραφεί, την ποιότητα

του αισθητήρα. Πρέπει να τονίσουμε ότι δεν έχει νόημα να αυξήσουμε τα megapixel

(κάτι που σήμερα είναι πια εύκολο) χωρίς παράλληλα να βελτιώσουμε την ποιότητα των

οπτικών ώστε το είδωλο που σχηματίζεται να έχει την ανάλογη ποιότητα.

Η εξέλιξη στις ψηφιακές μηχανές επηρέασε τις αναλογικές SLR. Γύρω στο

2003, παρουσιάστηκαν μοντέλα SLR τόσο από τη Nikon (D 100), όσο και τη Canon (EOS

D 60) με ψηφιακό αισθητήρα που για πρώτη φορά συνδύαζαν και την ποιότητα, αλλά και

δεν ήταν απαγορευτικά ακριβές για ένα ερασιτέχνη φωτογράφο. Ταυτόχρονα, επέτρε-

παν την πλήρη λειτουργία όλων των φακών που ήταν προηγουμένως σε χρήση με τις

αντίστοιχες SLR με φιλμ, και σε αρκετές περιπτώσεις τα χειριστήρια ήταν ίδια ακριβώς με

αντίστοιχα μοντέλα (π.χ. η D 100 είχε ακριβώς τα ίδια ‘κουμπιά’ με την αναλογική Nikon

F 80) Έτσι, η κατηγορία των σοβαρών ερασιτεχνών (advanced amateurs) έκανε τότε τη

μεγάλη στροφή.

Οι ψηφιακές μονορεφλέξ (Digital SLR) cameras είναι, σήμερα, ό,τι καλύτερο

έχει να προσφέρει η βιομηχανία της φωτογραφίας που να απευθύνεται σε ευρεία χρήση.

Κάθε νέα γενιά βελτιώνει όλο και περισσότερο, και σήμερα έχουμε επιστρέψει ακόμα και

στο full frame format: Οι πρώτες DSLR, για λόγους οικονομίας, χρησιμοποιούσαν ένα

μειωμένης έκτασης αισθητήρα (π.χ. η Nikon D100 είχε CCD 23.7 × 15.6 mm), και σή-

μερα είναι πια εύκολο να βρούμε μια σχετικά οικονομική DSLR (π.χ. Canon EOS-1Ds με

αισθητήρα CMOS 36 × 24 mm).

Ένας αισθητήρας με μικρότερη διάσταση από ένα φιλμ 35 mm, όμως αλλάζει τη

λειτουργία του φακού όπως τον έχουμε συνηθίσει σε μια SLR με φιλμ. Οι φωτοαισθητή-

241


ρες τώρα ‘συλλαμβάνουν’ ένα μικρότερο τμήμα από το είδωλο όπως προβάλλεται από το

φακό (σχήμα 11-54), και έτσι, ένας νορμάλ φακός για φιλμ 35 mm (f=50 mm) φαίνεται

να λειτουργεί ως μεγαλύτερης εστιακής απόστασης, σε ό,τι αφορά στη γωνία όρασης.

Σχόμα 11-75: Συγκριτικϋσ διαςτϊςεισ τυπικών ψηφιακών αιςθητόρων (CCD, CMOS) και φιλμ 35 mm (α) φορμϊ DX, ςυναντϊται ςε πολλϋσ DSLR, και (β) για ςυμπαγεύσ ψηφιακϋσ μηχανϋσ.

Κι έτσι έχουν μπει στο λεξιλόγιό μας δύο όροι, το crop factor και το 35 mm

equivalent. Και οι δύο σχετίζονται με τη ‘σύγχυση’ που προκαλούν τα τόσο διαφορετικά

μεγέθη αισθητήρων, μια και για σχεδόν 50 χρόνια είχαμε ‘συνηθίσει’ μόνο στο φορμά

των 35 mm. Ο πρώτος όρος, αφορά στο ότι αν χρησιμοποιηθεί ένας μικρότερης διάστα-

σης αισθητήρας, τότε καλύπτεται μικρότερη επιφάνεια. Και όταν προβληθεί ή τυπωθεί η

φωτογραφία στην ίδια διάσταση από τον μικρότερης διάστασης αισθητήρα πρέπει να ‘με-

γαλώσει’ λίγο πιο πολύ. Γι’ αυτό και το crop factor λέγεται λανθασμένα και magnification

factor. Έτσι, για παράδειγμα, το DX φορμά που έχουν οι Nikon έχει crop factor 1.5.

Σχόμα 11-76: Χρηςιμοποιώντασ τον ύδιο φακϐ ςε μια φωτογραφικό μηχανό με ϋνα μικρϐτερων διαςτϊςεων αιςθητόρα καταγρϊφεται μικρϐτερη επιφϊνεια απϐ το εύδωλο.

Αντίστοιχα, η ορολογία 35 mm equivalent χρησιμοποιείται για να μας ενημε-

ρώσει το ‘πώς θα συμπεριφερόταν’ ένας τέτοιος φακός από εστιακή απόσταση, γωνία

όρασης και διάφραγμα, αν στη θέση του αισθητήρα είχαμε ένα φιλμ 35 mm. Για παρά-

δειγμα, σε μια DSLR, με φορμά DX, ένας φακός 100 mm έχει την ίδια γωνία όρασης με

το ένα φακό 150 mm πάνω σε μια μηχανή full frame. Η ορολογία αυτή επεκτείνεται και

στη σύγκριση διαφόρων φακών στους φακούς στις λεγόμενες pocket ή point-and-shoot

242


ψηφιακές μηχανές, ακόμα και στους φακούς σε διάφορα κινητά τηλέφωνα. Η σύγκριση

αυτή είναι μόνο τεχνική, γιατί, ασφαλώς, ένας τέτοιος φακός σε μια μηχανή με φιλμ 35

mm θα είχε σημαντικά διαφοροποιημένη απόδοση, ιδιαίτερα στα άκρα της φωτοευαίσθη-

της επιφάνειας.

Σχόμα 11-77: Ενδεύξεισ εςτιακόσ απϐςταςησ ςτισ απλϋσ ψηφιακϋσ μηχανϋσ.

Σε μια τυπική ασπρόμαυρη ψηφιακή εικόνα η τιμή για κάθε pixel (ο τόνος του

γκρι) περιέχεται σε ένα byte. Κάθε byte αποτελείται από 8 bits (συνδυασμούς 0 και 1).

Τέτοιοι δυνατοί συνδυασμοί είναι 28 = 256, άρα 256 είναι και οι δυνατοί τόνοι του γκρι

που μπορούν να αποθηκευτούν για κάθε pixel.

Σχόμα 11-78: Απϐ τισ πρώτεσ μνόμεσ ςτερεϊσ κατϊςταςησ για αποθόκευςη ψηφιακών εικϐνων.

Συνεπώς μια φωτογραφία ενός MegaPixel (1000000 pixels) αποθηκεύεται σε

αρχείο που έχει μέγεθος ενός MegaByte (MB). Ένα κλασσικό format αρχείου για αποθή-

κευση ψηφιακών φωτογραφιών είναι το tiff (tagged – image file format) και μπορεί να

διαβαστεί από όλους σχεδόν τους υπολογιστές.

Για τις έγχρωμες φωτογραφίες οι τιμές αυτές είναι ×3, δηλαδή ένα byte για

κάθε βασικό χρώμα. Δηλαδή κάθε έγχρωμο pixel αποτελείται από 3×8=24 bits και οι δυ-

νατοί συνδυασμοί είναι 256×256×256 = 16,777,216 χρώματα. Επειδή πλέον τα αρχεία

είναι ογκώδη, χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι ελάττωσης μεγέθους. Η πιο αποτελεσματική

επιτυγχάνεται με τη χρήση του συστήματος Joint Photographic Experts Group (JPEG)

που δίνει συμπίεση της τάξης του 1:10. Η συγκεκριμένη συμπίεση είναι απωλεστική

(lossy compression), γιατί ένα μέρος της πληροφορίας που εμπεριέχεται στην εικόνα χά-

νεται. Οι απώλειες αυτές όμως σπάνια διακρίνονται από το ανθρώπινο μάτι.

http://www.flickr.com/photos/penmachine/2769581999/




243


11.5.5. Σα Φωτογραφικά Φλας

Ένα σημαντικό βοήθημα στη φωτογραφία, όταν δεν επαρκεί ο εξωτερικός φω-

τισμός είναι ο λαμπτήρας αναλαμπής ή φλας (flash ή flashbulbs). Το βασικό του χα-

ρακτηριστικό είναι ότι ανάβει για μικρό χρονικό διάστημα.

Τα πρώτα ‘φλας’ εμφανίστηκαν στη δεκαετία του ‘30. Στην αρχή έμοιαζαν

πολύ με τις λάμπες πυράκτωσης (§ 3.5.2.), τους γλόμπους, δηλαδή, και ‘έκαιγαν’ φύλο

αλουμινίου σε ατμόσφαιρα οξυγόνου. Ένα τέτοιο ήταν το Sashalite της General Electric.

Είχε τεράστια φωτεινή ροή, 200,000 lumen σε μόλις 1 sec, κάτι απαραίτητο για τα όχι

και τόσο φωτοευαίσθητα φιλμ της εποχής. Πίσω τους υπήρχε ένα κοίλο κάτοπτρο για να

συγκεντρώσει τη δέσμη προς το αντικείμενο. Οι ‘γλόμποι’ αυτοί ήταν μίας χρήσης.

Σχόμα 11-79: Λαμπτόρεσ αναλαμπόσ τησ δεκαετύασ του ΄30.

Σχόμα 11-80: (a) Τα …εξαρτόματα ενϐσ φωτορεπϐρτερ τη δεκαετύα του ΄50. Τα φλασ όταν απαραύτητα. Η μηχανό εύναι μια Graflex Crown Graphic Pacemaker. (β) Η Zenith Comet

εραςιτεχνικό μηχανό με φλασ.

Τα φλας που χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά είναι τα λεγόμενα ηλε-

κτρονικά φλας (electronic flash). Είναι, ασφαλώς, επαναχρησιμοποιούμενα, έχουν λα-

μπτήρες σχήματος σωλήνα και περιέχουν αέριο ξένο και δύο ηλεκτρόδια από βολφράμιο

στις δύο άκρες. Είναι είτε ενσωματωμένα στο σώμα της μηχανής, είτε εξωτερικά, και

συνδέονται στη θέση πρόσδεσης (hot shoe). Τα χαρακτηριστικά τους είναι:

Άμεση ανάφλεξη

244


Έχουν θερμοκρασία χρώματος 5500 Κ

Μικρότερη διάρκεια ανάφλεξης από τους γλόμπους

Η τάση που απαιτείται να ενεργοποιηθούν είναι πολύ μεγάλη

Η φωτεινή ροή εξαρτάται από την ενέργεια που παρέχει ο πυκνωτής.

Η φωτεινή ροή μπορεί να είναι μεταβλητή ανάλογα με τις απαιτήσεις της έκθεσης, και

Μεγάλη διάρκεια ζωής (~10000 αναφλέξεις).

Συγχρονισμός φλας: Υπάρχουν δύο βασικές κλάσεις συγχρονισμού. Η Μ για

γλόμπους μίας χρήσης και η Χ για ηλεκτρονικά φλας. Στην κλάση Μ ο φωτοφράκτης εί-

ναι ανοιχτός όταν ο γλόμπος μίας χρήσης αποκτά μέγιστη φωτοβολία. Στην κλάση Χ η

συγχρονισμός είναι τέτοιος, ώστε το ηλεκτρονικό φλας ανάβει όταν ο φωτοφράκτης είναι

ανοιχτός.

Σχόμα 11-81: Σϑγχρονα φλασ (a) εξωτερικϐ και (β) ενςωματωμϋνο ςτη μηχανό.

Έκθεση με φλας: Κάθε φλας χαρακτηρίζεται από ένα αριθμό οδηγό (Guide

Number). Είναι το γινόμενο της απόστασης x μεταξύ αντικειμένου και φλας και του δια-

φράγματος (F# ) που απαιτείται για αυτήν την απόσταση:

. . #G N x F (11.8)

δηλαδή σε κάθε απόσταση αντικειμένου αντιστοιχεί και ένα διάφραγμα, έτσι ώστε το γι-

νόμενό τους να είναι σταθερό. Είναι φανερό ότι η σχέση αυτή βασίζεται στο φωτομε-

τρικό νόμο αποστάσεων, δηλαδή μισή απόσταση = τέσσερις φορές περισσότερο φως (§

3.3.2.). Πολλά φλας έχουν ένα απλό διάγραμμα με το οποίο μπορούμε να προσδιορί-

σουμε το σωστό διάφραγμα για τις διάφορες αποστάσεις και τύπους φιλμ.

Τα περισσότερα ηλεκτρονικά φλας είναι πλέον αυτόματα. Μια φωτοδίοδος

ελέγχει το ανακλώμενο φως και καθορίζει τη διάρκεια της αναλαμπής. Έτσι, μόνο το

διάφραγμα απαιτείται να ρυθμιστεί (για συγκεκριμένη ευαισθησία φιλμ), ανεξάρτητα από

την απόσταση του αντικειμένου.

245


11.1.1. Ιστορική Εξέλιξηphysics.teiath.gr/lesson/scripta/photographic...

Documents