В фотографии затвор — это устройство, которое позволяет свету проходить в течение определенного периода, экспонируя фотопленку или светочувствительный цифровой датчик для получения постоянного изображения сцены. Затвор также может использоваться для пропускания импульсов света наружу, как это видно в кинопроекторе или сигнальной лампе . Затвор с переменной скоростью используется для управления временем экспозиции пленки. Затвор сконструирован таким образом, что он автоматически закрывается после определенного требуемого интервала времени. Скорость затвора контролируется либо автоматически камерой на основе общих настроек камеры, вручную с помощью цифровых настроек или вручную с помощью кольца снаружи камеры, на котором отмечены различные временные интервалы.
Затворы камеры можно установить в нескольких положениях:
Затворы, устанавливаемые за объективом, использовались в некоторых камерах с ограниченной взаимозаменяемостью объективов. Затворы перед объективом, иногда просто крышка объектива , которая снимается и устанавливается на место для требуемых длительных выдержек, использовались на заре фотографии. Использовались и другие механизмы, помимо расширяющейся диафрагмы и скользящих шторок; подойдет все, что экспонирует пленку на свет в течение определенного времени.
Время, в течение которого затвор остается открытым (время экспозиции, часто называемое «выдержкой затвора»), определяется механизмом синхронизации. Первоначально они были пневматическими (Compound shutter) или часовыми , но с конца двадцатого века в основном электронными . Механические затворы обычно имели настройку Time , где затвор открывался при нажатии кнопки и оставался открытым до тех пор, пока она не была нажата снова, B ulb , где затвор оставался открытым до тех пор, пока была нажата кнопка (первоначально приводилась в действие сжатием настоящей резиновой груши), и I nstantaneous Exposure, с настройками в диапазоне от 30" до 1/4000" для лучших лепестковых затворов, быстрее для фокальных затворов и более ограниченными для базовых типов. Обратная величина времени экспозиции в секундах часто используется для гравировки настроек затвора. Например, маркировка «250» обозначает 1/250". Это не вызывает путаницы на практике.
Время экспозиции и эффективная апертура объектива должны быть такими, чтобы обеспечить попадание нужного количества света на пленку или сенсор. Кроме того, время экспозиции должно быть подходящим для обработки любого движения объекта. Обычно оно должно быть достаточно коротким, чтобы «заморозить» быстрое движение, если только не требуется контролируемая степень размытия движения , например, чтобы создать ощущение движения.
Большинство затворов имеют переключатель синхронизации вспышки , чтобы вызвать вспышку , если она подключена. Это было довольно сложным делом с механическими затворами и лампами-вспышками, которым требовалось значительное время для достижения полной яркости, а фокальные затворы делали это еще более сложным. Были разработаны специальные лампы-вспышки, которые имели длительное горение, освещая сцену в течение всего времени, необходимого щели фокального затвора для перемещения по пленке. Эти проблемы были по существу решены для нефокальных затворов с появлением электронных вспышек , которые срабатывают практически мгновенно и излучают очень короткую вспышку.
При использовании фокального затвора со вспышкой, если затвор установлен на скорость синхронизации X или медленнее, весь кадр будет экспонирован при срабатывании вспышки (в противном случае будет экспонирована только полоса пленки). Некоторые электронные вспышки могут создавать более длинный импульс, совместимый с фокальным затвором, работающим на гораздо более высоких скоростях затвора. Фокальный затвор все равно будет привносить искажения фокального затвора в быстро движущийся объект.
В кинематографии в кинокамерах используется вращающийся дисковый затвор , непрерывно вращающийся диск, который скрывает изображение с помощью зеркала во время прерывистого движения между экспозициями кадров. Затем диск вращается в открытую секцию, которая экспонирует следующий кадр пленки, пока он удерживается регистрационным штифтом .
Фокально-плоскостной затвор располагается прямо перед пленкой, в фокальной плоскости , и перемещает диафрагму по пленке до тех пор, пока не будет экспонирован полный кадр. Фокально-плоскостные затворы обычно реализованы как пара светонепроницаемых тканевых, металлических или пластиковых шторок. Для выдержек, длиннее определенной точки (известной как скорость X-синхронизации затвора), которая зависит от камеры, одна шторка затвора открывается, а другая закрывается после правильного времени экспозиции. При выдержках, длиннее скорости X-синхронизации, верхняя шторка затвора перемещается по фокальной плоскости, а вторая шторка следует за ней, эффективно перемещая щель по фокальной плоскости до тех пор, пока каждая часть пленки или датчика не будет экспонирована в течение правильного времени. Эффективное время экспозиции может быть намного короче, чем для центральных затворов, за счет некоторого искажения быстро движущихся объектов.
Фокальные затворы имеют преимущество перед центральными лепестковыми затворами, поскольку позволяют использовать сменные объективы, не требуя отдельного затвора для каждого объектива. (Листовые затворы за объективом также позволяют менять объектив, используя один затвор.)
У них также есть ряд недостатков:
Простой лепестковый затвор — это тип затвора фотокамеры, состоящий из механизма с одной или несколькими поворотными металлическими створками, который обычно не пропускает свет через объектив на пленку, но при срабатывании открывает затвор, перемещая лепестки, чтобы раскрыть объектив на необходимое время для экспозиции, а затем закрывается.
Простые лепестковые затворы имеют один или два листа, которые поворачиваются так, чтобы пропускать свет к объективу при срабатывании. Если используются два листа, они имеют изогнутые края, чтобы создать приблизительно круглую апертуру. Обычно они имеют только одну скорость затвора и часто встречаются в базовых камерах, включая одноразовые камеры . Некоторые имеют более одной скорости.
В простейшей версии гильотинного затвора пластина с отверстием скользит по отверстию объектива. Простые версии 1880-х и 1890-х годов часто назывались Drop shutters. Они работали вертикально и обычно приводились в действие резинкой, пружиной или просто силой тяжести. Позже их приспособили для горизонтального хода в ручных камерах, где они приводились в действие пружиной с натяжением пружины или пневматическим регулированием. [1]
Многие недорогие коробчатые камеры имели затвор, состоящий из круглого металлического диска с пробитым в нем отверстием вместе с подпружиненным спусковым рычагом, причем сплошной диск блокировал попадание света в камеру. Когда спусковой рычаг затвора приводился в действие, пружина заставляла диск быстро вращаться один раз так, чтобы отверстие проходило через апертуру камеры и пропускало свет на короткое время. Поворотные затворы обычно имели только одну фиксированную, неточную выдержку, хотя у большинства камер была настройка времени , которая блокировала затвор открытым при срабатывании спускового рычага, что позволяло делать более длительные выдержки.
Затворная пластина состояла из части сферы, интегрированной для вращения позади объектива. Это был тип затвора, найденный на Photosphere и других камерах. [2]
Диафрагменный или лепестковый [3] затвор (в отличие от простого лепесткового затвора выше) состоит из ряда тонких лепестков , которые на короткое время открывают отверстие камеры для экспозиции. Лепестки скользят друг по другу таким образом, что создается круглая апертура, которая увеличивается как можно быстрее, чтобы открыть весь объектив, остается открытой в течение необходимого времени, затем закрывается таким же образом. [4] Чем больше число лепестков, тем точнее круглая апертура. Синхронизация вспышки легко достигается с помощью пары контактов, которые замыкаются, когда затвор полностью открыт.
В идеале затвор открывается мгновенно, остается открытым столько, сколько требуется, и мгновенно закрывается. По сути, это происходит на более медленных скоростях, но по мере приближения скоростей к максимальным затвор открыт далеко не полностью в течение значительной части времени экспозиции. Фактически затвор действует как дополнительная апертура и может привести к увеличению глубины резкости , нежелательной, если неглубокий фокус используется творчески. Или он может вызвать механическое виньетирование, если диафрагма находится вне объектива (как фокальный затвор или аподизационный фильтр).
Термин «диафрагменный затвор» также использовался для описания оптической диафрагмы со щелью, расположенной вблизи фокальной плоскости высокоскоростной камеры с движущейся пленкой. [5]
Несколько типов и производителей ставней стали очень известны. Ранние составные ставни имели пневматический механизм с поршнем, скользящим против сопротивления воздуха в цилиндре. Они были тише на низких скоростях, чем часовые, но потенциально очень неточными. Более точные часовые механизмы затем заменили воздушный тормоз, и немецкий Compur , [3] [6] и более поздний Synchro-Compur, стали фактически стандартным качественным ставнем. Позже японский ставень Copal был широко принят в качественном оборудовании. Немецкие ставни Prontor и японские ставни Seikosha также широко использовались. В книге Up and Down with Compur: The development and photo-historical meaning of leaf shutters Клауса-Экарда Рисса, переведенной Робертом «Профессором» Стоддардом [3], дается подробная история и техническое описание ставней. Компания Compur Monitor все еще работала по состоянию на 2012 год [обновлять], но производила только системы обнаружения газа. [7] Ставни под марками Compur, Copal и Seiko больше не производятся. [6]
Центральный затвор не является типом затвора как таковым, но описывает положение затвора: обычно это листовой затвор (или простой листовой затвор), расположенный внутри узла линзы, где относительно небольшое отверстие позволяет свету покрывать все изображение. Листовые затворы также могут быть расположены позади, но рядом с линзой, что позволяет заменять линзы. Альтернативой центральному или залинзовому затвору является фокально -плоскостной затвор .
Сменные камеры с центральным затвором внутри корпуса объектива требуют, чтобы каждый объектив имел встроенный затвор. На практике большинство камер со сменными объективами используют один фокальный затвор в корпусе камеры для всех объективов, в то время как камеры с фиксированным объективом используют центральный затвор. Однако многие среднеформатные и большинство крупноформатных камер имеют сменные объективы, каждый из которых оснащен центральным затвором. Несколько камер со сменными объективами имеют лепестковый затвор за объективом. Крупноформатные пресс-камеры часто имели фокальный затвор. Некоторые имели как фокальный затвор (для взаимозаменяемости объективов), так и объектив с центральным затвором (для синхронизации вспышки); один затвор был заблокирован в открытом положении.
Пленочные фотоаппараты (но не цифровые) с центральным затвором и сменными объективами часто имеют дополнительный затвор или затемняющую шторку, закрывающую пленку и позволяющую менять объектив в процессе прокатки, не запотевая при этом.
Основными преимуществами центральных и залинзовых лепестковых затворов по сравнению с фокальным затвором являются:
Некоторые недостатки центрального затвора:
Цифровые датчики изображения (как КМОП , так и ПЗС- датчики изображения) могут быть сконструированы для обеспечения эквивалентной функции затвора путем одновременной передачи множества зарядов пиксельных ячеек в парный затененный двойной, называемый затвором передачи кадров . Если полный кадр передается за один раз, это глобальный затвор. Часто затененные ячейки могут быть независимо считаны, в то время как другие снова собирают свет. [8] Возможна чрезвычайно быстрая работа затвора, поскольку нет никаких движущихся частей или какой-либо последовательной передачи данных . Глобальный затвор также может использоваться для видео в качестве замены вращающимся дисковым затворам .
Датчики изображения без затененного полнокадрового двойника должны использовать последовательную передачу данных освещенных пикселей, называемую скользящим затвором . скользящий затвор сканирует изображение построчно, так что разные линии экспонируются в разные моменты времени, как в механическом фокальном затворе, так что движение камеры или объекта приведет к геометрическим искажениям, таким как перекос или колебание. [9]
Сегодня большинство цифровых камер используют комбинацию механического затвора и электронного затвора или только механический затвор. Механический затвор может выдерживать до 1/16000 секунды (например, пленочная камера Minolta Dynax/Maxxum/α-9 имела максимум 1/12000, рекорд в свое время, а более поздняя цифровая серия Nikon D1 была способна на 1/16000), в то время как электронный затвор может выдерживать не менее 1/32000 секунды, что используется во многих камерах с суперзумом и в настоящее время во многих камерах Fujifilm APS-C (X-Pro2, X-T1, X100T и других).
Стекированные КМОП-датчики объединяют сам датчик изображения с АЦП и цифровой памятью в одном корпусе. Считывание этих датчиков происходит быстрее, чем у традиционных датчиков, поскольку оцифрованное изображение передается в цифровую память самого датчика во время считывания и только после этого передается из датчика. Это приводит к электронному затвору, который так же быстр, как и механический фокальный затвор. Некоторые камеры, использующие стекированные датчики, такие как Nikon Z 9 , полностью убрали механический затвор. Динамический диапазон и шумовые характеристики не ухудшаются, поскольку эти датчики не используют глобальный затвор.
Задержка срабатывания затвора — это время между нажатием кнопки спуска затвора и началом экспозиции. Хотя эта задержка была незначительной на большинстве пленочных и некоторых цифровых камерах, многие цифровые камеры имеют значительную задержку, что может быть проблемой при съемке быстро движущихся объектов, например, в спортивной и другой экшн-съемке. Задержка срабатывания затвора у мостовой камеры, такой как Pentax X90 2010 года, составляет относительно короткую 1/50 с, [10] или 21 миллисекунду (мс). Canon 50d dSLR имеет задержку 131 мс. [11]
Во многих случаях задержка автофокусировки (АФ) является основной причиной задержки затвора. Недорогие камеры и ситуации с низким освещением или низким контрастом сделают эффект более выраженным, и именно в этих случаях задержка АФ более заметна. Большинство систем АФ используют контраст для определения фокуса; в ситуациях, когда контраст низкий, скорость, с которой камера может определить наилучший фокус, может быть весьма заметной. Поскольку большинство современных камер не активируют затвор, пока не завершится автофокусировка, результатом является задержка затвора. В этих случаях фотограф может переключиться на ручную фокусировку, чтобы избежать задержки, которая приписывается функции АФ.
Цикл затвора — это процесс открытия, закрытия и возврата затвора в положение, в котором он готов снова открыться. Ожидаемый срок службы механического затвора часто выражается в количестве циклов затвора. Большинство цифровых камер сохраняют информацию о цикле затвора вместе с фотографиями, которая содержит ценную информацию, такую как выдержка, диафрагма и количество затворов. [12] Существует множество веб-сайтов и приложений для доступа к данным EXIF.
При кинопроекции затвор пропускает свет из лампового домика для освещения фильма на проекционный экран. Чтобы избежать мерцания яркости, двухлопастной вращающийся дисковый затвор пропускает свет два раза за кадр фильма при проекции 24 кадра в секунду, что дает 24 * 2 = 48 Гц, что является нижним порогом слияния мерцания яркости . Для 16 кадров в секунду (большинство немых фильмов и Regular 8mm ) и 18 кадров в секунду ( Super 8 ) вместо этого используется трехлопастной затвор, так как 16 * 3 = 48 Гц и 18 * 3 = 54 Гц.
Затворы также используются просто для регулирования световых импульсов, без использования пленки, как в сигнальной лампе .
