Rozkręcaj z LLotharem – Aparat cyfrowy

Zgodnie z zapowiedzią, dzisiejszy odcinek skupiać się będzie na tworze firmy Konica Minolta. Mający już niemal 10 lat Dimage Z5 ma 12-krotny optyczny zoom ze stabilizacją oraz matrycę 5 megapikseli. Myślę, że w środku będzie bardzo ciekawie!

Po odkręceniu dużej ilości małych śrub udało mi się zdjąć pierwszy panel. Na razie widać niewiele, ramkę ekranu LCD, który jak widać został wyprodukowany przez Casio. W dalszej części rozkręcania będzie jeszcze bardzo dużo tego typu gościnnych występów.

Krok kolejny – całe plecy już rozmontowane. Nadal nic specjalnie ciekawego – widać przyciski wlutowane bezpośrednio na obwód drukowany. Jest to stopień skomplikowania podobny do pilota od telewizora. Na razie rozkręcanie idzie mocno topornie – aparat nie został zaprojektowany z myślą o łatwym dostępie do środka, no ale po co by miał być.
Ekran i przyciski poszły precz. Pod spodem dalej sama elektronika. Wszystkie taśmy udaje się odpiąć bez ich zniszczenia. Co prawda nie planuję zmontowania wszystkiego znów do kupy, ale zawsze jest przyjemniej, jak obędzie się bez brutalnej siły, czy nożyczek.

Płyta główna  jest o tyle interesująca, że widać tutaj ile korporacji brało udział w tworzeniu tego aparatu. Wcześniej było już Casio, teraz dodatkowo jest tutaj NEC, Sanyo i Samsung. Tak samo jak z komputerem – podzespoły tworzą różni producenci.

Ale to elektronika. Jak ktoś będzie chciał się dowiedzieć, co robią poszczególne elementy wystarczy wpisać w Google jeden z numerów wydrukowanych na obudowie układu scalonego i można dostać całą specyfikację.

Dalej widać kolejne płytki drukowane. Jest ich w środku co najmniej 5, pełniących mniej lub bardziej zaawansowane funkcje.

Na kolejnym zdjęciu widać dwa ważne elementy. Po prawej jest duży, czarny kondensator. Przy rozkręcaniu aparatów fotograficznych warto zrobić takiemu dużemu kondensatorowi spięcie. Każdy aparat z lampą błyskową będzie jeden taki posiadać i jest w nim całkiem sporo energii i jeśli miałaby ona przejść przez palce, to można się nieźle poparzyć.

Ale dlaczego taki kondensator w aparacie jest potrzebny? Lampa błyskowa świeci około 1/1000 sekundy. Ile mocy pobiera? Można to obliczyć za pomocą danych z kondensatora. Działa on pod napięciem 330V i ma pojemność 180 mikrofaradów. Aby obliczyć energię należy podnieść napięcie do kwadratu, pomnożyć przez pojemność i podzielić przez dwa. Aby obliczyć moc wystarczy teraz podzielić wynik przez czas, w jakim kondensator ten będzie wyładowany – czyli 1/1000 sekundy trwania błysku.

Wynik to niecałe 30W. Czy baterie AA, jakim zasilany jest ten aparat mogą dostarczyć tyle mocy? Prawie. Alkaliczna bateria AA może być rozładowywana z prądem 2A. 4 sztuki o napięciu 1.5V dają 12 watów mocy. Dodatkowy problem jest taki, że rozładowywanie z taką prędkością nie służy baterii. Rozładowując prądem 0.1A uzyskamy z baterii nawet 3 razy więcej energii. Tylko wtedy moc spada do smutnych 600 miliwatów – dwa rzędy wielkości mniej, niż potrzebuje lampa błyskowa.

I dlatego właśnie używa się kondensatorów. Zamiast zmuszać baterie do tytanicznej pracy pobiera się z nich energię wolniej, ale dłużej.

 

 

Po lewej stronie widać jeden z najważniejszych elementów aparatu – matrycę. Przyznam, że byłem nieco zawiedziony jej rozmiarem – jest to raptem kilkanaście milimetrów szerokości. Mieści się tam jednak 5* milionów pikseli, gdzie każdy z nich może zmierzyć poziom światła w skali od 0 do 255. Jak dla mnie jest to niemal czarna magia. 5 milionów punktów pomiarowych na tym maleństwie!

Każdy pikseli moze miec 3 rozne filtry – dla koloru czerwonego, niebieskiego, zielonego i zielonego.

Jest to metoda opracowana przez Bryce’a Bayera dla firmy Kodak w 1976 roku. Zdecydował się on użyć podwójnych zielonych elementów, gdyż jest to bardziej zbliżone do budowy ludzkiego oka. W ludzkim oku luminacja (natężenie światła) odbierana jest przez czopki M i L, które reagują na właśnie światło zielone.

Dodatkową konsekwencją tego, że aparaty i kamery cyfrowe mają więcej sensorów koloru zielonego jest to, że technika filmowa zwana “blue box” obecnie najczęściej wykorzystuje tło koloru zielonego, wbrew swojej nazwie sugerującej kolor niebieski.

Matryca zamocowana była na mechanizmie stabilizacji obrazu. Niestety niewiele tutaj widać. Całość była zawieszona elastycznie na kilku sprężynach. Po lewej widać jeden magnes neodymowy który był elementem swego rodzaju silnika – mógł on wychylić nieco cały sensor, aby podążać za drganiami ręki. Dzięki temu zdjęcia są mniej rozmazane. W tym przypadku to cały sensor jest przemieszczany. W nowszej generacji stabilizacji optycznej to soczewki są wychylane.

Mechanizm stabilizacji obrazu po wymontowaniu z aparatu.

Z pustej już praktycznie skorupy aparatu mogę wymontować co najciekawsze – optykę. 12 krotny zoom optyczny z całkiem niezłą wielkością soczewki jest bardzo obiecującym elementem do rozkręcania.

To co widać  przypomina nieco Sony QX100, czyli doczepiany obiektyw do smartfona. Pokazuje to tak bardzo miniaturyzacja poszła do przodu, jeśli chodzi o elektronikę. Optyka niestety opiera się prawom fizyki dużo skuteczniej.

 

Szaleństwo kół zębatych. Obiektyw posiadać musi w tym przypadku dwa silniki. Jeden steruje zoomem oddalając i przybliżając soczewki, a drugi steruje soczewką odpowiadającą za ostrość obrazu – autofocus.

Przekładni jest całkiem sporo, ponieważ silniki elektryczne mają to do siebie, że bardzo łatwo i tanio można je skonstruować dla wysokich prędkości obrotowych i niskiego momentu. Tak więc potrzebne są koła zębate, aby spowolnić ruch generowany przez silnik i jednocześnie podnieść moment obrotowy, czyli niejako siłę silnika.

I mała dygresja na temat tego, czy w samochodzie liczy się moc, czy moment obrotowy. Krótka odpowiedź – liczy się to, ile energii i w jak krótkim czasie silnik może przekonwertować na energię kinetyczną samochodu, czyli wykres obroty-moc. Jeśli silnik ma 400 koni mechanicznych, jest to konkretna informacja. Jeśli silnik ma 400Nm momentu to nie mówi to nic, gdyż może to być silnik elektryczny z samochodu zabawki zasilany jedną baterią AA plus kilka zębatek. Pełen obrót wału – 3 miesiące, ale 400Nm momentu jest.

Optyka z boku. Zgodnie z przewidywaniami są dwa silniki elektryczne.

Po wymontowaniu silników mogę poruszać soczewkami. Jest to w dziwny sposób bardzo satysfakcjonujące.
Wymontowane soczewki pozwalają mi nieco się pobawić – ta soczewka daje efekt rybiego oka.

Inną soczewkę wykorzystuję aby sfotografować tzw przesłonę. Jest to element aparatu który pozwala uzyskać większy lub mniejszy zakres ostrości obrazu. Jeśli przesłona jest całkowicie otwarta to tylko te elementy, na które ustawiona jest ostrość, będą dobrze widoczne – elementy dalej i bliżej będą bardzo zamazane. Jeśli jednak przesłona będzie prawie zamknięta, to rozmycie będzie mniejsze.

Mechanicznie jest to niezwykle ciekawe urządzenie. Składa się w tym przypadku z 5 zachodzących na siebie blaszek. Nie udało mi się niestety przesłony bardziej rozmontować. Miniaturyzacje tego elementu wymagała sporej ilości kleju i wcisku.

Kolejne ruchome elementy optyki, po demontażu. Elementy mocowania wykonane są ze stopu miedzi, aby zapewnić lepszy poślizg po stalowych wałkach.

I to już wszystko. Mam nadzieję, że ten odcinek pozwoli Wam bardziej docenić skomplikowanie aparatu cyfrowego. Stopień skomplikowania tego urządzenia był większy niż się spodziewałem, a przez to dostarczył mi dużo radości.

W następnym odcinku rozmontuję jeden z najbardziej irytujących peryferiów komputerowych…

O najnowszym odcinku możesz podyskutować na Forum.

 * – wcześniejsza wersja pisała o 20 milionach sub-pikseli, co było błędem.