กล้องถ่ายภาพ

หลักการทำงานของกล้องถ่ายภาพ

หลักการทำงานพื้นฐานของกล้องถ่ายภาพคือการที่แสงสะท้อนจากวัตถุ เดินทางเป็นเส้นตรงผ่านช่องเล็กๆของกล่องสี่เหลี่ยม เกิดภาพของวัตถุบนฉากรองรับด้านตรงข้ามเป็นภาพหัวกลับ อันเป็นหลักการของการสร้างกล้องรูเข็มในสมัยโบราน กล้องถ่ายภาพได้พัฒนามาโดยลำดับเช่น มีการนำเอาเลนส์นูนไปติดตั้งที่ช่องรับแสงที่มีขนาดเล็ก เพื่อช่วยรวมแสงให้เข้าไปในตัวกล้องให้มากขึ้น ทางด้านตรงกันข้ามของเลนส์เป็นตำแหน่งที่ตั้งวัสดุไวแสงหรือฟิลม์ สามารถปรับตัวเลนส์เพื่อให้เกิดภาพที่ชัดเจนบนฟิล์มได้ มีการติดตั้งไดอะแฟรมปรับให้เกิดช่องรับแสงขนาดต่างๆ รวมทั้งมีส่วนที่เรียกว่าชัตเตอร์ ทำหน้าที่ควบคุมเวลาในการเปิด-ปิดม่าน เพื่อให้ปริมาณแสงตกกระทบกับฟิล์มตามความเหมาะสม และยังมีช่องเล็งภาพเพื่อช่วยในการจัดองค์ประกอบของภาพถ่ายให้เกิดความสวยงาม กล้องถ่ายภาพในปัจจุบัน มีการประดิษฐ์รูปแบบให้มีลักษณะภายนอกและกลไกภายใน ให้มีส่วนอำนวยความสะดวกแก่ผู้ถ่ายภาพมากยิ่งขึ้น มีกล้องถ่ายภาพทั้งระบบปรับธรรมดา ระบบกึ่งอัตโนมัติ และระบบอัตโนมัติ

ดวงตามนุษย์กับกล้องถ่ายภาพ ส่วนประกอบและการทำงาน ของดวงตามนุษย์กับกล้องถ่ายภาพจะมีลักษณะคล้ายคลึงกันโดยมีส่วนสำคัญแบ่งได้เป็น 2 ส่วนคือ
๑.	ส่วนที่ทำให้เกิดภาพ ทั้งดวงตาและกล้องถ่ายภาพจะมีส่วนที่เป็นเลนส์ ในดวงตาของมนุษย์ ก่อนที่แสงจะตกกระทบเลนส์ ต้องผ่านชั้นของเยื่อโปร่งใสเรียกว่าคอร์เนีย(Cornea) ทำหน้าที่ช่วยเลนส์ในการหักเหแสงให้ภาพตกลงบนจอตาพอดี เลนส์ของกล้องถ่ายภาพ มีระบบกลไกเปิด-ปิด ให้แสงผ่านเข้าไปยังฉากหลังควบคุมเวลาด้วยชัตเตอร์(Shutter) ส่วนดวงตาควบคุมด้วยหนังตา(Eyelid) ในส่วนหนึ่งของเลนส์ถ่ายภาพจะมีไดอะเฟรม(Diaphragm) สามารถปรับให้เกิดช่องรับแสง(Aperture) ของขนาดต่างๆ เช่นเดียวกับดวงตาจะมีส่วนที่เรียกว่าม่านตา(Iris) ซึ่งจะมีสีต่างๆ แล้วแต่เชื้อชาติ เช่นสีดำ สีฟ้า สีน้ำตาลเป็นต้น ตรงกลางของม่านตาจะมีช่องกลมเรียกรูม่านตาหรือพิวพิล(Pupil) เป็นทางให้แสงผ่าน สามารถปรับให้มีขนาดต่างฟกันโดยอัตโนมัติ เช่นในที่ๆมีแสงสว่างมากรูม่านตาจะปรับให้มีขนาดเล็ก ส่วนในที่ๆมีแสงสลัวๆ รูม่านตาจะปรับให้มีขนาดกว้างขึ้น
๒.	ส่วนที่ไวแสง ได้แก่ส่วนที่เป็นฉากหลังในกล้องถ่ายภาพจะเป็นตำแหน่งที่ตั้งวัสถุไวแสง ได้แก่ฟิล์ม ส่วนในดวงตาได้แก่จอตาเป็นฉากรับภาพ เรียกว่า เรตินา(Ratina) ประกอบด้วยดส้นประสาทไวต่อแสงและเชื่อมโยงไปยังส่วนที่ทำหน้าที่ในการรับความรู้สึกเกี่ยวกับการมองเห็นทำให้ทราบถึงรูปร่าง ขนาด ลักษณะของพื้นผิว

เลนส์(Lens)

เลนส์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกล้องถ่ายภาพ เป็นวัสดุโปร่งใส ทำด้วยแก้วหรือพลาสติค ทำหน้าที่หักเหแสงสะท้อนจากวัตถุ เกิดภาพจริงหัวกลับบนระนาบของฟิล์ม เลนส์ของกล้องถ่ายภาพอาจเป็นเลนส์นูนอันเดียว หรือเป็นชุดของเลนส์ย่อยๆ หลายๆ อันประแอบกันก็ได้ เพื่อให้สามารถปรับการถ่ายภาพได้หลายรูปแบบ แก้วหรือพลาสติกทุกชิ้นที่ประกอบเข้าเป็นเลนส์ ต้องประดิษฐ์ด้วยความประณีต เพื่อให้มีคุณภาพในความคมชัด สามารถแก้ไขการผิดเพี้ยนของสี และการคลาดเคลื่อนของรูปทรงให้ถูกต้อง มีการฉาบน้ำยาเคลือบผิวที่เลนส์ เรียกว่า Coated เพื่อให้เลนส์มีคุณภาพในการรับแสงและช่วยลดแสงสะท้อนให้น้อยลง

ความยาวโฟกัสของเลนส์(Focal length)

เลนส์ของกล้องถ่ายภาพจะมีความยาวโฟกัส(Focal length) แตกต่างกัน คำว่า "ความยาวโฟกัสของเลนส์" หมายถึง Ãะยะทางจากจุดศูนย์กลางโฟกัสของเลนส์(Optical center of lens) ถึงระนาบโฟกัสของภาพหรือฟิล์ม เมื่อเลนส์ตั้งระยะความชัดไว้ไกลสุด(Infinity)" ความยาวโฟกัสของเลนส์มักเขียนบอกไว้ที่ของเลนส์ด้านหน้า เช่น F = 50 มม. , F = 35 มม. หรือ F = 28 มม. เป็นต้น ความยาวโฟกัสของเลนส์ที่แตกต่างกัน ¨Ðทำให้มุมในการรับภาพแตกต่างกันด้วย เช่น เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้น F = 28 มม. จะรับภาพได้เป็นมุมกว้างกว่าเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสยาว F =50 มม. เป็นต้น และนอกจากนั้น ความยาวโฟกัสของเลนส์ยังมีผลต่อช่วงความชัดของภาพ(Depth of field) àลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นจะให้ช่วงความชัดของภาพมากกว่าเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสยาว เช่น เลนส์เทเลโฟโต้ เป็นต้น

เลนส์ถ่ายภาพโดยทั่วไปแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภท ตามความยาวโฟกัสคือ

๑.

เลนส์ธรรมดาหรือเลนส์มาตรฐาน(Normal lens or Standard lens) การกำหนดความยาวโฟกัสของเลนส์มาตรฐานประจำกล้องแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกันเช่น กล้อง 35 มม. ที่ถอดเปลี่ยนเลนส์ไม่ได้ เลนส์จะมีความยาวโฟกัสประมาณ 38-45 มม. ส่วนกล้อง 35 มม. สะท้อนภาพเลนส์เดี่ยว(SLR) ที่ถอดเปลี่ยนเลนส์ได้ เลนส์มาตรฐานจะมีความยาวโฟกัสประมาณ 55-58 มม. ซึ่งมีมุมในการรับภาพประมาณ 53 องศา ซึ่งใกล้เคียงกับการมองเห็นของสายตาคนส่วนเลนส์มาตรฐานสำหรับกล้องที่ใช้ฟิล์มขนาด 120 จะมีความยาวโฟกัสระหว่าง 75 - 90 มม.

๒.

เลนส์มุมกว้าง(wide-angle lens) เลนส์มุมกว้างได้แก่เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นกว่าเลนส์มาตรฐาน เช่นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 35 มม. , 28 มม., 24 มม.,13 มม. เป็นต้น สามารถแบ่งย่อยออกไปได้อีกคือ
๒.๑	เลนส์มุมกว้างธรรมดา(Modurate Wide-angle) ได้แก่เลนส์ที่มีความยาวโฟกัส ระหว่าง 25-40 มม.
๒.๒	เลนส์มุมกว้างมาก รับภาพได้ตรง(Rectilinear super wide) ได้แก่เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสระหว่าง 15-24 มม.
๒.๓	เลนส์มุมกว้างมาก รับภาพบิดโค้ง(Semifish eye super wide) ได้แก่เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสระหว่าง 15-24 มม. แต่ภาพที่ได้จะบิดโค้ง
๒.๔	เลนส์มุมกว้างพิเศษ รับภาพได้โค้งกลม เช่นเลนส์ตาปลา (Fish eye lens) เป็นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นมาก เช่น 6 มม. หรือ 8 มม. เป็นต้น
เลนส์มุมกว้างเป็นเลนส์ที่เหมาะสำหรับการถ่ายภาพในสถานที่แคบๆ ซึ่งสามารถรับภาพได้กว้างลึก และกว้างไกล เก็บภาพต่างๆ ได้มากและจะได้ภาพที่มีช่วงความชัดมากกว่าเลนส์ชนิดอื่นๆ แต่สัดส่วนจะผิดเพี้ยน รูปทรงบิดเบี้ยวและโค้งงอ(Distortion) ยิ่งเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นมากๆ ความผิดเพี้ยนของภาพก็ยิ่งมีมาก เช่นเลนส์ตาปลา ความยาวโฟกัส 8 มม. หรือ 6 มม. ภาพที่ได้จะมีลักษณะเป็นวงกลม ภาพจะมีความบิดเบือนมาก ยกเว้นจุดตรงกลางภาพเท่านั้น

๓.

เลนส์ถ่ายไกล(Telephoto lens) เลนส์ถ่ายไกลเป็นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสยาวกว่าเลนส์มาตรฐาน เช่นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 135 มม. , 500 มม. , 1000 มม. , 2000 มม. เป็นต้น เลนส์ถ่ายไกลสามารถปรับโฟกัสภาพได้เพียงระยะห่างระยะหนึ่งจากฟิล์มเท่านั้นเป็นเลนส์ที่ประกอบด้วยกลุ่มของชิ้นเลนส์หลายกลุ่มจัดวางเรียงให้เลนส์นูนที่มีโฟกัสยาวอยู่ข้างหน้าเลนส์เว้าที่มีโฟกัสสั้น ทำให้ได้ภาพถ่ายที่มีขนาดใหญ่ขึ้น แม้ว่าวัตถุจะอยู่ห่างไกลมากก็ตาม เหมาะสำหรับผู้ที่ต้องการถ่ายวัตถุที่ไม่สามารถเข้าไปใกล้ๆได้ เช่น การถ่ายภาพสัตว์ในป่า ภาพกีฬาบางประเภท ภาพทิวทัศน์ไกลๆ เป็นต้น เลนส์ถ่ายไกลที่มีความยาวโฟกัสยาวมากจะมีมุมในการรับภาพแคบลง เช่น เลนส์ถ่ายไกล 500 มม. มีมุมในการรับภาพ 5 องศา และเลนส์ถ่ายไกล 1000 มม. มีมุมในการรับภาพเพียง 2.5 องศา เป็นต้น นอกจากมีมุมในการรับภาพแคบแล้ว เลนส์ถ่ายไกลยังมีระยะช่วงความชัดน้อยมากภาพจะดูตื้นแบนมีระยะหลังของภาพพร่ามัว เลนส์ถ่ายไกลสามรถแบ่งออกเป็นประเภทย่อยๆ ได้อีกคือ
๓.๑	เลนส์ถ่ายไกลระยะสั้น (Short telephoto) เป็นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสระหว่าง 80-135 มม.
๓.๒	เลนส์ถ่ายไกลระยะปานกลาง (Medium telephoto) เป็นเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสระหว่าง 150-250 มม.
๓.๓	เลนส์ถ่ายไกลระยะไกล (Long telephoto) มีความยาวโฟกัสระหว่าง 300-600 มม.
๓.๔	เลนส์ถ่ายไกลระยะไกลพิเศษ (Super long telephoto) มีความยาวโฟกัสระหว่าง 800-2000 มม.
นอกจากเลนส์ถ่ายภาพไกลโดยทั่วไปแล้วยังมีเลนส์อีกชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่สำหรับถ่ายไกลเช่นเดียวกัน คือ เลนส์กระจก (Mirror lens) มีความยาวโฟกัส 500 มม. หรืออาจสูงถึง 2000 มม. กระบอกเลนส์มีลักษณะสั้นและกว้าง ประกอบด้วยกระจกโค้ง 2 บาน สะท้อนแสงและขยายภาพผ่านแก้วเลนส์หลายชิ้น เลนส์ชนิดนี้มีเลข เอฟ (f/number) ตายตัวเพียง 1 เลขเอฟ จึงมีข้อจำกัดในการเลือกใช้ฟิล์มและการตั้งความเร็วชัตเตอร์ ราคาก็ค่อนข้างแพง แค่ก็มีข้อดีในเรื่องรูปร่างกระทัดรัด มีความยาวโฟกัสยาวมาก และให้ภาพที่มีความคมชัด การถ่ายไกลนอกจากใช้เลนส์ทั้ง 2 ชนิดดังกล่าวมาแล้วอาจใช้เทเลพลัส (Teleplus) หรือเทเลคอนเวอเตอร์ (Teleconverter) สวมต่อ ระหว่างเลนส์มาตรฐานกับกล้องถ่ายภาพจะสามารถเพิ่มความยาวโฟกัสของเลนส์เป็น 1.4 เท่า หรือมากกว่า ซึ่งเทเลคอนเวอเตอร์ดังกล่าวจะมีขนาด 1.4X, 2X, 3X หรือ 4X เป็นอุปกรณ์ประกอบชนิดหนึ่งที่มีราคาค่อนข้างถูก กระทัดรัดแต่ข้อเสียคือจะตัดทอนแสง ลดความคมชัดลงไปบ้าง

๔.

เลนส์ซูม(Zoom lens) หมายถึงเลนส์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความยาวโฟกัสได้(Vari focal lens) ภาพที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเปลี่ยนแปลง เมื่อเปลี่ยนทางยาวโฟกัส กล่าวคือภาพจะมีขนาดเล็กสุด เมื่อทางยาวโฟกัสสั้นที่สุด เหมาะสำหรับใช้ถ่ายภาพที่ต้องการให้เห็นภาพกว้างๆ และในบางครั้งต้องการเน้นให้เห็นภาพเฉพาะ ความคมชัดของภาพถ่ายที่ใช้ความยาวโฟกัสยาว ปัจจุบันเลนส์ซูมแต่ละตัวจะมีความยาวโฟกัสต่างระยะกันประมาณ 2-6 เท่า เช่น เลนส์ซูมขนาด 43-86 มม., 70-250 มม., 85-300 มม. , 800-1200 มม. เป็นต้น

๕.

เลนส์ ถ่ายใกล้หรือเลนส์แมโคร (Macro lens) คำว่า “Macro” เป็นคำที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพวัตถุที่อยู่ใกล้เลนส์มากๆ (Close-up photography) เป็นเลนส์ที่สามรถถ่ายภาพโดยให้กล้องเข้าใกล้วัตถุที่ต้องการถ่ายได้เกิน 1- 1ฝ ฟุต สามารถปรับระยะชัดได้ ช่วยขยายวัตถุที่เล็กให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เลนส์ชนิดนี้บางทีก็เรียกชื่อว่า เลนส์ไมโคร (Micro lens) เลนส์แมโครความยาวโฟกัส 55 มม. ขยายภาพได้ 1:2 ส่วนเลนส์แมโคร 60 มม. ขยายภาพได้ 1:1 แต่ถ้าต้องการถ่ายภาพให้มีขนาดใหญ่กว่านี้ ก็อาจใช้ร่วมกับท่อต่อ (Extention tube) หรือ ส่วนพับยืด (Bellows) ภาพถ่ายก็จะมีกำลังขยายมากขึ้น

ความไวเลนส์ (Lens speed)
ความไวเลนส์ หมายถึง ความกว้างของขนาดช่องรับแสงของเลนส์แต่ละตัวเมื่อเปิดกว้างสุดซึ่งมีผลทำให้สามารถรับแสงขณะถ่ายภาพได้มากน้อย ช้าหรือเร็วแตกต่างกัน
ขนาดความกว้างสุดของช่องรับแสงของเลนส์แต่ละตัวจะมีตัวเลขบอกขนาดค่าของ f/value กำกับไว้ที่วงแหวนหน้าเลนส์ เช่น F/1.4, F/2.8 หรือ F/3.5 เป็นต้น

ค่าตัวเลข f/value
หมายถึงอัตราส่วนระหว่างทางยาวโฟกัสของเลนส์กับเส้นผ่าศูนย์กลางของขนาดช่องรับแสง f/value = ความยาวโฟกัสของเลนส์ (Focal length) / เส้นผ่าศูนย์กลางของขนาดช่องรับแสง (Diameter of aperture) เช่นเลนส์มาตรฐานมีความยาวโฟกัส 50 มม. มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของช่องรับแสงกว้างสุด 35 มม. จะมีตัวเลข f/value = 50/35 = 1.4 นั่นคือ ความไวเลนส์ = 1.4 เป็นต้น
เลนส์ที่มีขนาดใหญ่ จะเพิ่มค่าตัวหารทำให้ค่า f/value น้อยลง เช่น f=1.2 แสงที่จะเข้าไปในกล้องย่อมมีมากขึ้น เรียกได้ว่าเลนส์ตัวนั้นมีความไวเลนส์สูงตรงกันข้าม เลนส์ที่มีค่า f/value สูง เช่น f=2.8 แสงย่อมเข้าไปในกล้องได้น้อยกว่า เรียกว่า เลนส์มีความไวเลนส์ต่ำ

ไดอะเฟรม (Diaphragm)
ในตัวเลนส์ของกล้องถ่ายภาพ จะมีที่ควบคุมปริมาณของแสง ให้แสงผ่านเลนส์ไปยังฟิล์มได้มากหรือน้อย ตามความต้องการเรียกว่าไดอะแฟรม ซึ่งมีลักษณะเป็นผอ่นโลหะสีดำบางๆ หลายๆ แผ่นเรียงซ้อนกันเป็นกลีบ มีช่องตรงกลาง สามารถปรับให้กว้างหรือแคบได้ เรียกว่า ช่องรับแสง (Aperture)
การปรับขนาดช่องรับแสงให้หมุนวงแหวนที่ขอบนอกของเลนส์ ซึ่งจะมีตัวเลขแสดงค่าความกว้างหรือแคบ ได้แก่ 1.4, 2, 2.8 , 4 , 5.6 , 8 , 11 , 16 , 22 เป็นต้น เรียกตัวเลขเหล่านี้ว่า เลขเอฟ (f-number) หรือ เอฟสตอป (f-stop) ตัวเลขที่มีค่าน้อยเช่น 1.4 ช่องรับแสงจะเปิดกว้าง แสงผ่านเข้าไปได้มาก และตัวเลขที่มีค่ามาก เช่น 22 ช่องรับแสงจะเปิดแคบ แสงผ่านเข้าไปได้น้อย
การปรับค่าของตัวเลขเอฟจากตัวเลขตัวหนึ่งไปยังเลขเอฟอีกตัวหนึ่ง เช่น เมื่อลดสตอปจาก f/11 เป็น f/8 ปริมาณความเข้มของการส่องสว่างบนฟิล์มจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ของขนาดเอฟสตอปเดิมคือ f/11 เป็นต้น

ชัตเตอร์ (Shutter)
ชัตเตอร์หรือความเร็วชัตเตอร์ (Shutter speed) เป็นกลไกอัตโนมัติที่ใช้สำหรับเปิดและปิดทางที่แสงจะผ่านเข้าไปทำปฏิกิริยากับฟิล์มตามเวลาที่กำหนด ความเร็วในการเปิดและปิดชัตเตอร์คือเวลาที่ฉายแสง (Exposure time) นั่นเอง ซึ่งคิดเป็นเศษส่วนของวินาทีดังนี้ 1/1 , 1/2 , 1/4 , 1/8 , 1/15 , 1/30 , 1/60 , 1/125, 1/250 , 1/500 , 1/1000 , 1/2000 แต่ตัวเลขที่ปรากฏในวงแหวนที่ขอบนอกของเลนส์ จะบอกค่าความเร็วของชัตเตอร์ไว้เฉพาะตัวเลขที่เป็นส่วนคือ 1 , 2 , 4 , 8 , 16 , 30 , 60 , 125 , 250 , 500 , 1000 , 2000 ตัวเลขที่มีค่าน้อย ชัตเตอร์จะเปิดนานแสงจะเข้าไปในกล้องได้มาก ส่วนตัวเลขที่มีค่ามากชัตเตอร์จะเปิดแล้วปิดเร็ว แสงจะเข้าไปในกล้องได้น้อย เช่น ถ้าตั้งความเร็วชัตเตอร์ที่ 1 แสงจะเข้าไปในทำปฏิกิริยากับฟิล์มนาน 1 วินาที และถ้าตั้งที่ 250 ชัตเตอร์จะเปิดให้แสงผ่านเป็นเวลา 1/250 วินาที ซึ่งชัตเตอร์จะเปิดและปิดเร็วมาก สำหรับในกล้องถ่ายภาพแบบง่ายๆ ทั่วไปจะมีความเร็วชัตเตอร์กำหนดไว้เพียวระดับเดียวคือประมาณ 1/60 วินาที แต่ในกล้องถ่ายภาพที่มีราคาสูง จะมีความเร็วของชัตเตอร์ที่ปรับได้ตามตัวเลขที่กล่าวมาแล้ว
การตั้งความเร็วชัตเตอร์ จะต้องตั้งให้พอดีกับตัวเลขที่กำหนดความเร็วชัตเตอร์ การเพิ่มหรือลดความเร็วชัตเตอร์ ของตัวเลขที่อยู่ใกล้กันจะมีผลต่อการเพิ่มหรือลดความเร็วของขัตเตอร์เป็น 2 เท่าของกันและกัน เช่น จากความเร็วชัตเตอร์ 1/30 เป็น 1/15 ก็จะช้าลงเป็น 2 เท่าตัว