QHKT Báo cáo môn học về máy ảnh và kính viễn vọng

Gương phản xạ và hệ thống gương phức hợp ngắm chụpDo người chụp không thể ngắm chụp trực tiếp theo một đường thẳng xuyên qua ống kính vì vướng bản phim, để người chụp có thể nhìn thấy hì

Bộ môn Quang học kỹ thuật

NGHIÊN CỨU VỀ MÁY ẢNH

VÀ KÍNH VIỄN VỌNG

Thành viên:

1 Nguyễn Tuấn Anh MSSV: 2016

2 Nguyễn Quốc Chiến MSSV: 2016

I.5.1 Sự lật đổ của Mirrorless đối với DSLR 18

I Máy ảnh

I.1 Lịch sử phát triển

Tiền thân của máy ảnh là "phòng tối" (camera obscura) Vào thế kỉ 5 trước công nguyên, nhà triết học Trung Quốc Mặc Tử nhận thấy khi ánh sáng đi qua lỗ trống và một vung tối có thể tạo ra ảnh đảo ngược và ảnh tập trung Mặc Tử là người đầu tiên khai thác hiện tượng này để tạo ảnh đảo ngược Vào thế kỉ 4 trước công nguyên, Aristote cũng đề cập đến nguyên lý này Ông miêu tả quan sát nhật thực một phần vào năm 330 trước công nguyên bằng cắch nhìn ảnh của Mặt Trời chiếu qua khoảng trống giữa lá cây Vào thế kỉ thứ 10, học giả người Ả Rập Idn al-Haytham (Alhazen) cũng viết về việc quan sát nhật thực qua lỗ trống Ông cũng miêu tả khả năng làm cho hình ảnh rõ nét hơn khi thu nhỏ lỗ trống Triết gia người anh Roger Bacon viết về quang lý năm 1267 trong luận "Perspectiva" Vào thế kỉ

15, các họa sĩ và các nhà khoa học sử dung hiện tượng này trong việc quan sát Đầu tiên, người quan sát phải đi vào trong một phòng có một lỗ trống trên tường

Ở phía tường đối diện, người quan sát có thể nhìn thấy ảnh đảo ngược Tên gọi camera obscura, tiếng La-tin cho "phòng tối", ra đời từ ứng dụng đầu tiên này Thuật ngữ này được đặt bởi nhà toán học, thiên văn học Johannes Kepler trong cuốn "Ad Vitellionem pallipparalipomena" vào năm 1604

Ảnh cố định đầu tiên được chụp năm 1826 bởi Joseph Nicéphore Niépce bằng một máy ảnh hộp gỗ do Charles and Vincent Chevalier làm ra ở Paris Niépcedựa trên phát hiện của Johann Heinrich Schultz (năm 1724): hỗn hợp bạc và phấn

bị đen lại khi gặp ánh sáng Tuy nhiên, đó là thời điểm bắt đầu của nhiếp ảnh, còn máy ảnh thì còn sớm hơn nữa Trước khi phát minh ra phim ảnh thì không có cách nào để giữ lại ảnh từ các máy ảnh ngoài cách đồ lại bằng tay

Máy ảnh đầu tiên đủ nhỏ và mang đi được để chụp ảnh được làm bởi JohannZahn năm 1685, gần 150 năm trước khi kỹ thuật đủ sức làm ra tấm ảnh Các máy ảnh đầu tiên giống máy của Zahn, thường có thêm những cái hộp trượt ra-vào để lấy nét Mỗi lần thu hình, một tấm chất nhạy sáng được đặt vào chỗ màn ảnh ngắm.Quy trình daguerreotype của Jacques Daguerre dùng tấm đồng, còn quy trình calotype do William Fox Talbot phát minh thì thu hình lên tấm giấy

Frederick Scott Archer tìm ra quy trình tấm collodion ướt năm 1850, làm giảm đáng kể thời gian rọi sáng, nhưng người chụp phải tự chuẩn bị tấm kính trongmột phòng tối di động ngay trước khi chụp Các quy trình tấm ambrotype và

tintype ướt rất phổ biến trong nửa sau của thế kỷ 19 mặc dù chúng hơi phức tạp Các loại máy ảnh chụp tấm ướt hơi khác các kiểu máy trước, mặc dù cũng có một vài kiểu cho phép đặt tấm nhạy sáng bên trong máy thay vì ở trong một phòng tối rời (ví dụ như kiểu máy Dubroni năm 1864) Một số máy ảnh có nhiều ống kính đểchụp ảnh cỡ tấm danh thiếp Kiểu máy chụp với phần thân xếp co giãn để lấy nét trở nên phổ biến trong thời kỳ chụp ảnh tấm ướt này

Cuối cùng, vào năm 1888 người ta đã thấy trên thị trường xuất hiện những chiếc máy ảnh hiện đại của hãng Eastman Dry Play and Film Chiếc máy này nạp sẵn phim rộng 6cm đủ để chụp 100 kiểu ảnh Sau khi chụp hết phim, máy ảnh được trả về cho công ty để lấy phim ra và in tráng! Sau đó, nó được nạp lại phim

và trả cho khách hàng

Ảnh số được chụp đầu tiên vào tháng 12 năm 1975 bằng máy của hãng East man Kodak Máy đó dùng bộ cảm biến CCD do Fairchild Semiconductor làm ra năm 1973 Máy này nặng 3,6Kg, chụp ảnh trắng đen có độ phân giải 10.000 Pixela

và ghi vào băng từ Chụp mỗi tấm ảnh mất 23 giây

Máy chụp ảnh số đầu tiên trông giống máy chụp ảnh thường là máy Sony Magica (Magnetic Video Camera) sản xuất năm 1981

Mãi tới năm 1984 Canon giới thiệu Canon RC-701, một máy chụp ảnh điện

tử Analogue

Máy ảnh số thật sự đầu tiên là Fuji DS-1P vào năm 1988, hình chụp được ghi vào thẻ nhớ 16MB (phải nuôi bộ nhớ này bằng pin) Máy ảnh số đầu tiên được bán rộng rãi là Kodak DSC-100 năm 1991 Nó có độ phân giải 1,3MP và giá là 13.000$ Máy chụp ảnh số đầu tiên có màn hình tinh thể lỏng là Casio QC-10 năm

1995 Máy chụp ảnh số đầu tiên dùng Compact Flash là Kodak DC-25 năm 1996

Máy chụp ảnh số loại bình dân đầu tiên đạt đến độ phân giải 1MP vào năm

1997 Máy chụp ảnh số đầu tiên có thể ghi ảnh động là Ricoh RCD-1 năm 1995 Năm 1999, Nikon giới thiệu Nikon D1, máy chụp ảnh DS LR đầu tiên với độ phân giải 2,74MP, có giá dưới 6.000$ (giá chấp nhận được đối với nhiếp ảnh gia chuyênnghiệp và giới chơi ảnh nhiều tiền) Máy này dùng ống kính theo chuẩn Nikon F-

mount giống như các máy chụp ảnh phim Năm 2003, Canon cho ra đời Canon Digital Rebel, còn gọi là 300D, có độ phân giải 6MP và là chiếc DSLR đầu tiên có giá dưới 1.000$.

Và cho đến ngày nay, bạn có thể thấy hàng loạt các loại máy ảnh với thiết kế

và chức năng ngày càng được cải thiện Đồng thời, với sự ra đời của những chiếc smartphone, việc chụp ảnh trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Tuy nhiên đối với những người đam mê nhiếp ảnh thực thụ thì không có gì có thể thay thế được chiếcmáy ảnh thật Nhờ đó mà công nghệ sản xuất máy ảnh chưa bao giờ lỗi thời

I.2 Cấu tạo

Các máy ảnh truyền thống sử dụng phim để ghi lại hình ảnh có cấu tạo cơ bản giống nhau, gồm các bộ phận:

1 – Ống kính (lens)

2 – Gương phản xạ và và hệ thống gương phức hợp ngắm chụp (relex mirrorand prism)

3 – Ống ngắm (view finder)

4 – Cửa chập có mành chập (shutter/ shutter curtains)

5 – Bản phim (film/ film plane)

I.2.2 Gương phản xạ và hệ thống gương phức hợp ngắm chụp

Do người chụp không thể ngắm chụp trực tiếp theo một đường thẳng xuyên qua ống kính vì vướng bản phim, để người chụp có thể nhìn thấy hình ảnh và góc chụp trước khi bấm máy, người ta phải bố trí một gương phản xạ (relex mirror) ở sau ống kính (thường theo góc 45 độ Hình ảnh hắt vào gương này sẽ được phản xạlên hệ thống gương phức hợp (prism), thường đặt phía trên nóc máy, để từ đó đi tớiống ngắm (view finder) đặt phía trên bản phim và nhìn xuyên ra phía sau thân máy.Khi bấm chụp, gương này sẽ phải lật lên để hình ánh đi theo đường thẳng qua cửa chập tới bản phim Sau khi chụp, gương sẽ hạ xuống vị trí ban đầu để người chụp ngắm chụp các kiểu ảnh tiếp theo

I.2.3 Ống ngắm

Như đã nói ở trên, ống ngắm (view finder) được thiết kế giúp người chụp nhìn được hình ảnh trước khi bấm chụp Để ngắm chụp chính xác nhất thì hình ảnhngắm qua ống ngắm phải giống hoàn toàn với hình ảnh sẽ được ghi lên bản phim

Vì vậy phải bố trí hệ thống gương như nói ở trên để người chụp ngắm được qua ống kính chính – và vì vậy loại máy ảnh này được gọi là máy ảnh ống kính đơn phản xạ (single lens relex / SLR) vì chỉ có một ống kính phục vụ mục đính ngắm chụp đồng thời thu nhận hình ảnh chụp lên bản phim Ở một số thiết kế khác, máy ảnh được bố trí hai ống kính khác nhau, một ống thu hình ảnh lên bản phim và mộtống phụ dùng cho ống ngắm chụp – và vì vậy ở các máy này không cần gương phản xạ nên cấu tạo thường mỏng và nhỏ gọn hơn; ở các máy này, do vị trí của ốngngắm và ống chụp chính hơi lệch nhau nên có thể tạo ra hiện tượng thị sai

(parallax) và những gì nhìn thấy qua ống ngắm không hoàn toàn giống với hình ảnh thể hiện trên bản phim vì góc nhìn hơi lệch nhau

I.2.4 Cửa chập và mành chập

Của chập (shutter) là một bộ phận gồm một hay nhiều mành chập (shutter curtains) gắn trước bản phim, sau gương (và sau ống kính) có nhiệm vụ ngăn ánh sáng không cho đi tới bản phim lúc chưa bấm chụp và mở ra (rồi đóng vào rất nhanh) khi chụp Cửa chập đóng mở nhanh hay chậm (shutter speed) còn có mục đính quan trọng là điều tiết ánh sáng đi tới bản phim; tốc độ này kết hợp với khẩu

độ mở của ống kính (apature) để tạo ra giá trị phơi sáng của hình ảnh (exposure value), tức là độ sáng tối của hình ảnh ghi lại trên phim Do tốc độ đòi hỏi cửa chập phải đóng mở trong những khoảng thời gian rất ngắn (thường tính bằng một phần của giây đồng hồ) nên để đạt được tốc độ cơ học rất nhanh, thường phải bố tríhai hay nhiều mành chập (shutter curtains) vì nếu chỉ có một mành mở lên rồi đóngxuống thì về mặt cơ học, không thể đạt được những tốc độ rất cao như mong

muốn Quả thật là điều kỳ diệu của công nghệ cơ học khi ta thấy cửa chập của các máy ảnh ngày nay có thể đạt tới tốc tộ mở – rồi đóng – lên tới 1/8000 giây

I.2.5 Bản phim

Bản phim – hay gọi ngắn gọn là phim – được bố trí sau cùng trong máy ảnh tính theo hướng đi của ánh sáng phản xạ từ hình ảnh được chụp: hình ảnh > ống kính > gương phản xạ > (gương lật lên) > cửa chập > (cửa chập mở ra) > phim Phim nhựa được chế tạo bằng cách phủ lên tấm nhựa trong suốt một loại hóa chất –thường có chứa bạc kim loại (silver halide) – có khả năng phản ứng hóa học khi gặp ánh sáng để ghi nhận hình ảnh qua ánh sáng phản xạ từ vật thể được chụp lên phim Đặc tính của các hạt hóa chất này (particles) là độ mịn càng cao thì khả năngbắt sáng càng thấp, từ đó có khái niệm ISO, do Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế qui định(International Organization for Standardization / ISO) Chỉ số ISO qui định độ nhạy (bắt sáng) của phim Phim càng có ISO cao càng có khả năng bắt sáng cao giúp chụp được hình ảnh trong điều kiện ít ánh sáng – và vì thế khi dùng phim ISOcao, có thể tăng tốc độ chụp lên cao, giúp dừng hình (freeze motions) của những hình ảnh chuyển động nhanh – ví dụ trong thể thao Điều cần lưu ý là để chế tạo phim khả năng bắt sáng cao phải sử dụng các hóa chất có độ mịn thấp (các hạt hóa chất to hơn) nên khi phóng to hình ảnh sẽ bị nhiễu (noise) tức là hình ảnh bị sần với các chấm điểm ánh sáng không đồng đều màu sắc do ảnh hưởng của độ mịn các hạt hóa chất sử dụng làm phim Đối với phim màu, thay vì phủ một lớp hóa chất, người ta phải phủ chồng lên nhau ba lớp hóa chất có khả năng phản ứng (hóa

học) với ba màu ánh sáng khác nhau (3 màu cơ bản) để từ đó tạo mọi màu sắc cho hình ảnh ghi nhận trên phim.

Ngày nay, với công nghệ kỹ thuật số (KTS) người ta thay bản phim bằng một lá cảm biến (sensor) có khả năng phản ứng với ánh sáng như phim, nhưng hình ảnh được số hóa và lưu vào trong bộ nhớ của máy ảnh (memory) hoặc thẻ nhớ(memory stick) Các khái niệm như đối với bản phim nay được áp dụng y nguyên cho cảm biến số, vì vậy trên máy KTS cũng có các giá trị ISO (độ nhạy) và nhiễu màu (noise) như ở phim nhựa truyền thống Tất cả cơ chế khác hầu hết đều tương

tự như máy ảnh ống kính đơn phản xạ (SLR) nên những máy ảnh KTS này được gọi là máy ảnh KTS ống kính đơn phản xạ (D-SLR/ DSLR/ dSLR)

I.3 Nguyên lý hoạt động của máy ảnh

Về cơ bản thì mọi máy ảnh chỉ là một cái hộp kín, không lọt sáng, một đầu

có lỗ hở để ánh sáng đi vào, và đầu kia là bộ phận chứa phim hoặc bộ cảm biến ảnh Nó tạo ra hình ảnh bằng cách tích tụ các tia sáng được phản xạ từ cảnh vật và rọi thành hình ảnh trên bề mặt phim có độ nhạy sáng hoặc trên cảm biến hình ảnh

I.3.1 Máy ảnh cơ

Chúng ta quan sát chủ thể bức ảnh thông qua hệ ống ngắm quang học

Ấn nút chụp hình, gương lật sẽ lật lên để ánh sáng từ chủ thể đi vào buồng tối của máy ảnh, phim máy ảnh làm từ các chất rất nhạy sáng, các hạt sáng sẽ bị hấp thụ vào đây và hình ảnh được ghi lại

Sau khi chụp ảnh được lưu lại trên phim, sau quá trình xử lý phim ta sẽ thu được các tấm ảnh.

Sau khi cảm biến xử lý ảnh xong gương lật hạ xuống kết thúc quá trình chụpảnh

I.3.3 Máy ảnh Mirrorless

Ánh sáng đi vào ống kính sẽ đi thẳng tới cảm biến và cảm biến sẽ xử lý ảnh để đưa hình ảnh ra màn hình LCD.

Khi bấm chụp màn chập sẽ hoạt động để lấy ảnh

I.4 Các thông số đặc trưng của máy ảnh

I.4.1 Tiêu cự

Nếu máy của bạn có ống zoom, trên ống kính sẽ có vòng xoay để phóng to và thu nhỏ (thực ra là thay đổi tiêu cự xa-gần) Vòng xoay này cũng cho biết bạn đang sử dụng tiêu cự nào Ví dụ, trên ống kính 70-200mm ở ảnh minh họa dưới đây, bạn có thể thấy tiêu cự đang được chỉnh ở mức 100mm.

Nếu bạn sử dụng ống fix (cố định), ống kính của bạn sẽ không có vòng xoay chọn tiêu cự Ống kính này sẽ chỉ hiển thị tiêu cự duy nhất, ví dụ như 85mm trong bức ảnh dưới đây

Ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh: Lens có tiêu cự càng lớn khả năng chụp càng xa, góc chụp càng hẹp

Tiêu cự 14mm – góc chụp 114 độ Tiêu cự 132 mm – góc chụp 18 độ Tiêu cự 414 mm – góc chụp 6 độ

Các hình ảnh chụp bằng ống kính Select lens tiêu cự 14 – 800mm, body Nikon 7500

I.4.2 Khẩu độ tối đa

Khẩu độ tối đa là mức tối đa mà cửa trập trên ống kính có thể mở tới Khẩu

độ được qui định bằng giá số f: giá số f càng nhỏ thì khẩu độ tối đa càng lớn Các khẩu độ lớn như f2.8 hay thậm chí lớn cỡ f1.8 thường được sử dụng vì chúng cho phép ánh sáng vào nhiều hơn, nhờ đó bạn có thể chụp trong điều kiện thiếu sáng tốt hơn mà không bị mờ

Minh họa: Thông số f càng lớn thì khẩu độ càng nhỏ

Khẩu độ tối đa trên các ống kính thường khác nhau Khẩu độ tối đa có thể được kí hiệu là một số duy nhất (ví dụ như trong ống kính bên trái trong hình dưới,hoặc được kí hiệu khoảng đầy đủ trong hình bên phải) Bạn có thể tìm thấy khẩu

độ ở cuối ống kính, hoặc trên vòng xoay bộ lọc, hoặc ở cả 2 vị trí này

Trong bức ảnh phía trên, ống fix 85mm ở phía dưới có khẩu độ tối đa được

kí hiệu là "1:1.8" Điều này có nghĩa rằng khẩu độ tối đa trên ống kính có tiêu cự không thay đổi này là f1.8

Trên ống kính Tamron 17-35mm ở bên phải, bạn có thể thấy khẩu độ được

kí hiệu là "1:2.8-4" Điều này có nghĩa rằng khi bạn xoay vòng zoom (thay đổi tiêucự), khẩu độ sẽ thay đổi từ f2.8 đến f4 Ở góc chụp rộng nhất 17mm, khẩu độ tối

đa có thể mở đến f2.8, song ở tiêu cự 35mm khẩu độ chỉ có thể đạt tới f4

Tương tự như vậy, với các mức tiêu cự khác nhau trên các loại ống 300mm và 18-200mm, khẩu độ tối đa với từng tiêu cự sẽ khác nhau

28- Hiệu ứng của khẩu độ:

- Kiểm soát ánh sáng: Khẩu càng lớn ảnh chụp sẽ càng sáng ( ảnh f1.8

sẽ sang hơn f5.6 )

- Độ sâu trường ảnh ( DOF/ Khoảng nét của các bức ảnh ):

Khẩu độ càng khép ảnh sẽ nét toàn bộ, khẩu càng mở ảnh chỉ nét ở chủ thể chính của bức ảnh ( Ảnh xóa phông )

I.4.3 Khoảng lấy nét

Một số ống kính có ghi chú khoảng lấy nét trên ống kính Thông thường, khoảng này được kí hiệu bởi cả 2 đơn vị foot (ft) và mét (m) Hãy tìm biểu tượng

có ghi số dương ở phía bên trái và biểu tượng vô cực (∞) ở phía bên phải.

Con số này sẽ cho biết khoảng cách tối thiểu mà ống kính có thể lấy nét Một vài ống kính khác có tùy chọn MACRO cho phép bạn chụp gần hơn nữa, songthực ra đây không phải là chụp macro thực sự, do đó bạn sẽ không thể lấy nét ở khoảng cách quá gần Dù sao, tùy chọn này cũng là khá tiện dụng nếu bạn không muốn phải mang theo một ống kính macro rời

Trong hình trên, bạn có thể thấy ống kính Canon ở bên trái có ghi khoảng lấy nét ở phía dưới một lớp kính bọc, trong khi ống kính Tamron ở bên phải ghi khoảng lấy nét tối thiểu ngay trên thân ống Các con số sẽ được thay đổi khi bạn xoay vòng nét

Lưu ý rằng, trong nhiều trường hợp hãy tắt tính năng tự động lấy nét (AF) trước khi quay vòng nét, vì quay vòng lấy nét trong khi bật AF (Auto Focus) sẽ gây hư hại cho các linh kiện bên trong ống kính, trừ một số loại ống kính cho phép bạn vừa xoay vòng vừa lấy nét tự động mà không hư hại tới phần cơ điều khiển lấynét tự động bên trong lens

I.4.4 Đường kính ống kính/kích cỡ kính lọc

Trên ống kính, bạn có thể thấy kí hiệu phi (Φ) đứng cạnh một con số Biểu ) đứng cạnh một con số Biểu tượng này cho biết đường kính của mặt trước ống kính và cũng chính là kích cỡ

kính lọc phù hợp để kết hợp cùng ống kính Bạn có thể thấy biểu tượng này ở cả bên dưới nắp đậy ống kính Khi cần mua kính lọc, bạn sẽ biết được chính xác đường kính cần chọn là bao nhiêu.

I.4.5 Vòng xoay khẩu độ

Đây là một tính năng không có mặt nhiều trên các mẫu ống kính máy ảnh số hiện đại, do hiện nay khẩu độ chủ yếu do thân máy điều chỉnh (người dùng sẽ chọnkhẩu độ trên bảng điều khiển của thân máy) Vòng xoay khẩu độ là một tính năng phổ biến từ thời máy ảnh phim lấy nét bằng tay, do thân máy sẽ lựa chọn tốc độ đóng cửa trập và khẩu độ sẽ được đặt trên ống kính