فلاش الكاميرا هو الوسيلة الوحيدة التي تمكن الكاميرا من التصوير بوضوح في الأماكن المغلقة بدون الحاجة إلى زيادة زمن التعريض. ومع تطور الكاميرا ودخولها في عالم الرقميات إلا أن الفلاش مازال مصاحباً لكافة أنواع الكاميرات. وكما تعلم عزيزي القارئ إن الكاميرا تقوم بأخذ كمية كبيرة من الضوء لتكون الصورة على الفيلم. ولكن في الأماكن المغلقة تكون الإضاءة غير كافية لتكوين صورة واضحة على الفيلم فالحل في هذه الحالة هو زيادة زمن تعريض الفيلم للضوء أي بزيادة زمن بقاء فتحة العدسة مفتوحاً، ليتعرض الفيلم للضوء لفترة زمنية اكبر يعوض النقص في شدته. ولكن هذا الحل لا يكون مناسباً في الكثير من الحالات خاصة إذا كان الجسم متحركاً فتظهر الصورة مشوشة وغير واضحة المعالم.
الفلاش هو الحل حيث يقوم الفلاش بإصدار نبضة من الضوء في فترة زمنية قصيرة عند الضغط على زر الكاميرا لفتح غالق العدسة واخذ الصورة، وهذه النبضة القوية من الضوء تعمل على توفير الكمية الكافية من الضوء في اللحظة المناسبة لالتقاط الصورة.
في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل الفلاش وكيف يتم التحكم في تزامنه مع عمل الكاميرا وما هي الدائرة الإلكترونية التي تقوم بهذه المهمة.
إنتاج الفلاش
الفلاش المستخدم في اغلب الكاميرات مكون من ثلاثة أجزاء رئيسية هي على النحو التالي:
(1) بطارية صغيرة تقوم بتزويد الفلاش بالطاقة الكهربية.
(2) أنبوبة تفريغ كهربي والتي تقوم بإنتاج ضوء الفلاش.
(3) دائرة كهربية تقوم بتوصيل الطاقة الكهربية إلى أنبوبة التفريغ الكهربي.
تقوم البطارية بتزويد نظام الفلاش بالتيار الكهربي اللازم لتشغيل الدائرة الكهربية وتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل أنبوبة التفريغ الكهربي لإصدار الضوء. وأنبوبة التفريغ الكهربي تشبه أنابيب ضوء الفلوريسنت المستخدمة في إنارة المنازل والتي تعرف باسم أنابيب النيون. وتحتوي أنبوبة التفريغ الكهربي من أنبوبة مملوءة بغاز الزينون Xenon، ويوجد على كل طرف من طرفي الأنبوبة إلكترود electrode.
أبنوبة التفريغ الكهربي المستخدمة في فلاش الكاميرا، لاحظ إنها تشبه أنبوبة النيون.
تثبت أنبوبة التفريغ في المكان المخصص لها أمام شريحة معدنية تسمى trigger plate.
الشريحة المعدنية trigger plate مخبأة بواسطة مادة عاكسة لتقوم بتوجيه الضوء بالكامل إلى الأمام.
الفكرة الأساسية للعمل هي توجيه التيار الكهربي عبر الغاز في أنبوبة التفريغ الكهربي، من إلكترود إلى الإلكترود الآخر. وبمرور الالكترونات بين طرفي الإلكترودين تقوم هذه الالكترونات بإثارة ذرات غاز الزينون، وتتخلص ذرات الزينون من هذه الإثارة عن طريق إصدار الضوء المرئي.
من المعلوم انه في الحالة العادية تكون الالكترونات مرتبطة في ذرات الغاز مما لا يتوفر الكترونات حرة وهذا يعني انه لا يوجد في هذه الحالة ايونات أو أجسام تحمل شحنة كهربية. ولجعل الغاز موصلا للتيار الكهربي يجب أن نزود الغاز بالالكترونات الحرة من خلال التيار الكهربي الصادر عن البطارية والمار إلى الغاز عبر الكترودات التوصيل.
شكل آخر من أشكال أنبوبة التفريغ الكهربي المستخدمة في الفلاش، وهي على شكل منحني والشريحة المعدنية ملصقة على جدار أنبوبة التفريغ.
ولتوضيح الدور الذي تقوم به الشريحة المعدنية trigger دعنا نتخيل لو إننا قمنا بتوصيل هذه الشريحة بجهد كهربي موجب. فإنها سوف تقوم بعملية جذب كهربي للشحنات السالبة والتي هي الالكترونات في الذرات. فإذا كانت قوة الجذب هذه كبيرة فإنها سوف تقوم بسحب الالكترونات الذرات. هذه العملية تسمى التأين ionization.
الالكترونات الحرة السالبة الشحنة سوف تتحرك في اتجاه الإلكترود المتصل بالقطب الموجب للبطارية وتبتعد عن الإلكترود المتصل بالقطب السالب للبطارية. وأثناء حركة الالكترونات فإنها سوف تتصادم مع ذرات أخرى تسبب لها المزيد من تأين لذرات الغاز الموجود في الأنبوبة. هذه الالكترونات المتسارعة سوف تقوم بالتصادم مع ذرات غاز الزينون وتثيرها مما تسبب في إصدار الضوء.
ولانجاز هذه الخطوة فإننا سوف نحتاج إلى فرق جهد كهربي عالي يصل إلى 200 فولت بين الإلكترودين ونحتاج إلى 1000 فولت لتزويد أنبوبة التفريغ بالالكترونات الحرة لجعل الغاز موصل للكهرباء.
وحيث إن البطارية المستخدمة في الكاميرا هي من النوع 1.5 فولت فان الفلاش يحتاج إلى دائرة كهربية تقوم بتكبير الجهد الكهربي وهذا ما سنقوم بتوضيحه في القسم التالي من المقال.
التضخيم
في الجزء السابق من المقال وجدنا إننا بحاجة إلى دائرة كهربية للفلاش تقوم بتحويل فرق جهد البطارية المنخفض إلى فرق جهد مرتفع لنحصل على ضوء من أنبوبة الزينون (أنبوبة التفريغ الكهربي). في الحقيقة هناك أكثر من طريقة لترتيب الدائرة الكهربية الخاصة بهذا العمل ولكن جميع هذه الدوائر الكهربية تحتوي على نفس العناصر الالكترونية المستخدمة وهي على النحو التالي:
(1) المكثفات capacitors وهي قطعة الكترونية تقوم بتخزين الطاقة الكهربية بين لوحي المكثف في صورة مجال كهربي.
(2) الملفات inductors وهي عبارة عن ملف من سلك تخزن الطاقة من خلال توليد مجال مغناطيسي.
(3) الدايود diodes وهي قطعة الكترونية من مادة شبه موصلة تقوم بتمرير التيار الكهربي في اتجاه واحد فقط.
(4) الترانزيستور transistor وهي قطعة إلكترونية من مادة شبه موصلة تعمل كمفاتيح تحكم في الدائرة وكذلك تقوم بعمل المكبر للجهد الكهربي.
في الشكل التوضيحي التالي مخطط للدائرة الكهربية المستخدمة في الفلاش وموضح عليها العناصر الكهربية المستخدمة.
قد تبدو الدائرة الكهربية مقعدة بعض الشيء ولكن إذا ما قمنا بتجزئتها إلى أجزاء حسب وظيفة كل جزء في الدائرة ستصبح الدائرة أوضح وابسط.
لنبدأ بالجزء الأهم في الدائرة وهو المحول transformer والذي يقوم برفع قيمة الجهد الكهربي، ويتكون المحول من ملفين قريبين من بعضهما البعض كما في الشكل الموضح أدناه.
من المعلوم أيضا من المبادئ الأساسية للكهربية والمغناطيسية انه إذا مر تيار كهربي فق ملف فان ذلك سوف يولد مجالاً كهربياً. وإذا كان التيار الكهربي تيار متردد فان المجال المغناطيسي أيضا سوف يكون متردد أي أن قطبية المجال المغناطيسي سوف تتبدل. وتعتمد فكرة عمل المحول على مرور التيار الكهربي خلال الملف الأول والذي يسمى الملف الابتدائي primary coil لمغنطة الملف الثاني والذي يسمى الملف الثانوي secondary coil يسبب المجال المغناطيسي الناتج عن الملف الابتدائي أن يتولد تيار كهربي في الملف الثانوي.
إذا ما قمنا بتغير حجم الملفين بالنسبة لبعضهما البعض كان نزيد عدد اللفات في احد الملفين فان هذا سوف يضخم فرق الجهد أو يقلله حسب النسبة بين عدد اللفات بين الملفين في المحول. ولجعل المحول رافعاً للجهد الكهربي وهذا هو الدور المطلوب من المحول في دائرة الفلاش، فان عدد لفات الملف الثانوي اكبر بكثير من عدد لفات الملف الرئيسي وهذا يجعل المجال المغناطيسي والجهد الكهربي كبيرا في الملف الثانوي من الملف الابتدائي. ولكن بالمقابل فان التيار الكهربي في الملف الثانوي سيكون اضعف من التيار الكهربي في الملف الابتدائي.
الجهد يرتفع بهذه الطريقة ولكن نحتاج إلى تيار متردد والبطارية المستخدمة هي تزودنا بتيار كهربي مستمر. وهذه مشكلة لان المجال المغناطيسي يتولد داخل الملف فقط في حالة تغير قيمة التيار الكهربي. وفي الجزء القادم من المقال سوف نوضح كيف يمكن التغلب على هذه المشكلة.
المتذبذب والمكثف
في الجزء السابق تبين لنا إن المحول الكهربي يقوم برفع فرق الجهد الكهربي في الدائرة ولكن لكي يقوم المحول بعمله يلزمنا أن نحول التيار الكهربي المستمر الصادر عن البطارية إلى تيار متردد. ولعمل ذلك فإننا سوف نقوم بتجزئة التيار المستمر ليصبح في صورة نبضات من التيار المستمر لينتج مجالاً مغناطيسيا متغيرا في الملف.
الدائرة الكهربية التي تقوم بهذه الوظيفة تسمى المتذبذب oscillator. والأجزاء الرئيسية للمتذبذب هي الملف الابتدائي والملف الثانوي للمحول وملف إضافي يسمى ملف التغذية العكسية feedback coil وترانزيستور الذي يقوم بعمل مفتاح كهربي.
ماذا يحدث عند الضغط على مفتاح تشغيل الفلاش؟
عندما نضغط على مفتاح التشغيل فان ذلك سوف يغلق دائرة الشحن فتندفع نبضة من التيار الكهربي من البطارية عبر ملف التغذية العكسية feedback coil ومنها إلى مجمع base الترانزيستور. يمر التيار الكهربي من المجمع إلى الباعث emitter للترانزستور فيصبح موصلا للتيار الكهربي.
وبهذا تمر نبضة التيار الكهربي إلى الملف الابتدائي للمحول. فيحدث تغير في فرق الجهد على الملف الثانوي للمحول، والتي تحدث تغير في فرق الجهد لملف التغذية العكسية. هذا الجهد يمرر تيار كهربي في مرة أخرى لمجمع الترانزستور. وتتكرر هذه العملية مرات ومرات في صورة نبضات متقطعة تعمل على زيادة فرق الجهد في كل مرة على المحول. هذا التذبذب ينتج صوتاً نسمعه عند شحن الفلاش.
بعد ذلك يمر التيار الكهربي ذو فرق الجهد المرتفع عبر الدايود، الذي يعمل على تقويم التيار الكهربي في اتجاه واحد، مما يعيد التيار الكهربي المتذبذب إلى تيار كهربي مستمر.
المكثف المستخدم في فلاش الكاميرا
تقوم دائرة الفلاش بتخزين الطاقة الكهربية في صورة شحنات في المكثف. ويقوم المكثف بالاحتفاظ بالشحنة إلى أن يقوم المصور بالضغط على زر إغلاق الدائرة لأخذ الصورة.
حيث يكون طرفي المكثف متصلاً مع طرفي الإلكترود لأنبوبة التفريغ الكهربي طوال الوقت إلا أن غاز الزينون لا يكون موصلا للتيار الكهربي إلا إذا أصبح متأنيا.
وتتصل دائرة المكثف أيضا بأنبوبة تفريغ صغيرة بواسطة مقاومة كهربية. فعندما يصبح فرق الجهد على طرفي المكثف كافياً فان التيار الكهربي يمر عبر المقاومة مما يضئ أنبوبة التفريغ الصغيرة. وهذه الأنبوبة تعمل كمؤشر لجاهزية الفلاش عندما تضيء.
في الصورة أعلاه مكثف الفلاش وقد تم توصيله بمصدر للطاقة الكهربية لشحنه، فإذا ما تم توصيل طرفيه بواسطة قطعة معدنية كالتي في الشكل فان شرارة كهربية تنتقل نتيجة لانتقال الشحنة الكهربية من الطرف الموجب إلى الطرف السالب.
ما علاقة دائرة الفلاش بالكاميرا؟
يتم توصيل دائرة تشغيل الفلاش بدائرة التحكم في غالق عدسة الكاميرا. فعندما نقوم بأخذ الصورة، فإننا نغلق الدائرة الكهربية فنوصل المكثف بالملف الثانوي. فيقوم المحول برفع 200 فولت من التيار الكهربي ويستمر في تخزينه على طرفي المكثف لحين ما يصبح فرق الجهد على طرفي المكثف ما يقارب 4000 فولت. فتستخدم الشريحة المعدنية trigger plate هذا الجهد لتأين غاز الزينون لتجعله موصلا للتيار الكهربي. ويضيء الفلاش في نفس اللحظة التي يفتح فيها الغالق.
ومن الجدير ذكره انه تستخدم دوائر الكترونية أكثر تعقيداً من تلك التي قمنا بوصفها ولكن في النهاية فإنها تعمل بنفس المبدأ.
ملاحظة: قد نلاحظ في بعض استوديوهات التصوير مصابيح فلاش منفصلة عن الكاميرا المستخدمة في التصوير، وهذه الفلاشات تستخدم لتوفير إمكانيات أكثر للإضاءة للحصول على صور بجودة عالية. في هذه الحالة يعتبر فلاش الكاميرا الفلاش الرئيسي ويسمى master ومصابيح الفلاش المنفصلة تعتبر تابع slave ويتم تشغيلها من خلال مجس ضوئي.
وفي نهاية المقال نجد أن الفلاش تطبيق عملي للكثير من التقنيات الالكترونية تربط بين الكهربية والمغناطيسية من خلال المحول الكهربي والملف والمكثف الدايود والترانزيستور، ولفهم كيف يعمل الفلاش يجب على القارئ أن يكون ملما بفكرة عمل كل هذه الأجزاء والفيزياء التي يستخدمها.
ولمزيد من المعلومات حول فلاش الكاميرا وكيف يعمل يرجى زيارة المواقع التالية:
http://www.exo.net/~pauld/activities/camera_electronics.html
http://www.chem.helsinki.fi/~toomas/photo/flash-faq.html
