Digital reflexkamera , DSLR ( eng. Digital single-lens reflex camera ) är en digitalkamera byggd på principen om en enlins reflexkamera som används vid filmfotografering . Konceptet med en digital SLR-kamera innebär ett schema med en lins, eftersom ett schema med två linser inte har fått någon bred tillämpning inom digital fotografering .
Ansträngningar att skapa bärbara elektroniska enheter för stillbildsinspelning började omedelbart efter uppfinningen av den laddningskopplade enheten av Willard Boyle och George Smith 1969 [ 1] . De första SLR -videokamerorna ( eng. Still Video Camera ), såsom 1981 Sony Mavica , Canon RC-701 och Nikon Still Video Camera 1, som dök upp 1986, var dock inte digitala , eftersom de var baserade på analog bildinspelning i en av standarderna färgtelevision [2] [3] .
Den första digitala SLR-kameran kan betraktas som en hybrid Electro-Optic Camera designad av Kodak Electronics Division för den amerikanska regeringen med en Canon New F-1 professionell kamera [4] [5] . Grunden var den svart-vita M1 CCD skapad av Kodak , vars upplösning för första gången översteg 1 megapixel [6] . Den var inrymd i ett block monterat på ett avtagbart bakstycke på kameran, vars enda exemplar släpptes 1988 och drevs av militären. I framtiden skapades ytterligare två liknande taktiska kameror för försvarsuppgifter [4] .
De resulterande hybriderna visade sig vara för skrymmande och obekväma, och nästa steg ett år senare var utvecklingen av IRIS-projekt för fotojournalister och Hawkeye II för militären [7] . Båda prototyperna var baserade på Nikon F3 SLR , men den svartvita IRIS hittade ingen efterfrågan på nyhetsfotograferingsmarknaden. En del av militärkonsolerna var utrustade med en ny M3-matris med Bayer-filter , som blev den första färgmatrisen med en upplösning på mer än 1 megapixel [6] . Det blev också grunden för den första kommersiellt framgångsrika och massproducerade digitala hybriden Kodak DCS 100 , även den monterad kring Nikon F3 HP-kameran. En hybrid, släppt 1991 , bestod av en CCD digital baksida ansluten med kabel till en extern enhet som bärs på axeln [6] . Det externa blocket DSU ( Eng. Digital Storage Unit ) innehöll en 3,5-tums hårddisk med en kapacitet på 200 megabyte , på vilken bilderna som bildats av anslutningen till kameran spelades in. I det här fallet kunde baksidan lossas och kameran blev återigen lämplig för filminspelning. Enheten var den första som fokuserade på samarbete med en dator och inte en videobandspelare , vilket var fallet i de flesta tidigare utvecklingar från andra tillverkare [8] .
De listade hybriderna skapades av den civila ( Professional Photography Division ) och försvarsdivisionen ( Federal Systems Division ) av Kodak , oavsett Nikon, som tillsammans med NASA släppte den digitala Nikon F4 ESC NASA med en baksida utrustad med en svart-och -vit matris på 1 megapixel [6] . Ytterligare utveckling koncentrerades till Fujifilm , Sony och den civila sektorn av Kodak, som släppte mer kompakta enheter i DCS-serien från 1994 till 1998, kompatibla med Nikon F801, Nikon F90 och Canon EOS-1N kameror [9] . Alla dessa utvecklingar blev ett mellanstadium innan skapandet av fullfjädrade digitala SLR-kameror i ett stycke. I början av 2000- talet hade Canon och Nikon skapat Canon EOS-1D och Nikon D1 professionella kameror , baserat på tidigare erfarenheter av hybridkamera. Möjligheten att ersätta filmen med en digital baksida med en matris kvarstod endast i medelformat SLR-kameror designade för studiofotografering.
Framväxten av digitala SLR-kameror för konsumentkvalitet kan hänföras till slutet av 2003 , när massförsäljningen av Canon EOS 300D började, vars kostnad för första gången låg under den symboliska gränsen på 1 000 $ [10] [11 ] . Alla tidigare prover, som initialt kostade i intervallet 5 till 20 tusen dollar, kan endast hänföras till det professionella segmentet av marknaden. När försäljningen till allmänheten började, började digitala SLR-kameror utvecklas snabbt, vilket ökade upplösningen av matriser, deras storlek och databehandlingshastighet. Gradvis visade sig kvaliteten på digital fotografering vara jämförbar med klassisk filmfotografi, och persondatorer blev tillgängliga för massköparen. Sedan mitten av 2000-talet har digital utrustning nästan helt ersatt filmmotsvarigheter, främst inom fotojournalistik, traditionellt inriktad på en reflexsökare. Inom amatörfotografering, sedan början av 2010-talet, började reflexsökaren ersättas av spegellösa kameror med utbytbara linser, såväl som kameratelefoner [12] [13] . Så om 2012 mer än 16 miljoner digitala SLR-kameror såldes i världen, hade denna siffra 2017 mer än halverats och uppgick till 7,5 miljoner [14] .
De främsta fördelarna med SLR-kameror i jämförelse med andra typer av digital utrustning anses vara möjligheten att använda utbytbar optik, vilket ger samma bild som på filmmotsvarigheter, och en relativt stor matris som ger digitala bilder av hög kvalitet [15] . Förbättringen av elektroniska sikttekniker minimerar den största fördelen med spegelschemat: närvaron av en parallaxfri optisk sökare, vilket ger en bild som är identisk med den som erhålls i fokalplanet .
Den största fördelen med SLR-kameror, jämfört med spegellösa kameror, är möjligheten att använda fasdetekteringsautofokus. Detta är den snabbaste och mest exakta tekniken av alla, men den kräver en optisk väg för att rikta ljus från linsen till en separat sensor. Denna princip implementeras enkelt i enlinsreflexkameror som använder huvudspeglarna och hjälpspeglarna, men det är förknippat med stora svårigheter i spegellösa konstruktioner som autofokuserar direkt på bilden som bildas av matrisen [16] . Detta använder en jämförelse av dess kontrast vid olika positioner av linsen. För att förbättra fokuseringshastigheten för spegellösa kameror, integrerar vissa tillverkare fassensorer direkt i den ljuskänsliga matrisen, men autofokushastigheten för SLR-kameror är fortfarande oöverträffad [17] [18] .
Användningen av en variant av ett spegelschema med en fast genomskinlig spegel gör det möjligt att tillämpa fasprincipen för autofokus i Live View -läget , inklusive under videoinspelning, men det är nödvändigt att noggrant bibehålla renheten hos den extra optiska ytan, som, till skillnad från matrisen, inte ens skyddas av en slutare från damm och föroreningar [19] . Dessutom minskar närvaron av en genomskinlig spegel bländarförhållandet i hela systemet och minskar ljusstyrkan på bilden i sökaren. Enligt detta schema byggdes en serie Sony Alpha SLT- kameror .
2015 introducerade Sony ett antal tekniker som gör att spegellösa enheter kan implementera snabb hybrid autofokus med hjälp av ett antal speciella mikrolinser och dedikerade pixlar på ett sätt som liknar fasdetekteringsautofokus [20] [21] .
Ljuskänsliga matriser installerade i digitala SLR-kameror är mycket större än sensorerna i kompaktkameror när det gäller fysiska dimensioner [22] [23] . En stor ram tillåter användning av elementära fotodioder av ökad storlek med samma antal av dem, vilket bestämmer upplösningen . Som ett resultat ökar bildkvaliteten: brus reduceras vid samma ljuskänslighetsvärden och det dynamiska omfånget utökas [24] . Sensorn för en typisk konsumentklassad DSLR är APS-C (22×15 mm), men det finns en tendens att öka sensorn till fullformat ( Canon EOS 6D , Sony A99 ) [25] .
Matriser för professionella kameror är något större - APS-H- format ( Canon EOS-1D series ), men kan nå storleken på en "klassisk" småformatsram på 24 × 36 mm ( Canon EOS 5D Mark III , Canon EOS-1D X Mark II , Nikon D5 ) och till och med överträffa den ( Leica S2 , Mamiya 645D eller Hasselblad HxD -serien), vilket gör att du kan uppnå utmärkt färgåtergivning och signal-brusförhållande . Matrisstorleken för kompakta digitalkameror överstiger som regel inte 7,2 × 5,3 mm (1 / 1,8 ″ format) och är för det mesta 4,5 × 3,4 mm (1 / 3,2 ″ format), vilket ger en yta 56,5 gånger mindre än en "full" ram i litet format (864 respektive 15,3 kvadratmillimeter) [26] . Sådana matriser kan ge en acceptabel brusnivå och bildkvalitet endast vid lägsta ISO-värden och stark belysning.
Samtidigt gör små matriser det möjligt att designa mer kompakt och lättare optik med ett stort bländarförhållande . Således är förstoringen och bländarförhållandet för zoomobjektiv i kompaktkameror vanligtvis ouppnåeliga för optik som är utformad för en matris i litet format eller en filmram. Teleobjektiv , designade för små ramstorlekar, är också mycket mindre och snabbare än sina motsvarigheter i storformat. Denna fördel med miniatyrmatriser används i digitala kameror med pseudospegel , vanligtvis utrustade med en icke-borttagbar kompakt " superzoom " med hög förstoring, som täcker en betydande del av intervallet av brännvidder som används i vardaglig fotografering [27] . Dessa kameror, som är billigare än SLR-kameror, upptar en betydande del av marknaden för amatörfotograferingsutrustning och ersätter de mer svårhanterliga DSLR-kamerorna. Dessutom eliminerar den icke-borttagbara linsdesignen inträngning av damm och smuts på sensorns yta, vilket är oundvikligt i SLR-kameror med utbytbara objektiv.
Trots vikten av de fysiska egenskaperna hos stora matriser anses bildens natur som skapas av linser från småformatskameror vara en mer betydande fördel med SLR- utrustning . Fotolinser har relativt stora brännvidder jämfört med optiken hos videokameror och kompaktkameror. Som ett resultat, vid samma synfältsvinklar och relativa bländare , är djupet av det skarpt avbildade utrymmet i den resulterande bilden mycket mindre än i miniatyrformat, vilket gör det möjligt att använda traditionella professionella fotograferingstekniker för att betona rymddjupet och separera huvudmotivet från bakgrunden.
En annan viktig omständighet anses vara en fundamentalt högre kvalitet på den optiska bilden , som direkt beror på den fysiska storleken på ramen på grund av diffraktionsbegränsningen hos alla optiska system [24] [28] . Med andra ord, precis som vid filmfotografering, är kvalitet direkt relaterad till bildstorlek, oavsett sensorns upplösning. Av dessa skäl kan maximal detaljrikedom i modern digital fotografering endast uppnås med digitala baksidor i mediumformat eller fullformatskameror.
Samtidigt bröt uppkomsten av en ny klass av spegellösa kameror i slutet av 2000-talet monopolet för DSLR-kameror på stora sensorer [29] [30] . Vissa typer av sådana kameror är utrustade med Micro 4:3 och APS-C- sensorer , och kort efter dem kom "Sony A7", med en fullformatssensor [16] .
Den grundläggande skillnaden mellan digitala SLR-kameror och andra typer av digitalkameror är reflexsökaren , som anses vara den mest avancerade av alla optiska och har sådana fördelar som den totala frånvaron av parallax , förmågan att visuellt bedöma skärpedjupet och exakt sammanfallande av ramgränserna med synfältet för eventuella utbytbara linser, inklusive antalet zoomar [31] . Dessutom är detta den enda typen av optiskt sikte som är lämpligt för fotografering genom optiska enheter, makrofotografering och användning av speciell optik, inklusive skiftlinser [32] . Till skillnad från avståndsmätarkameror beror noggrannheten för manuell och automatisk fokusering med en reflexsökare inte på objektivets brännvidd [ 33] [34] . Jämfört med kompakta digitalkameror erbjuder DSLR:er snabbare prestanda och bättre kontroll över bilden, synlig utan elektronisk konvertering, med alla optiska nyanser.
Nackdelarna med reflexsökaren inkluderar dess skrymmande och komplexitet, vilket är särskilt märkbart i jämförelse med de senaste spegellösa kamerorna [30] . Dessutom gör närvaron av en rörlig spegel det svårt att designa kortfokusoptik på grund av behovet av att förlänga det bakre segmentet . Retrofokusdesignen hos vidvinkelobjektiv för SLR-kameror anses vara mindre perfekt än den symmetriska designen som används i all annan typ av utrustning. Spegelns snabba rörelse omedelbart före fotografering leder till vibrationer som är oacceptabla vid exponeringsögonblicket [34] . Komplexiteten i fokuseringsbanan och närvaron av ytterligare optiska element med hög precision, såsom en pentaprisma och en fokuseringsskärm , leder till en ökning av kostnaden för hela strukturen [30] . Det ömsesidiga arrangemanget av elementen i sökaren och autofokusmodulen kräver finjustering , vilket bestämmer riktigheten av manuell och automatisk fokusering. En annan nackdel med spegelsökaren är begränsningen av den maximala frekvensen för kontinuerlig fotografering på grund av trögheten hos spegeln och dess enheter [17] .
Samtidigt har den elektroniska sökaren för spegellösa digitalkameror samma fördelar som den reflexkamera, som visar den framtida bilden på LCD-skärmen . De traditionella nackdelarna med en sådan sökare - överhettning av fotomatrisen med bildförsämring, låg upplösning på skärmen och dess möjliga exponering för starkt ljus - övervanns i början av 2010 -talet på grund av de kraftigt förbättrade egenskaperna hos fotomatriser, TFT-skärmar och deras kostnadsminskning. Och användningen av en elektronisk sökare av okulartyp förhindrar överstrålning och för fotograferingstekniken närmare den traditionella "spegel". Fördröjningen av den elektroniska bilden, märkbar på de första modellerna av kompakt utrustning, har reducerats till nästan noll med en ökning av processorhastigheten [14] . Samtidigt är slutarfördröjningen för moderna spegelfria kameror jämförbar med SLR-kameror, där denna parameter också överstiger prestanda för avståndsmätare och skala kameror på grund av närvaron av en rörlig spegel. En sådan fördel med den optiska sökaren som energioberoende är sekundär i digitala enheter, men det minskar strömförbrukningen avsevärt, särskilt i standby-läge.
Användningen av en elektronisk sökare i digitala SLR-kameror av klassisk design är omöjlig på grund av det faktum att den ljuskänsliga matrisen under siktet stängs av en slutare och en spegel som säkerställer driften av det optiska siktet. I januari 2006 introducerade Olympus SLR-kameran E-330 , som för första gången implementerade möjligheten att beskära en bild som erhållits inte från en extra matris som ligger i sökarens optiska väg, utan från den huvudsakliga [35] . För att göra detta växlas kameran till ett läge som har fått handelsnamnet "Live View". I detta läge utförs sikten med spegeln uppåt och slutaren öppen på samma sätt som i alla andra typer av digital utrustning. Den optiska sökaren fungerar inte i det här fallet eftersom den är täckt av en upphöjd spegel [* 1] . Strax före fotografering stängs slutaren och tar sedan en eller flera exponeringar, beroende på inställt matningsläge. Spegeln förblir uppe tills Live View-läget stängs av.
Närvaron av detta läge gör att du kan öka bekvämligheten med syn, inklusive med hjälp av en roterande display, och gör SLR-kameran lämplig för videoinspelning. Dessutom blir ytterligare en fördel med den elektroniska sökaren tillgänglig: fjärrvisning på datorskärmen [36] . De modernaste modellerna kan visa en bild på skärmen på en extern smartphone ansluten via trådlösa protokoll [37] . Men när läget slås på ökar strömförbrukningen och matrisuppvärmningen kraftigt, och de flesta fördelarna med en optisk sökare framför en elektronisk sökare går förlorade, främst fasautofokus. I de första enheterna, till exempel Canon EOS 5D Mark II , när autofokusläget var på, var det inte möjligt alls, för när spegeln höjdes nådde inte ljuset sensorn. I efterföljande modeller eliminerades denna nackdel genom användningen av kontrastautofokus, men dess hastighet är mycket lägre än fas ett, som fungerar i vanliga fotograferingslägen. Dessutom är standard -TTL-exponeringsmätaren ur funktion på grund av att dess sensor är blockerad av en upphöjd spegel. I detta fall kopplas alternativ mätning på direkt av matrisen. För närvarande (2018) anses närvaron av "Live View"-teknik vara obligatorisk inte bara i konsumentklassad spegelutrustning, utan även i professionell [38] .
Möjligheten att använda utbytbara linser utan begränsningar, tillgången till makrofotografering , såväl som speciella typer av fotografering genom optiska instrument som ett mikroskop , teleskop eller endoskop är de viktigaste faktorerna som bidrar till populariteten för digitala enlinsreflexkameror som är lämpliga för alla tillämpningar [34] .
Eftersom designen av de flesta digitala SLR-kameror är baserad på filmprototyper, används samma objektiv och standarder för objektivfäste, med hänsyn tagen till beskärningsfaktorn på grund av sensorns lilla storlek . För att kompensera för den konventionella "förlängningen" av brännvidden har huvudtillverkarna utvecklat nya standarder som är kompatibla med de tidigare: till exempel lanserade Canon en ny serie kameror och objektiv enligt EF-S- standarden , baserade på Canon EF film . Det nya fästet accepterar gammal standardoptik utan begränsningar, men bakåtkompatibiliteten är begränsad, speciellt för optik med kort kastlängd på grund av dess förkortade baksektion [39] . Nikon DX- standarden är anordnad på ett liknande sätt , med undantag för det bakre segmentet, som förblev oförändrat [40] . Dessutom kan nya linser innehålla avancerade elektroniska kretsar ( elektromagnetiskt hoppande diafragma , optisk stabilisator , etc.) som inte fungerar med äldre kameror. De flesta av dessa optik har ett reducerat linssynfält , designat för en liten sensor, och montering av dem på en fullformatskamera resulterar i vinjettering i ramens hörn.