ساختار دوربین های عکاسی دیجیتال

یکی از مواردی که لازم است در آموزش عکاسی (Photography Learning) فرا گرفته شود، آشنایی با ساختار و نحوه عملکرد دوربین عکاسی (Camera) است که اصلی‌ترین ابزار مورد استفاده در این هنر می باشد.

ساختمان دوربین عکاسی بطور ساده از یک اتاقک تاریک تشکیل می گردد که از یک سمت آن نوری که از صحنه مقابل بازتاب شده است به داخل آن وارد شده و پس از عبور از بخش های مختلف دوربین، نهایتا به سمت دیگر آن می رسد، یعنی جایی که یک سطح حساس به نور قرار گرفته است و تصویر صحنه مقابل دوربین بر روی آن تشکیل می گردد.
این صفحه حساس به نور در دوربین های قدیمی آنالوگ، عموما از یک فیلم نگاتیو حساس به نور تشکیل می شد که تصویر بر روی آن ثبت می گردید، ولی این صفحه در دوربین های دیجیتال از یک حسگر (سنسور) الکترونیکی تشکیل شده است و نوری که به آن برخورد می کند، طی یک فرایند الکترونیکی در داخل دوربین به یک فایل تصویری دیجیتال تبدیل شده و در حافظه دوربین ذخیره می گردد.

نمای ساده از ساختمان دوربین های عکاسی فیلمی (آنالوگ) و دیجیتال

دوربین های عکاسی دیجیتال انواع مختلفی دارند که در اکثر آنها مکانیسم اصلی ثبت عکس مشابه است. دوربین ها به لحاظ ساختاری از چند جزء اصلی تشکیل می شوند که تقریبا در همه انواع آنها مشترک است. بخش هایی که برای کنترل نور ورودی، تشکیل تصویر بر روی سنسور و در نهایت ثبت تصویر بکار می روند. اجزای اصلی شامل این موارد می باشند:

-بدنه یا تنه دوربین
-لنز (عدسی)
-دیافراگم
-شاتر
-سنسور (حسگر)
-پردازشگر الکترونیکی
-حافظه دیجیتال

هر یک از اجزا نقش خاصی را در فرایند ثبت عکس ایفا می نمایند. بدنه دوربین (Body) ، نگهدارنده اجزای مختلف آن است. از لنز برای فوکوس کردن نور بر روی صفحه کانونی دوربین (محل قرار گیری سنسور) استفاده می شود و با باز و بسته کردن روزنه دیافراگم و همچنین تغییر مدت زمان باز بودن شاتر، اندازه و نحوه تابیدن نور مورد نظر به سنسور مشخص می شود. نور دریافت شده از طریق سنسور به پردازشگر الکترونیکی دوربین منتقل شده و تصویر دیجیتال ساخته می شود. تصویر مذکور در یک حافظه دیجیتالی که عموما به صورت یک کارت حافظه در دوربین قرار داده می شود، ثبت می گردد.

اجزای اصلی در ساختار دوربین های عکاسی دیجیتال

بدنه یا تنه دوربین (Body)
همه دوربین ها از یک بدنه اصلی تشکیل شده اند که عناصر مختلف دوربین در داخل آن و بر روی آن قرار گرفته است. بر اساس نوع دوربین عکاسی و کاربرد های آن، این بدنه به اشکال مختلفی ساخته می شود.
در برخی دوربین ها همچون انواع دوربین های تک لنز انعکاسی (DSLR) و دوربین های بدون آیینه (Mirrorless)، قابلیت تعویض لنز وجود دارد و می توان لنزهای مختلف را بر روی بدنه دوربین متصل نمود.

نمونه ایی از بدنه دوربین های عکاسی در چند مدل مختلف

سنسور یا حسگر (Sensor)
سنسور دوربین بخشی از آن است که نور در نهایت به آن برخورد می کند و نور دریافت شده را به بخش پردازشگر دوربین هدایت می نماید. در دوربین های مختلف ممکن است نوع سنسور و اندازه آن متفاوت باشد.
سنسور به بخش های خیلی کوچکی تقسیم می شود که به هر واحد از آنها یک فوتوسل (Photocell) (معادل پیکسل ) می گویند. هر سنسور از چندین میلیون فوتوسل تشکیل شده است که هر کدام از آنها یک واحد حساس به نور است که فوتون های نوری را که به آن برخورد می کند را جمع کرده و به امواج الکتریکی تبدیل می نماید.
در پایان نوردهی و با توجه به سیگنال های دریافتی از فوتوسل ها، نور دریافت شده، توسط سیستم الکترونیکی پردازشگر دوربین ارزیابی شده و پس از پردازش اطلاعات، تصویر به صورت یک فایل الکترونیکی در حافظه دوربین ذخیره می گردد.
هر چه تعداد فوتوسل ها در سطح سنسور بیشتر باشند، جزئیات و کیفیت تصویر بالاتر می رود. البته این موضوع به اندازه (سایز) سنسور نیز بستگی دارد بطوریکه در یک سنسور با مساحت ثابت با افزایش تعداد فوتوسل ها تا میزان مشخصی می تواند به افزایش کیفیت تصویر منجر گردد و از میزان خاصی به بعد، افزایش تعداد فوتوسل ها منجر به کاهش کیفیت تصویر نهایی خواهد شد. به دلیل اینکه در این شرایط اندازه فوتوسل ها خیلی کوچک شده و ظرفیت دریافت نور  توسط آنها کم می شود.
میزان حساسیت سنسور به نور در اکثر دوربین های دیجیتال قابل تغییر است و می توان با افزایش حساسیت سنسور، امکان عکاسی در نور کم را ایجاد نمود. البته هر چه حساسیت سنسور افزایش یابد، از کیفیت تصویر ثبت شده در دوربین کاسته خواهد شد.
میزان حساسیت سنسور را با عدد ISO نمایش می دهند. با افزایش ISO در دوربین عکاسی، میزان نوری که به سنسور برخورد می کند توسط سیستم دیجیتال دوربین بیشتر تقویت می شود و در هنگام ثبت به صورت نور تقویت شده درک می گردد.
برای مطالعه بیشتر می توانید به مقاله "نحوه کارکرد حسگر (سنسور) در دوربین های عکاسی دیجیتال" در همین وب سایت مراجعه نمایید.

سنسور از واحدهای خیلی کوچکی به نام فوتوسل (Photocell) تشکیل شده است.

شاتر (Shutter)
در دوربین های عکاسی، شاتر (Shutter) شبیه به پرده ای می باشد که در جلوی سنسور قرار گرفته است و تا زمانی که دکمه دوربین (دکمه شاتر) را برای گرفتن عکس، فشار ندهیم این پرده بسته باقی می ماند. با فشردن دکمه شاتر، پرده شاتر باز شده و اجازه می دهد برای لحظه ای خیلی کوتاه، نوری که از داخل لنز وارد دوربین شده است به سنسور برخورد کند و تصویر بر روی سنسور تشکیل شود.

برخورد نور به سنسور دروضعیتی که شاتر باز است.

شاتر در دوربین های مختلف به شکل های مختلف ساخته شده است. دو نوع از شایعترین انواع آنها که در دوربین های عکاسی دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد را در شکل زیر ملاحظه می فرمایید.

دو نوع از شاتر هایی که در دوربین های عکاسی دیجیتال بکار می روند.

بر اساس اینکه پرده شاتر با چه سرعتی باز و بسته شود، میزان نوردهی به سنسور نیز تغییر خواهد کرد. هر چه سرعت بسته شدن آن بیشتر باشد، نور کمتری از آن عبور می کند و هر چه سرعت آن کمتر باشد، مدت زمانی که دریچه شاتر باز می ماند بیشتر شده و بنابراین نور بیشتری به سنسور برخورد می نماید و تصویر تشکیل شده روشن تر می شود.
در اصطلاح به سرعت شاتر، زمان نوردهی (Exposure Time) هم گفته می شود. سرعت شاتر را به صورت کسری از ثانیه نمایش می دهند. مثلا: 1/15 ثانیه یا 1/500 ثانیه.
اعداد شاتر (به عبارتی اندازه سرعت شاتر) در دوربین عکاسی قابل تغییر است، بطوریکه با تغییر آن به اندازه یک درجه نسبت به عدد قبلی یا بعدی خود، سرعت شاتر نیز دو برابر یا نصف می شود. همچنین میزان عبور نور از دریچه شاتر با سرعت بسته شدن آن نسبت عکس دارد به این صورت است که با کاهش یک درجه سرعت شاتر، میزان عبور نور دو برابر می شود. همینطور برعکس، با افزایش یک درجه سرعت شاتر، میزان عبور نور نصف می گردد.
برای مطالعه بیشتر در خصوص عملکرد شاتر و تاثیر آن بر نوردهی تصویر می توانید به مقاله " اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 2 – سرعت شاتر " در همین وب سایت مراجعه نمایید.

نحوه عملکرد شاتر کرکره ای (Focal plane shutter)

دیافراگم (Diaphragm)
دیافراگم عبارت از یک ساختمان دریچه مانند است که در داخل بدنه لنز قرار گرفته و برای کنترل میزان نور ورودی به داخل لنز بکار می رود.
دیافراگم از تیغه های نازک فلزی ساخته شده است و با حرکت تیغه ها، اندازه روزنه ای که در داخل آن قرار دارد کوچک و بزرگ می شود. با تغییر اندازه روزنه دیافراگم (Aperture)، اندازه نور ورودی به دوربین تغییر می کند بطوریکه هر چه روزنه دیافراگم بزرگتری انتخاب کنید، نور بیشتری وارد دوربین می شود.

اندازه های مختلف روزنه دیافراگم (عدد f)

اندازه روزنه دیافراگم (Aperture) نشان دهنده قطر سوراخی است که در میـان دیافراگـم قرار گرفته است و اجازه می دهد نور به داخل محفظه دوربین وارد شود و با حرف لاتین f نمایش داده می شود.
اندازه های مختلف روزنه دیافراگم با اعداد مختلفی مشخص می شوند که به آنها عدد f می گویند. این اعداد که به صورت مخرجی از عدد یک تعریف شده اند، در همه لنزها استاندارد شده است به این معنی که یک عدد f خاص در لنزهای مختلف به یک میزان نور را عبور می دهد. 

در اعداد دیافراگم (f) که به صورت مخرجی از عدد یک می باشند، مقدار عدد مخرج کسر با اندازه قطر روزنه دیافراگم نسبت عکس دارد. به عبارتی هر چه مقدار مخرج عدد دیافراگم بزرگتر شود، اندازه قطر روزنه دیافراگم کوچکتر می شود و بالعکس. البته بطور معمول در محاوره، عدد روزنه دیافراگم به صورت عدد کسری بیان نمی شود و فقط عدد مخرج کسر ذکر می گردد، مثلا به جای اینکه بگویند روزنه دیافراگم 1:2.8 می گویند روزنه دیافراگم 2.8 .

برای مطالعه بیشتر در خصوص روزنه دیافراگم، اندازه ها و تاثیر آن بر نوردهی تصویر می توانید به مقاله " اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 3 – اندازه روزنه دیافراگم" در همین وب سایت مراجعه نمایید.

لنز یا عدسی دوربین (Lens)
لنز یا عدسی از اجزای اصلی دوربین عکاسی است و باعث می شود تصویری با وضوح مناسب بر روی سنسور تشکیل گردد. لنز دوربین معمولا از تعدادی عدسی ساده تشکیل شده است که در ترکیب با یکدیگر عمل می کنند. استفاده از لنزهای ترکیبی به این منظور است که حتی الامکان از خطاهای نوری ایجاد شده توسط عدسی ها کاسته شده و کیفیت تصویر افزایش یابد.
انواع مختلفی از لنزها در دوربین های عکاسی دیجیتال استفاده می شود. عمدتا لنزها را بر اساس فاصله کانونی (Focal Length) آنها طبقه بندی می کنند.
پرتوهای نور که از دوردست (فاصله بینهایت) وارد لنز می شوند، در نقطه ای به نام مرکز اپتیکی (Optical Center) به هم می رسند و پس از اینکه یکدیگر راقطع نمودند در ادامه مسیر به سطح سنسور برخورد می نمایند. در این حالت وقتی که لنز دوربین در بینهایت فوکوس شده است، فاصله کانونی تعریف می شود و آن عبارت است از فاصله مرکز اپتیکی لنز تا سنسور دوربین.

نمایش مرکز اپتیکی(Optical Center) و فاصله کانونی لنز (Focal Length)

فاصله کانونی لنز با واحد میلیمتر (mm) مشخص می گردد.
در دوربین هایی که اندازه سنسور آنها برابر با فیلم های 35 میلیمتری است و دوربین های تمام کادر (Full frame) خوانده می شوند، اگر فاصله کانونی لنز مورد استفاده 50mm باشد، تقریبا زاویه دید دوربین معادل با زاویه دید چشم انسان خواهد بود. به این علت به لنزهای با فاصله کانونی 50mm ، لنز نرمال نیز می گویند.
هر چه فاصله کانونی لنز کمتر باشد، زاویه دید آن بیشتر می شود و هر چه این فاصله بلندتر باشد، زاویه دید لنز کوچکتر خواهد بود. لنزهای با فاصله کانونی 35mm و کمتر را به عنوان لنزهای زاویه باز (Wide angle) یا به اختصار واید می گویند و به لنزهای با فاصله کانونی بیشتر از 70mm ، لنزهای زاویه بسته یا تله فوتو (Telephoto) گفته می شود.

مقایسه زاویه دید در انواع لنزهای نرمال (Normal)، واید (Wide angle) و تله (Telephoto)

به لنزهایی که دارای یک فاصله کانونی ثابت می باشند لنز های تک کانونی یا پرایم (Prime) می گویند. لنزهایی که فاصله کانونی در آنها قابل تغییر است به عنوان لنز های زوم (Zoom) خوانده می شوند.
همچنین انواع مختلف دیگری از لنزها وجود دارد که برای کارهای ویژه ای طراحی و ساخته شده اند. مثلا برای عکاسی معماری، عکاسی از اجسام خیلی کوچک و غیره.
در دوربین هایی که قابلیت تعویض لنز دارند مثل دوربین های تک لنز انعکاسی (DSLR) و دوربین های بدون آیینه (Mirrorless) می توان لنزهای مختلف را بکار برد.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص لنزها و اصطلاحات مربوطه، می توانید به مقاله "انواع لنزها و طبقه بندی آنها" در همین وب سایت مراجعه نمایید.

چند نمونه از لنزهای تک کانونی (Prime) و زوم (Zoom)

منظره یاب (Viewfinder)

در دوربین های عکاسی بخشی به نام منظره یاب (Viewfinder) وجود دارد که قبل از ثبت عکس می توان از داخل آن صحنه مقابل دوربین را مشاهده نمود و کادر مورد نظر را تنظیم کرد. گاهی اوقات و خصوصا توسط عکاسان قدیمی تر، به جای کلمه منظره یاب از کلمه ویزور استفاده می شود.

منظره یاب ها در دوربین های مختلف با یکدیگر تفاوت هایی دارند. در برخی از آنها، از طریق دریچه جداگانه ای در موازات لنز دوربین، صحنه مقابل دیده می شود. برخی منظره یاب ها نیز الکترونیکی بوده و تصویر صحنه را شبیه به یک مونیتور کوچک نمایش می دهند. 

اما در دوربین های تک لنز انعکاسی (DSLR)، منظره یاب تصویر صحنه را کاملا از داخل لنز نمایش می دهد. در این نوع دوربین ها در مسیر عبوری نور، پس از اینکه نور از لنز گذشت و قبل از اینکه نور بخواهد به پرده شاتر برسد، یک آینه قرار گرفته است که نور را به سمت بالا هدایت می کند. در آنجا یک منشور تعبیه شده است که مسیر نور را تغییر داده و به درون منظره یاب هدایت می کند. یعنی جاییکه چشم عکاس قرار دارد. بنابراین عکاس از میان لنز به سوژه نگاه می کند. 

در دوربین DSLR اگر برای ثبت عکس، دکمه شاتر را فشار دهید، ابتدا آینه به سمت بالا رفته و راه عبور نور به طرف شاتر را باز می کند. سپس با باز شدن شاتر، نور به سنسور برخورد کرده و به ثبت عکس می انجامد.
بنابراین در این نوع دوربین ها، عکاس دقیقا همان چیزی را می بیند که در صورت گرفتن عکس در دوربین ثبت می شود.

نمای ساده از ساختمان دوربین های عکاسی تک لنز انعکاسی (DSLR)

عملکرد آینه در دوربین های عکاسی تک لنز انعکاسی (DSLR) و نحوه هدایت نور

سایر اجزای دوربین
در ساختار دوربین های عکاسی دیجیتال علاوه بر مواردی که در بالا بطور مختصر شرح داده شد، اجزاء و عناصر دیگری نیز وجود دارد که در عملکرد دوربین و طرز استفاده از آن نقش دارند.
مواردی همچون سیستم اتوفوکوس، سیستم های تنظیم دیجیتالی رنگ و کنتراست تصویر، پردازشگر الکترونیکی و همچنین سایر عناصر موجود در دوربین مثل صفحه نمایشگر (Monitor)، دکمه های تنظیم، کارت حافظه، باتری و فلاش از جمله این موارد می باشند که بطور جداگانه در مقالات دیگری شرح داده خواهند شد.

نمایش اجزای الکترونیکی و اپتیکال یک نمونه دوربین DSLR و یک نمونه دوربین کامپکت ساخت شرکت Canon

تنوع ساخت دوربین ها و امکاناتی که برای مدل های مختلف آنها تعبیه شده است موجب گشته که گاهی عکاسان تازه کار برای انتخاب دوربین مناسب دچار مشکل شوند.
بنابراین کسانی که قصد دارند از دوربین های عکاسی دیجیتال استفاده کنند لازم است از ساختار تشکیل دهنده و نحوه کارکرد آنها اطلاع کافی داشته باشند و تفاوت های موجود در انواع مختلف دوربین ها را بشناسند. از این طریق می توانند در انتخاب دوربین مناسب با نوع عکاسی مورد نظر خود، تصمیمات بهتری اتخاذ نمایند.
البته توصیه می شود قبل از تهیه دوربین عکاسی، حتما از افراد با تجربه و پیشکسوت در حوزه عکاسی مشورت بگیرید و از تجربیات و دانش آنها استفاده کنید.
برای آشنایی با انواع دوربین های عکاسی دیجیتال می توانید به مقاله "دوربین های عکاسی دیجیتال و انواع آنها" در همین وب سایت مراجعه نمایید.

چند نمونه دوربین عکاسی دیجیتال

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
گردآوری و تألیف: امیر دولتیاری
 تاریخ نگارش/آخرین ویرایش: 1398/7/28
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مراجع:

1_Efthimia Bilissi, Michael Langford (2007). Langford's Advanced Photography, 7th Ed. Focal Press, England.(ترجمه فارسی: عکاسی پیشرفته، رضا نبوی، دانشگاه هنر، 1391)

2_Ben Long (2002). Complete Digital Photography, 2th Ed. Charles River Media, England.
(ترجمه فارسی: به سوی دروازه های عکاسی دیجیتال، رحیم دانایی، نشر ارسباران، 1388)
3_Tom Harris (2016). How Cameras Work, Retrieve from http://electronics.howstuffworks.com on Jul 26
4_Jim Harmer (2016). Photo Basics _1: Introduction and Exposure, Retrieve from http://improvephotography.com on Jul 26.
5_Cambridge in Colour (2017). Understanding Camera Lenses. Retrieve from www.cambridgeincolour.com on Jul 28.
6_Chris Woodford (2017). Digital cameras, Retrieve from www.explainthatstuff.com on Jul 28.

مقالات مرتبط:

 - دوربین های عکاسی دیجیتال و انواع آنها

 - انواع لنزها و طبقه بندی آنها

 - اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش1- مثلث نوردهی

- اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 2 – سرعت شاتر

 - اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 3 – اندازه روزنه دیافراگم

 - اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 4 – حساسیت سنسور (ISO)

 - نحوه کارکرد سنسور در دوربین های عکاسی دیجیتال

 - نورسنجی و حالت های نوردهی در دوربین های عکاسی

- نکات عملی برای یادگیری عکاسی

- تعویض لنز در دوربین های عکاسی