En fotografisk slutare är en anordning för att reglera slutartiden , det vill säga varaktigheten av exponering för ljus på fotografiskt material eller en kameramatris [1] . En av de två huvudsakliga exponeringskontrollerna . I en filmkamera fungerar slutaren som en slutare .
Ljuskänsligheten hos plattorna för den tidigaste fotografiska daguerreotypiprocessen var mycket låg, vilket krävde långa exponeringar mätt i minuter. Den senare kollosionsprocessen gjorde det möjligt att minska exponeringen till några sekunder, men krävde ändå inga apparater, vilket gjorde att varaktigheten kunde mätas med ett konventionellt stoppur [2] . Slutarens roll i detta fall utfördes av linsskyddet [3] . Med tillkomsten av en mycket känslig gelatin -silver fotoprocess reducerades de erforderliga slutartiderna till tiondelar, hundradelar och till och med tusendelar av en sekund, vilket gjorde det möjligt att fånga objekt som rör sig snabbt [4] . Det är omöjligt att implementera sådana utdrag manuellt, så en exakt automatisk mekanism krävdes för att räkna ut dem. Den första fotoporten någonsin designades 1845 av de franska fysikerna Fizeau och Foucault för att fotografera solen [5] . Ett så ljust föremål krävde till och med en slutartid på 1/60 sekund för att fotografera en daguerreotypi [6]
Massanvändningen av fotoporten började dock senare, i början av 1880 -talet . I de första direktvisningskamerorna ansågs slutarna vara ett tillbehör, inte en del av kameradesignen, och gjordes därför avtagbara, oftast placerade på linsen framifrån. Senare började centrala slutare tillverkas i en enda enhet med ett irisbländare och en linshylsa . Automatisk "momentan" exponering var ofta den enda, och dessutom kunde slutaren bara fungera manuellt. Att byta lägen för en sådan slutare bestod i att välja en omedelbar eller manuell slutartid. I senare konstruktioner blev det möjligt att justera den momentana slutarhastigheten med hjälp av en pneumatisk mekanism, först patenterad 1886 av Arthur Newman [5] . I början av 1900-talet blev mekaniska ankarretardrar utbredda . Moderna slutare klarar ett brett spektrum av ögonblicksexponeringar, och manuell exponering är av extra karaktär och används endast i professionell fotografering. Den snabbaste utvecklingen av designen av fotoportar togs emot efter första världskriget, samtidigt med utvecklingen av flygfototeknik [7] .
Slutaren är en väsentlig del av alla film- och digitalkameror. I den senare används slutaren för att eliminera artefakter som är inneboende i de vanligaste CMOS-matriserna i fotografisk utrustning på grund av rad-för-rad-läsning av data. Vissa spegellösa kameror stödjer att träna exponering genom att justera tiden för att läsa av sensorns laddningar, vilket inte kräver en mekanisk slutare. 2014 meddelade Sony [8] , och 2016 Panasonic [9] [10] och Canon lanseringen av CMOS-sensorer med samtidig avläsning av hela bilden med den så kallade "globala slutaren". Dessa sensorer kan justera exponeringen utan att blockera ljusflödet av någon enhet [11] . Tills nyligen hade endast CCD:er sådana egenskaper , som användes i fotografisk teknik i begränsad utsträckning på grund av ett antal brister. Frånvaron av en slutare kommer att dramatiskt öka kamerans resurser och få bilder av objekt som rör sig snabbt, utan all förvrängning [12] .
Med undantag för elektroniska fotomatrisluckor , som inte har några mekanismer, består alla andra typer av luckor av en drivning och luckor (gardiner eller kronblad) som blockerar ljuset [1] . Grinddrifter är uppdelade i mekaniska och elektromekaniska . I den första utarbetas slutartider genom att justera bredden på gapet mellan gardinerna och hastigheten på deras rörelse genom fördröjningsmekanismer - ankare , pneumatiska eller andra.
För drift behöver elektromekaniska slutare en strömkälla utan vilken endast en (mindre ofta två) slutartider beräknas [* 1] . Resten av slutarhastighetsintervallet implementeras genom att justera hålltiden för den andra slutaren med en elektromagnet . Billiga elektromekaniska slutare för nybörjarkameror (till exempel Nikon FE10 ) är i allmänhet obrukbara utan batterier [13] . Med andra ord kan en fullfjädrad elektromekanisk slutare bara fungera om det finns batterier, medan en mekanisk enbart beror på energin hos fjädrarna som ackumuleras under spänning. Endast ett fåtal kameror är kända som är utrustade med hybridslutare som kan fungera i hela eller partiella slutartider både med och utan batterier: Canon New F-1 , Pentax LX och Nikon FM3A . Samtidigt är noggrannheten hos elektromekaniska slutare mycket högre än för fjäder [* 2] . I digitalkameror installeras endast elektromekaniska slutare, eftersom deras icke-flyktighet i denna typ av utrustning, som inte fungerar utan ström, inte har någon praktisk betydelse.
Olika typer av luckor skiljer sig huvudsakligen åt i utformningen och placeringen av luckorna som blockerar ljusflödet. Slutare kan placeras nära bländaren eller fokalplanen , och på grundval av detta är slutarna uppdelade i bländare och fokal . Under första hälften av 1900-talet, för dessa typer av luckor, användes namnen kronblad och gardin oftare , vilket återspeglar spjällens design. Det finns kameror (till exempel Bronica , Mamiya 645D , Hasselblad 2000FC) utrustade med två slutare av båda typerna [15] [16] . En sådan anordning, som är typisk för presskameror och mellanformatsreflexutrustning , låter dig välja den lämpligaste typen av slutare beroende på fotograferingssituationen [17] . Samtidigt kan båda slutarna inte fungera samtidigt: när den fokala bländaren är påslagen är den fixerad i öppet läge. Om du slår på bländarslutaren sätts brännvidden i ljusskyddsslutarläget. Det finns utbytbara objektiv med en central slutare avsedda för kameror med standard brännvidd, till exempel "Leitz Summicron 2.0 / 50" för fotografering med upplättningsblixt med Leica -enheter . I det här fallet sker koordinering med den huvudsakliga brännvidden, som är i manuell slutarläge , med hjälp av en speciell fästmekanism.
Denna typ av slutare är placerad mellan linserna på objektivet i ett plan nära bländaren , vilket är anledningen till att den fick sitt namn. En egenskap hos sådana slutare är den samtidiga och enhetliga exponeringen av hela ramområdet, vilket inte beror på noggrannheten i mekanisminställningen. Förvrängningar i form av objekt som rör sig snabbt är också uteslutna. Samma grupp kan villkorligt hänvisas till slutarluckor placerade nära objektivets bakre lins och som har liknande design. Tidiga storformatskameror från 1800-talet hade främre slutare placerade direkt framför objektivet. Enligt deras egenskaper låg de nära linserna och installerades enkelt på nästan vilken kamera som helst under dessa år, och fungerade som ett extra tillbehör. I modern utrustning är närvaron av en slutare obligatorisk och dess avtagbara design har förlorat sin praktiska betydelse. På grund av designfunktioner är de flesta bländare inbyggda i linshylsor och i stort format betraktas de inte som kameratillbehör. Flera stora tillverkare som specialiserat sig på produktion av centralventiler är kända, och de skapade de mest massiva typerna, som " Compur " och "Prontor" [3] .
Fördelar med bländare :
Nackdelar med bländare :
Bländarluckor kan enligt funktionsprincipen delas in i slitsade, centrala och persienner [21] . Slitsade bländare benämns ofta obturatorer . Det mest kända exemplet på en slitsad öppningsslutare är en fjärilsventil, som består av en metallsektor med ett hål som roterar på en axel, som drivs av en fjäder kopplad till frigöringsspaken.
Portar av denna typ kännetecknas av det minsta antalet delar, vilket bestämmer den låga kostnaden, ökad tillförlitlighet och låga krav på tillverkningsnoggrannhet. Men betydande nackdelar - skrymmande (skivans radie är mycket större än hålet som ska blockeras) och svårigheten att justera slutartider tillåter tillämpning, främst i kameror på nybörjarnivå och i specialiserade enheter, såsom flygkameror .
Den centrala slutaren är en slags bländarslutare, vars slutare, när de aktiveras, öppnar linsöppningen från mitten till dess kanter och stänger den i omvänd ordning [22] [23] . Dessa slutare är vanligtvis monterade mellan objektivlinserna eller direkt bakom den bakre linsen. Tillsammans med de centrala luckorna är en perifer slutare känd , som öppnar hålet från kanterna till mitten och stänger det i motsatt ordning [23] . Centrala jalusier är uppdelade i direktverkande jalusier (roterande) och returverkan (reversibel) [21] . Den första typen har, på grund av sin skrymmande, blivit utbredd endast i speciell fotografisk utrustning, till exempel i flygkameror. I allmän fotografisk utrustning används endast centrala vändbara slutare.
Mekanismen för en sådan slutare består av flera roterande metallluckor fixerade på axlar längs kanterna på en rund ram. På grund av likheten i form av dessa luckor till blomblad , fram till 1960-talet, kallades centrala luckor mer allmänt som "bladluckor". Den fram- och återgående rotationsrörelsen av kronbladen som öppnar och stänger hålet utförs av ett system av fjädrar och spakar [24] . När de exponeras öppnar kronbladen linsens aktiva bländare axiellt symmetriskt från mitten till kanterna och stänger i motsatt riktning [25] . Om kronbladen är placerade i aperturplanet ändras ljusintensiteten samtidigt över hela ytan av det ljuskänsliga elementet. I det här fallet liknar den centrala slutarens verkan som en irisbländare: när ljuset öppnas ökar belysningen av hela området av det ljuskänsliga elementet jämnt, och när den är stängd minskar den till noll [26] ] .
Användningen av en central slutare är typiskt för storformatskameror och billiga amatörkameror med fast lins. Dessutom används den centrala slutaren regelbundet i nästan alla reflexkameror med två objektiv [* 3] . Utbytbara linser för vissa enlinsreflexkameror är också utrustade med centrala slutare, ofta inom hela det optiska området [28] . I modern digital utrustning är sådana slutare installerade i kompakta kameror och pseudospegelkameror .
Nackdelar med centrala returventiler :
I roterande centrala luckor kommer kronbladen inte tillbaka, utan kontinuerlig rotationsrörelse, vilket gör att du kan få högre effektivitet och korta slutartider. Arrangemanget av sådana portar (till exempel "Rapidin" eller det sovjetiska "ZBS") är dock mycket mer komplicerat än det för returportar, vilket förutbestämde deras snäva specialisering [30] . Slutarhastigheten under kronbladens returrörelse kan endast minskas om de inte är helt öppna. Till exempel kan den centrala slutaren i en Minolta V2-kamera uppnå en rekordhastighet på 1/2000 sekund, men med en relativ bländare på inte mer än f/8 [31] [32] . Vid full öppenhet, motsvarande en maximal bländare på f/2.0, var den maximala tillgängliga slutarhastigheten 1/500. Verkningsgraden för någon typ av central slutare överstiger inte 80 % [33] .
Slutaröppning , membranslutare - en central slutare, vars öppningsgrad av kronbladen är justerbar, på grund av vilken den samtidigt fungerar som ett membran . Slutaröppningen används ofta i småformatskameror med den enklaste exponeringsautomatiken , främst avsedd för nybörjare amatörfotografer (" LOMO Compact-Avtomat ", " Elikon-35S ", " FED-35 ", " Argus C-3 " , etc.) [ 34] , såväl som i billiga modeller utan ljusmätare, som " Agat-18 ", " Elikon-535 ". På grund av designegenskaperna hos en sådan slutare är kombinationer av slutartid och bländare vanligtvis tätt kopplade. Till exempel, för Agat-18-kameran, kan den relativa bländaren f/2.8 endast uppnås vid en slutartid på 1/60, och f/16-bländaren endast vid 1/250. På grund av kronbladens kortare slag kan den lägsta slutartiden-bländaren (till exempel i sovjetiska " FED-Mikron ") vara kortare än den vanliga centrala slutaren och nå 1/800 sekund med minsta relativa bländare .
Slutare av denna typ placeras mellan objektivets linser och används extremt sällan, eftersom de kräver tillräckligt med utrymme inuti linsen [35] . De har blivit utbredda i automatiska fotoskrivare och kameror för speciella typer av fotografering [1] . I antennkameror används en slutare av typen "jalusier" med optik med hög bländare [36] .
Ljuset blockeras av en uppsättning smala lamellplattor som samtidigt roterar runt axlarna. När slutaren är öppen riktas plattorna längs den optiska axeln och passerar ljus. För att stänga slutaren räcker det att vrida plattorna 90°. På grund av den lilla massan på varje enskild platta är slutartrögheten liten och drivmekanismen enkel. Verkningsgraden för jalusiluckor är nära verkningsgraden för centrala omvända jalusier och överstiger inte 0,6, eftersom det inte finns någon full öppningsfas [37] .
Fokalplansslutaren, som namnet antyder, är placerad nära fokalplanet , det vill säga direkt framför det ljuskänsliga materialet [38] . Därför kan de övergripande dimensionerna för en sådan slutare inte vara mindre än formatet på ramfönstret, och dess design bestämmer designen av hela kameran, i motsats till bländare, som är gjorda som en separat enhet eller inbyggda i linshylsan. . Ljusluckor av de flesta fokaljalusier fram till andra hälften av 1900-talet gjordes i form av flexibla luckor, och därför användes namnet "gardinslutare" oftare under dessa år.
Fördelar med en fokalplansslutare :
Nackdelar med fokal slutare :
I de flesta gardinjalusier rör sig gardinerna framför ramfönstret med konstant hastighet, och slutartiden styrs av bredden på gapet mellan dem. De första och andra gardinslutarna rör sig oberoende av varandra under inverkan av fjädrar som är justerade på ett sådant sätt att slutarhastigheterna sammanfaller [41] . En slits med variabel bredd bildas av en mekanism som ställer in tidpunkten för frigöring av låset på den andra gardinen. Innan nästa bild tas, spärras slutaren igen, medan slutarna återgår till sin ursprungliga position utan att bilda ett gap [42] . Gardinslutarens effektivitet når upp till 95 % [33] , och den lägsta slutartiden kan nå 1/16000 s ( Canon EOS-1D , Nikon D1 ) [43] .
Slutaren kan vara antingen vertikal eller horisontell exponeringsslits. Horisontell rörelse har som regel Leica-typ fönsterluckor med elastiska fönsterluckor lindade på trummor. Vertikal rörelse är sällsynt i sådana luckor och är mer typiskt för lamelljalusier, som har blivit utbredda i modern utrustning. Varje slutare i en sådan slutare består av flera (vanligtvis 3-4) stela metalllameller som rör sig på en gångjärnsförsedd spakdrift parallellt med fokalplanet. När de öppnas viks lamellerna till en smal stapel, och när de stängs viks de ut för att bilda en bred gardin.
För fotografering med blixt är de flesta moderna slutare utrustade med en synkkontakt som utlöser en urladdning [33] . Den enklaste synkkontakten består av två elektriska kontakter i den elektroniska blixtkondensatorkretsen, stängda av slutarmekanismen i det ögonblick den öppnas helt. En sådan synkrokontakt betecknas med den latinska bokstaven "X" [44] . Oavsett slutartyp är den bästa tiden att avfyra blixten när den är helt öppen. Bländarslutaren är dock den mest bekväma för blixtfotografering, eftersom den exponerar hela området av ramen samtidigt. Detta gör att du kan använda blixten vid vilken slutartid som helst. Fokalslutare kan endast synkroniseras vid relativt låga slutartider, vilket ger ögonblicket för full öppning av ramfönstret.
Pulslängden för en elektronisk blixt är mycket kortare än slutartiden (1-5 millisekunder mot hundradelar av en sekund). Detta spelar ingen större roll för stillastående motiv och när exponeringen från kontinuerlig belysning är mycket mindre än exponeringen från blixtljus. Men om motivet rör sig snabbt och båda exponeringarna är jämförbara, ger kontinuerlig belysning en suddig bild som överlagras på skärpan från pulserande ljus. Med första ridåsynkronisering avfyras blixten omedelbart efter att slutaren öppnats, varefter motivet hinner röra sig framåt under sin rörelse innan den andra ridån stängs.
Resultatet är en suddig bild av motivet, bildad av kontinuerlig belysning, placerad framför den skarpa bilden som erhålls från blixten. Således ser rörelsen i fotografiet visuellt ut i motsatt riktning. Denna effekt kan undvikas genom synkronisering med andra ridån, när blixten avfyras precis innan början av stängning av ramfönstret. I det här fallet exponeras bilden av objektet först för kontinuerlig belysning, och först därefter belyses den av en blixt, vilket ger normal visuell uppfattning om rörelse i bilden.
För att göra detta är de flesta moderna elektromekaniska slutare utrustade med inte en, utan två synkrokontakter: en av dem utlöses efter att den första gardinen är helt öppen, och den andra - för tillfället ges kommandot att stänga den andra. Valet av den önskade synkroniseringskontakten sker via kamerans eller blixtens meny, motsvarande kopplingstypen av synkronisering. Nackdelen med synkronisering med andra ridån är oförutsägbarheten i ögonblicket som blixten avfyras, särskilt vid långa slutartider.
Fram till slutet av 1900-talet kallades portar med elektromekanisk styrning [45] [18] elektroniska luckor . Med spridningen av digital fotografering började de kalla den elektroniska enheten för att räkna ut slutartider, baserat på att justera avläsningstiden från matrisen utan att några mekanismer blockerade ljuset. Slutartiden bestäms av tiden mellan nollställningen av matrisen och det ögonblick då informationen läses från den. Användningen av en elektronisk slutare gör att du kan uppnå snabbare slutartider (inklusive blixtsynkroniseringshastighet) utan att använda dyra mekaniska höghastighetsslutare. Dessutom tillåter frånvaron av tröghetsmekanismer kontinuerlig fotografering med hög frekvens. Vissa kameror låter dig välja mellan mekanisk och elektronisk slutare för höghastighetsfotografering.
Fördelarna med en elektronisk slutare inkluderar frånvaron av rörliga delar som skapar buller och vibrationer. Den elektroniska slutaren fungerar tyst och minskar inte skärpan på bilder på grund av skakning. Bland bristerna med den elektroniska slutaren kan man peka ut bildförvrängning orsakad av dess progressiva läsning (" rullande slutareffekt "), såväl som en ökad sannolikhet för blomning (till exempel när solen kommer in i bilden).
Dessutom produceras SIMD- matriser som har en individuell elektronisk slutare i varje pixel . I det här alternativet ställs den optimala exponeringstiden in för varje pixel, beroende på belysningsnivån i ett givet område av bilden [46] . Tröghetsfria ljusmodulatorer baserade på Pockels-effekten kan användas som en elektronisk slutare .