Затвор. Що таке електронний затвор? Матеріал виготовлення та надійність

Затвор фотоапарата - це спеціальний механізм, який потрібен для пропускання світла на матрицю фотоапарата протягом потрібного часу (витримки).

Конструкції затворів численні та різноманітні. Найбільш поширений шторний затвор, що складається з двох тканинних або металевих шторок, які в момент зйомки утворюють між собою щілину різної ширини (залежно від величини витримки), яка "біжить" уздовж кадру, даючи потрібній кількості світла потрапити на матрицю.

Витримка - це час, протягом якого матриця фотоапарата піддається впливу світла, що проходить через об'єктив.

Приклад роботи затвора фотоапарата

Витримка позначається в секундах, при цьому вони позначаються числом з подвійним штрихом ("") замість десяткової коми, що символізує секунду (2""5, 0""8), або, набагато частіше, в частках секунди, причому вказується лише знаменник, а чисельник приймається рівним 1, тобто 60 витримка означає час 1/60 секунди. Символ "B" (від англійського слова "Bulb") означає, що матриця фотоапарата буде відкрита для попадання світла необмежений час. Коли фотограф натискає кнопку спуску, відкривається затвор. Коли кнопка натискається вдруге, затвор закривається. За допомогою цієї функції можна отримати витримку в кілька годин, що може стати в нагоді при фотографуванні зоряного неба.

Електронний затвор

У перших плівкових фотоапаратах затвор був механічним пристроєм. У сучасних цифрових камерах затвор виконано у вигляді електронної схемияка управляє процесом зчитування інформації з матриці. Для простоти розуміння електронний затвор можна подати у вигляді спеціальної електронної схеми, яка протягом певного часу (витримки) подає напругу на матрицю, при цьому решта часу матриця знеструмлена.

Електронним часто називають механічний затвор, що електронно керується.

Залежно від методу зчитування інформації з матриці виділяють два види електронних затворів: кадровий затвор (Global Shutter, глобальний затвор, картинка формується повністю) та ковзний затвор (Rolling Shutter, технологія рядкового зчитування).

При кадровому затворі цифрове зображення формується миттєво, як і і при фотографуванні, тобто. всі пікселі матриці, відведені до роботи, передають інформацію одночасно. Час роботи сенсора дорівнює витримці, яка встановлюється у фотоапараті заздалегідь.

При ковзному затворі цифрове зображення будується не миттєвим зчитуванням інформації з матриці, а її послідовним скануванням. Тобто. інформація з сенсора передається не вся відразу, а поруч - зверху вниз, при цьому затвор як би ковзає по кадру. Знову ж таки, поняття затвора тут умовне і не має жодного відношення до механічної реалізації.

Спрощено роботу електронних затворів можна показати на наступних картинках:

Застосування електронного затвора дозволяє досягти коротких витримок без використання дорогих високошвидкісних механічних затворів.

У сучасних цифрових камерах використовуються фокальні затвори шторно-щілинного типу з вертикальним ходом шторок. Це означає, що такий затвор розташований відразу перед матрицею фотоапарата, що складається зі шторок, які рухаються вертикально (зазвичай зверху-вниз і назад).

Нижче показано, як відбувається спуск затвора:

Відео 1.

Зверніть увагу на те, як сильно трясе дзеркалопісля його підйому та повернення, а також на те, як жахливо здригаються шторки затвора. На відео видно, що затворні шторки складаються з декількох частин (так звані ламелі або 'жалюзі').

Відео 2.

На цьому відео можна побачити щілину, яка формується під час руху шторок затвора.

Відео 3.

Повноформатна камера та кропнута камера.

Відео 4.

Трясе не тільки дзеркало та жалюзі затвора, а й пелюстки діафрагми.

І трохи міркувань щодо затвора, на прикладі камери.

Синхронізація цієї камери становить 1/200 секунди. Це означає, що саме такий проміжок часу потрібно шторкам затвора для проходження відстані, що дорівнює висоті матриці.

Якщо потрібно проводити зйомку на витримках довше або рівної синхронізації, затвор працюватиме наступним чином:

1. Відкривається перша шторка, витрачає 1/200 секунди.
2. Проводиться в цей час матриця залишається повністю відкритою. Візьмемо як приклад витримку 1/60 секунди. Друга шторка розпочне свій рух через 1/60 секунд після початку руху першої шторки.
3. Друга шторка закривається, це витрачається 1/200 секунди.
4. Шторки піднімаються разом у початкове положення.

На таких витримках легко синхронізувати спалах та роботу затвора. Зазвичай спалах спрацьовує після першої шторки (як тільки затвор повністю відкриває матрицю) або перед початком руху другої шторки (перед закриттям затвора). Наприклад, імпульс мого спалаху Nikon має тривалість від 1 800 с до 1 40 000 с залежно від потужності. Під час спрацювання спалаху матриця камери повністю відкрита і немає жодних проблем із синхронізацією.

Якщо потрібно проводити зйомку на витримках коротше синхронізації, то затвор працюватиме так:

1. Відкривається перша шторка.
2. Друга шторка не очікує повного відкриття матриці і починає свій рух за першою. Затримка другої шторки якраз і визначає час. Візьмемо як приклад найкоротшу витримку, допустиму для - 1/4000 с. У такому випадку друга шторка починає свій рух через 1/4000 з після початку руху першої шторки і таким чином дві шторки рухаються разом, формуючи щілину, що рухається, і виробляє експозицію.
3. Шторки піднімаються разом у початкове положення.

На таких витримках синхронізувати спалах із затвором складно. Якщо спалах спрацює тільки в певний момент, то на знімку ми отримаємо смугу, яка формується щілиною затвора. Щоб обійти таке обмеження, використовують спалахи з високошвидкісною синхронізацією, які “світлять” весь час руху обох шторок, щоб уникнути появи смуг.

Цікаво, але якщо ми проводимо зйомку на 1/60 секунди, то насправді затвору потрібно набагато більше часу на свою роботу. Так, витрачається 1/60 с на спуск першої шторки та очікування другої, 1/200 с на рух другої шторки і як мінімум ще 1/200 с на підйом обох шторок у початкове положення ( ідеальний випадок, насправді часу потрібно більше). Разом 1/60 + 1/200 + 1/200 = 2/75 с. Якщо прибрати обмеження на роботу дзеркала, діафрагми та процесора камери, то за одну секунду за ідеальних умов можна буде зняти не більше 38 кадрів, і це є механічним обмеженням серійної зйомки.

У той же час, камери, що використовують електронний затвор, якому не потрібно витрачати час на рухи шторок, вже зараз без проблем дозволяє знімати зі швидкістю 60 кадрів на секунду в режимі фото (як приклад подивіться на ). Тільки уявіть собі, як корисно було б для фоторепортерів і фотографів, які знімають спорт, фотографувати певні події з такою величезною швидкістю. Наприклад, найшвидша дзеркальна камера на 2014 рік – Canon 1DX, знімає максимум зі швидкістю 14 кадрів на секунду, що в 4 рази нижче ніж 60 к/с у деяких бездзеркальних камер з електронним затвором. Ось тільки біда, що сучасні камериз електронним затвором мають свої недоліки, наприклад, страждають 'rolling shutter' і т.д. і поки що залишається тільки мріяти про електронний затвор, що має позитивні якості механічного затвора і величезну швидкість зйомки.

До речі, "реальну" швидкість руху шторок затвора легко порахувати. Висота матриця становить 15,8 мм, шторка проходить цю відстань за 1/200 секунди, а її швидкість становить 3,16 м/с або 11,38 км/год, що зовсім небагато:)

Дякую за увагу. Аркадій Шаповал.

Дорогі друзі, сьогодні ми хочемо розповісти, у чому різниця між електронним та механічним затвором. У деяких фотокамерах можна вибирати між спуском електронного та механічного затвора. Електронний затвор дозволяє керувати експозицією, включаючи та вимикаючи матрицю фотокамери при спрацьовуванні. У механічному затворі використовуються традиційні передні та задні шторки, розташовані перед матрицею, які відкриваються і закриваються для регулювання експозиції.

Електронний затвор
Безшумна робота
Його гідність – безшумна робота, оскільки під час встановлення експозиції не переміщуються внутрішні деталі. Це буває важливо у випадках, коли звук спуску механічного затвора може привернути увагу об'єкта, що фотографується, наприклад, при зйомці з близької відстані дикої природи, спортивних заходів або тоді, коли фотографу потрібно залишатися непоміченим.

Підвищена частота кадрів
В електронному затворі немає механічних деталей, завдяки чому можна підвищити частоту кадрів у порівнянні з частотою, яка отримується при використанні механічного затвора. Наприклад, фотокамера Nikon 1 V3 може знімати зі швидкістю 20 кадрів за секунду за допомогою електронного затвора та 6 кадрів за секунду — за допомогою механічного.

Зниження тремтіння/змащування
Рух передньої шторки механічних затворів або удар дзеркала викликають незначні вібрації, які у фотокамерах з високою роздільною здатністю можуть призводити до тремтіння фотокамери або змащування зображення. Під час зйомки зі штатива за допомогою електронного затвора тремтіння фотокамери та змащування зображення зменшуються, оскільки фізичні об'єкти всередині фотокамери не рухаються.

Механічний затвор
Зменшення спотворення рядкового затвора
При зйомці з короткою витримкою об'єктів, що проносяться повз, або при швидкому панорамуванні КМОП-матриця може створювати спотворення рядкового затвора. Якщо використовується електронний затвор, КМОП-матриця включена і послідовно сканує лінію за лінією, а при зйомці об'єктів, що швидко рухаються, спотворення відображається на знімку, наприклад, видно слід руху гравця в гольф, що опускає ключку. Якщо при зйомці з короткою витримкою використовується механічний затвор, передня та задня шторки затвора розташовуються настільки близько один до одного, що окремо взятий момент часу експонується тільки фрагмент (смуга) матриці. Це допомагає зменшити спотворення рядкового затвора.

Підвищення швидкості синхронізації спалаху
Синхронізація спалаху при використанні механічних затворів часто виконується швидше, ніж у випадку з електронними. Так відбувається через особливості електронного затвора та частоти сканування матриці. Під час зйомки на вулиці при яскравому освітленні та використанні найвищої швидкості синхронізації спалаху найкраще працювати з механічним затвором. Наприклад, максимальна витримка синхронізації спалаху при використанні механічного затвора Nikon 1 V3 - 1/250, а при використанні електронного затвора - 1/60 с.

Чи сподобалася вам стаття? Ставте запитання і не забувайте

Витримка– час, протягом якого залишається відкритим та пропускає світло для експонування світлочутливої ​​плівки або матриці цифрового фотоапарата.

Як і , є одним з двох основних способів впливу на те, скільки світла досягне матриці камери (), на відміну від . Але крім значення експозиції, від використаного значення витримки залежить те, як виглядатиме на знімку предмет, що зображається (рис. 1).

Мал. 1 — Вплив витримки на предмет, що зображається

При постійному значенні діафрагми, витримка в 1/125 з удвічі довша, ніж витримка в 1/250 з. Отже, на матрицю потрапить удвічі більше світла, тобто. експозиція при витримці 1/125 з однією щабель більше, ніж за витримці 1/250 з.

Значення, які приймає витримка камери

У повномасштабній шкалі витримок кожен крок означає збільшення або зменшення вдвічі кількості світла: 30 с, 15 с, 8 с, 4 с, 2 с, 1 с, 1/2 с, 1/4 с, 1/8 с, 1/ 15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/4000, 1/8000 с.

Ця шкала застосовується не у всіх камерах. У деяких вона може бути більш обмеженою, в інших застосовуватимуться проміжні значення в третину (1/3) або половину (1/2) основного кроку (1/30 – 1/40 – 1/50 – 1/60).

Витримки в 1/500 с і ще коротші, зазвичай називають « швидкими», Витримки в 1/15 с і довше - « повільними», витримки коротші 1/1000 "надкороткими".

Відображення витримки у фотоапараті

На дисплеї більшості камер витримки в частках секунди, наприклад, 1/500 скорочують і пишуть просто «500». Тому може виникнути плутанина, може здатися, що значення «1000» вказує на витримку вдвічі довше, хоча реально вона коротша вдвічі. При використанні витримок тривалістю в секунди з'являється додатковий знак біля значення – 30 ʺ. До цього необхідно звикнути і бути обережним, щоб не сплутати 1/4 с і 4?

Особливості вибору правильної витримки

Під час зйомки з рук в умовах слабкого освітлення необхідно обмежити рух об'єкта зйомки та самої камери під час експонування, оскільки виникає фотографічний дефект. ворушка (змащення, струшування, змивання) (рис. 2). Для уникнення такого недоліку потрібно стежити, щоб знаменник значення витримки в секундах був не менше значення фокусної відстані об'єктива в міліметрах. Наприклад, при зйомці з рук об'єктивом 50 мм слід витримувати не більше 1/50 с. Під час зйомки телеоб'єктивом 200 мм – 1/200 с.

Фотографічний затвор

Тривалість витримки регулюється затвором камери.

У сучасних цифрових камерах використовують електронний та фокальний затвори.

Електронний затвор

Під електронним затвором розуміють окремий механізм, а принцип дозування експозиції цифровою матрицею. Витримка визначається часом між обнуленням матриці та моментом зчитування інформації з неї. Такий принцип дозволяє досягти більш коротких витримок (у тому числі й витримки синхронізації зі спалахом) без використання високошвидкісних високошвидкісних механічних затворів. Цей принцип використано і в компактних цифрових камерах.

Найпоширеніший затвор – фокальний (рис. 3). Витримка регулюється часом, яке проходить між відкриттям та закриттям першої та другої шторок 2, 3. При спуску затвора перша шторка 2 зсувається механізмом 5, відкриваючи шлях світловому потоку. Після закінчення заданої витримки світловий потік перекривається другою шторкою 3. На коротких витримках друга шторка починає рух доти, як перша повністю відкриє кадрове вікно 4. Щілина, що утворюється між шторками, пробігає поперек кадрового вікна, послідовно висвітлюючи його. Тривалість витримки визначається шириною щілини. Принцип дії фокального затвора показано на анімації 4.

Висновок

Так як витримка є одним з найважливіших параметрівекспозиції, необхідно правильно визначати та контролювати її в кожній конкретній ситуації. У сучасних цифрових апаратах визначення витримки може відбуватися автоматично шляхом через об'єктив (TTL-замір) або вручну, спираючись на значення експозаміру.

Одним з основних механізмів цифрових фотоапаратів є затвор, його функціональне призначення - перепустка, при натисканні на кнопку, світлових променів до матриці, яка є світлочутливим елементом. Світлові промені пропускаються протягом певного періоду часу. Цей період часу, під час якого відкривається затвор, має назву « витримка». Особливістю цифрових апаратів є встановлення затворів, які можуть закриватися та відкриватися з дуже великою швидкістю, завдяки цьому час витримки (засвічування матриці) регулюється з високою точністю. Для фахівців дуже важливо, щоб фотообладнання мало таку точність, а також великий діапазон. При великій витримці на матрицю потрапляє і більше світла. Затвор сучасних цифрових фотоапаратів, особливо професійного використання, може якісно керувати витримкою. У той же час цей елемент захищає матрицю від засвічення, яка може відбуватися при зчитуванні зображення на самому початку експозиції.

Види затворів

Затвори можуть мати відмінності у своїй конструкції, а також у принципі закриття. За такими особливостями поділяють дані елементи на електронні та механічні. У різних моделях цифрової фотоапаратури встановлюється електронний затвор, він вбудовується у сенсор камери.

Електронний затвор

У потрібний момент включає сенсор прийом світлового потоку, по команді процесора потім вимикає його. Роботою такого затвора керує процесор фотоапарата, його електронне обладнання. При використанні такого електронного елемента на матрицю світловий потік постійно потрапляє, завдяки цьому зображення з матриці передається на РК-дисплей цифрового апарату. Зчитується таке зображення за певний час, який триває між обнуленням матриці та моментом, коли зчитується електронна інформація. Це і становить величину витримки, якою характеризується фотоапарат. Завдяки електронним затворам фотограф може використовувати короткі витримки навіть до 1/15000с. Робота електронного затвора відрізняється відсутністю шуму та вібрації. Єдине, при використанні такого затвора можна спостерігати і низьку якість зображення, оскільки читання осередків матриці відбувається послідовно. Щоб уникнути спотворення зображення, таких неприємних ефектів, як ореол, блюмінг, професійне фотообладнання забезпечується ще й механічним затвором.

Механічний затвор

Забезпечує додатковий захист матриці від попадання дрібного бруду та пилу. Він також виконує і таку важливу функцію, як дозування влучення світла на світлочутливий елемент фотоапарата, тобто на матрицю. Завдяки механічному затвору дорога матриця зберігає свої високі технічні якості. Для такого затвора характерний певний термін служби.
Механічні затвори також поділяються на дві групи - шторні та центральні.

Центральний затвор

Представляє конструкцію з тонких платівок ( пелюсток), що відкриваються до країв і закриваються у зворотному напрямку, тому світловий потік розподіляється рівномірно. Він встановлюється між лінзами об'єктива. Найбільшу цінність для професіоналів мають затвори, в яких заслінки відкриваються дуже швидко.

Шторні затвори

Мають більш високу швидкість і більшу моментальну витримку. У конструкції шторного затвора використовуються дві частини (шторки), які розділяються між собою щілиною. У неї проникає з об'єктива світловий потік. Коли спрацьовує щілинний затвор, перша шторка відкриває кадрове вікно, друга закриває. Від ширини щілини, що утворюється між шторками, залежить величина витримки. Принцип дії шторного затвора, при якому рухаються шторки, може призвести до викривлення деяких об'єктів знімка. Але цей затвор забезпечує обробку коротких витримок і має високий коефіцієнт дії.

Електронно-оптичний затвор

У цифрових фотоапаратах може використовуватися ще й електронно-оптичний затвор, який є рідким кристалом, розташованим між двома поляризованими пластинами. Через цей кристал протікає світловий потік, потім потрапляє на оптичний перетворювач.
Затвор є важливим елементомроботи будь-якого фотообладнання. Основний принцип роботи будь-якого виду затворів – це відкриття під час фотографування, пропуск світлових променів. Коли світловий потік потрапляє на світлочутливий елемент, проводиться експонування кадру. Наступний етап – закриття затвора, що дозволяє приступити до наступного знімка. Затвор відіграє важливу роль у конструкції фотоапарата.