Затвор фотоаппарата что это
Затвор фотоаппарата
Что такое затвор фотоаппарата? Для чего нужен затвор фотоаппарата?
Затвор фотоаппарата играет одну из важнейших ролей в захвате изображения на пленку или цифровую матрицу. Главная задача затвора — это регулирования продолжительности прохождения светового потока через оптическую систему камеры на светочувствительный элемент фотоаппарата.
Если вам знакомо слово «выдержка» (время захвата изображение фотокамерой), то затвор фотоаппарата — это главное устройство, которое позволяет контролировать это время.
Что происходит в момент съемки с затвором?
Затвор фотоаппарата — это механическое устройство. Затвор представляет собой в большинстве случаев шторки (вертикальные или горизонтальные). Нужно понимать, что существует минимальное время, за которое эти шторки успеют открыться и закрыться, позволив свету пройти на пленку или матрицу, проэкспонировав кадр.
Так выглядит механизм затвора фотокамеры:
Так выглядит затвор на плёночной камере при открытии крышки сзади:
Так как же работает затвор фотоаппарата в том случае, если выдержки становятся сверхкороткими (1/5000 или 1/7000). В этом случае в цифровых фотоаппаратах предусмотрен цифровой затвор, регулируемый электроникой и матрицей. Физический затвор фотоаппарата при сверхкоротких выдержках успевает открыться и закрыться на своей максимальной скорости, в момент чего, на матрицу поступает цифровой сигнал для начала захвата изображения и через мгновение сигнал о прекращении реагирования на световой поток.
Вы спросите: зачем тогда вообще нужны шторки в фотоаппарате (затвор фотоаппарата). Так вот в современных цифровых фотоаппаратах в большинстве случаев затвор играет роль защиты матрицы от попадания на нее пыли и грязи, что может навсегда вывести ее из строя. А матрица фотоаппарата — это самый дорогостоящий элемент цифровой фотокамеры.
Так выглядит матрица цифровой камеры, когда поднято зеркало и открыта шторка затвора:
Матрица или пленка не видна, так как полностью закрыта зеркалом, которое позволяет видеть в видоискателе точную картинку из объектива:
NT1201: Цифровая фотография
Затвор фотоаппарата — это специальный механизм, который нужен для пропускания света на матрицу фотоаппарата в течение нужного промежутка времени (выдержки).
Конструкции затворов многочисленны и разнообразны. Наиболее распространен шторный затвор, состоящий из двух тканевых или металлических шторок, которые в момент съемки образуют между собой щель разной ширины (в зависимости от величины выдержки), которая “бежит” вдоль кадра, давая нужному количеству света попасть на матрицу.
Работа затвора пленочного фотоаппарата
Работа затвора цифрового фотоаппарата
Выдержка — это время, в течение которого матрица фотоаппарата подвергается воздействию света, проходящего через объектив.
Пример работы затвора фотоаппарата
Выдержка обозначается в секундах, при этом они обозначаются числом с двойным штрихом (») вместо десятичной запятой, символизирующим секунду (2»5, 0»8), либо, гораздо чаще, в долях секунды, причем указывется только знаменатель, а числитель принимается равным 1, то есть выдержка 60 означает время 1/60 секунды. Символ “В” (от английского слова “Bulb”) означает, что матрица фотоаппарата будет открыта для попадания света неограниченое время. Когда фотограф нажимает кнопку спуска, затвор открывается. Когда кнопка нажимается второй раз, затвор закрывается. С помощью этой функции можно получить выдержку в несколько часов, что может пригодиться при фотографировании звездного неба.
Электронный затвор
В первых пленочных фотоаппаратах затвор был механическим устройством. В современных цифровых камерах затвор выполнен в виде электронной схемы, которая управляет процессом считывания информации с матрицы. Для простоты понимания электронный затвор можно представить в виде специальной электронной схемы, которая в течение определенного времени (выдержки) подает напряжение на матрицу, при этом все остальное время матрица обесточена.
Электронным часто называют электронно управляемый механический затвор.
В зависимости от метода считывания информации с матрицы выделяют два вида электронных затворов: кадровый затвор (Global Shutter, глобальный затвор, картинка формируется полностью) и скользящий затвор (Rolling Shutter, технология построчного считывания).
При кадровом затворе цифровое изображение формируется мгновенно, так же как и при фотографировании, т.е. все пиксели матрицы, отведенные для работы, передают информацию одновременно. Время работы сенсора равно выдержке, которая устанавливается в фотоаппарате заранее.
При скользящем затворе цифровое изображение строится не мгновенным считыванием информации с матрицы, а последовательным ее сканированием. Т.е. информация с сенсора передается не вся сразу, а построчно — сверху вниз, при этом затвор как бы скользит по кадру. Опять же, понятие затвора здесь условно и не имеет никакого отношения к механической реализации.
Упрощенно работу электронных затворов можно показать на следующих картинках:
Применение электронного затвора позволяет достичь коротких выдержек без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов.
Виды затворов фотоаппарата
Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение – пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице, которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени, во время которого открывается затвор, носит название «выдержка». Особенностью цифровых аппаратов является установка затворов, которые могут закрываться и открываться с очень большой скоростью, благодаря этому время выдержки (засветки матрицы) регулируется с высокой точностью. Для специалистов очень важно, чтобы фотооборудование обладало такой точностью, а также большим диапазоном. При большой выдержке на матрицу попадает и большее количество света. Затвор современных цифровых фотоаппаратов, особенно для профессионального использования, может качественно управлять выдержкой. В тоже время этот элемент защищает матрицу от засветки, которая может происходить при считывании изображения, в самом начале экспозиции.
Виды затворов
Затворы могут иметь различия в своей конструкции, а также в принципе закрытия. По таким особенностям разделяют данные элементы на электронные и механические. В различных моделях цифровой фотоаппаратуры устанавливается электронный затвор, он встраивается непосредственно в сенсор камеры.
Электронный затвор
В нужный момент включает сенсор на прием светового потока, по команде процессора потом выключает его. Работой такого затвора управляет процессор фотоаппарата, его электронное оборудование. При использовании такого электронного элемента на матрицу световой поток попадает постоянно, благодаря этому изображение с матрицы передается на ЖК-дисплей цифрового аппарата. Считывается такое изображение за определенное время, которое длится между обнулением матрицы и моментом, когда считывается электронная информация. Это время и составляет величину выдержки, которой характеризуется фотоаппарат. Благодаря электронным затворам фотограф может использовать короткие выдержки, даже до 1/15000с. Работа электронного затвора отличается отсутствием шума и вибрации. Единственное, при использовании такого затвора можно наблюдать и низкое качество изображения, так как чтение ячеек матрицы происходит последовательно. Для того чтобы избежать искажения изображения, таких неприятных эффектов, как ореол, блюминг, профессиональное фотооборудование обеспечивается еще и механическим затвором.
Механический затвор
Обеспечивает дополнительную защиту матрицы от попадания мелкой грязи и пыли. Он также выполняет и такую важную функцию, как дозирование попадания света на светочувствительный элемент фотоаппарата, то есть на матрицу. Благодаря механическому затвору дорогостоящая матрица сохраняет свои высокие технические качества. Для такого затвора характерен определенный срок службы.
Механические затворы также подразделяются на две группы – шторные и центральные.
Центральный затвор
Представляет конструкцию из тонких пластинок (лепестков), открывающихся к краям и закрывающихся в обратном направлении, поэтому световой поток распределяется равномерно. Он устанавливается между линзами объектива. Наибольшую ценность для профессионалов имеют те затворы, в которых заслонки открываются очень быстро.
Шторные затворы
Обладают более высокой скоростью и большей моментальной выдержкой. В конструкции шторного затвора используются две части (шторки), которые между собой разделяются щелью. В нее проникает из объектива световой поток. Когда срабатывает щелевой затвор, его первая шторка открывает кадровое окно, вторая закрывает. От ширины щели, которая образовывается между шторками, зависит величина выдержки. Принцип действия шторного затвора, при котором перемещаются шторки, может привести к искажению некоторых объектов снимка. Но данный затвор обеспечивает обработку коротких выдержек и имеет высокий коэффициент действия.
Электронно-оптический затвор
В цифровых фотоаппаратах может использоваться еще и электронно-оптический затвор, который представляет собой жидкий кристалл, расположенный между двумя поляризованными пластинами. Через этот кристалл протекает световой поток, потом он попадает на оптический преобразователь.
Затвор является важным элементом работы любого фотооборудования. Основной принцип работы любого вида затворов – это открытие во время фотографирования, пропуск световых лучей. Когда световой поток попадает на светочувствительный элемент, производится экспонирование кадра. Следующий этап – закрытие затвора, что позволяет приступить к следующему снимку. Затвор играет очень важную роль в конструкции фотоаппарата. О сайте fotomtv.
Что такое затвор фотоаппарата и для чего он нужен
Одной из важных составных частей любого фотоаппарата является его затвор. Он нужен для регулирования светового потока, однако в отличие от диафрагмы, здесь это происходит за счет выдержки.
В начале зарождения фотографии роль затвора выполняли специальные пластины. На каком-то этапе развития фотографии его роль выполняла крышка объектива. Фотограф сам снимал ее и надевал обратно к концу экспонирования, вымеряя нужные секунды. Сегодня, безусловно, фототехника далеко ушла от подобных способов. Итак, разберем все по порядку, что такое затвор фотоаппарата и для чего он нужен.
Механический затвор фотоаппарата
Механический затвор состоит, как правило, из привода и шторок. Процессор фотоаппарата перед производством спуска передает сигнал на открытие шторок. В этот момент на матрицу или пленку начинает поступать свет. Светочувствительные элементы экспонируют кадр на протяжении заданного фотографом времени. По истечении данного времени процессор завершает экспонирование и передает приводу сигнал на закрытие шторок.
Подобный процесс протекает моментально в зависимости от выдержки, которая в большинстве случаев равна сотым долям секунды. Однако современные зеркальные и беззеркальные фотоаппараты обладают возможностью экспонировать всего лишь на протяжении 1/8000 секунды или же держать затвор открытым 30 секунд по предустановке, а с помощью тросика и режима BULB – сколь угодно долго.
Устройство хотя и кажется простым, состоящим из двух основных частей, все же остается достаточно хрупким. Наверно нет в фотоаппарате других более подверженных постоянному движению частей. Представьте себе хотя бы свадебного фотографа и использование им серийной съемки. За одну свадьбу фотограф приносит с собой до пары тысяч снимков. А каков же ресурс современного устройства? Для фотоаппаратов начального класса он составляет около 50 000 снимков, для полупрофессионального сегмента – 100 000 кадров, для профессиональной линейки фотоаппаратов – 200 000 снимков. Далее затвор, конечно, работает, и не дает видимых дефектов, но никаких гарантий обещанного ранее результата производитель не дает.
Что делать, когда устройство вышло из строя? Стоимость нового не мала, работа по его замене трудоемка и связана с разбором мелких деталей. Именно поэтому сервисы выставляют ценники от 7000 рублей за любительские фотоаппраты и до 35000 рублей за профессиональные. А это значит, что поменять затвор стоит около 25% от цены самой тушки. Так что удовольствие не из дешевых, но весьма обязательных. Затвор фотоаппарата может работать и более заявленного ресурса, а может сломаться и уйти в отказ. После работ по замене часто требуется юстировка, так как бывают случаи, что он не срабатывает на некоторых выдержках, на которых по техническим данным должен работать.
Понятие синхронизации со вспышкой
Так как шторки на коротких выдержках работают в паре – первая шторка еще не открылась полностью, а вторая уже начинает движение на закрытие, то возникают проблемы при использовании вспышки. Такая технология позволяет получить матрице естественный свет за нужный промежуток времени, но что делать со вспышкой, которая дополняет свет и работает импульсно? Она ведь не может светить несколько секунд.
Выдержка при использовании вспышек часто не может быть выставлена более выдержки синхронизации. Это такая выдержка, в течение которой может быть открыта вся матрица, чтобы в этот момент получить импульсный свет вспышки. При более коротких выдержках вспышка осветит лишь часть матрицы, кадр будет испорчен. Поэтому понятие выдержки синхронизации напрямую связано со скоростью движения шторок и указывается в технических характеристиках фотоаппарата.
Электронный затвор
Постепенно механические затворы вытесняются более надежными, дешевыми и перспективными электронными. В некоторых случаях в фотоаппаратах уже встраивают оба вида. Что такое электронный затвор и в чем его плюсы? Это не устройство, а способ регулировки выдержки с помощью электронных алгоритмов. Специальные сигналы дают матрице команды на получение информации от света и на обнуление. Например, матрице может быть сообщено, что считывать «картинку» необходимо 1/500 секунды. Далее полученная информация поступит в процессор на обработку, а матрица, обнулившись, будет ждать новых команд. Таким образом регулировка количества света, который получает матрица происходит без механических шторок и движущихся механизмов. Что это дает? Какие горизонты открывает?
У электронных затворов есть и специфические недостатки. Это и искажения изображения из-за построчного считывания, и ореолы, вызванные спецификой применяемых полупроводников (понятие блуминга), также матрица менее защищена.
Таким образом, затвор – устройство, которое недооценивают начинающие фотографы. Лишь столкнувшись с ограничениями, окончанием его ресурса фотограф начинает задумываться о нем. Поэтому лучше узнать как можно раньше про эту составную часть фотоаппарата, которая ограничивает срок его службы. Сегодня имеется возможность выбрать фотоаппарат с разными ресурсами затвора или вовсе перейти на электронный вариант.
Режимы работы затвора фотоаппарата. Механический, с электронной передней шторкой, бесшумный. Когда какой использовать?
Что такое затвор фотоаппарата?
Слово «щёлкнуть» часто употребляется в значении «сделать фото». Но что именно щёлкает в камере? Одна из неотъемлемых деталей — механический затвор.
Модуль затвора фотоаппарата Nikon D750
Затвор необходим для точной отработки выдержки (времени съёмки). Для правильной экспозиции кадра требуется исключительная точность. Затворы бывают разные: центральные расположены в объективе, а фокальные устанавливаются непосредственно перед матрицей, в фокальной плоскости. Последние используются в современных зеркальных и беззеркальных камерах. В плёночных фотоаппаратах часто применялись затворы с тканевыми шторками. Это уже давно в прошлом, но слово «шторка» осталось в обиходе. Сейчас затворы состоят из нескольких заслонок-ламелей.
Работа затвора на Nikon Z 7. Серийная съёмка в режиме Cl, 3 кадра в секунду, электронный спуск передней шторки.
Как работает затвор фотоаппарата? Принцип прост: в начале съёмки открывается передняя шторка (ламелевая заслонка), и свет попадает на матрицу. По истечении времени выдержки вторая шторка закрывает матрицу и заканчивает съёмку. Это один цикл срабатывания. Конечно, описание упрощённое, и затвор работает несколько иначе на выдержках короче выдержки синхронизации (и это важно для студийной съёмки), но сам принцип именно такой.
«Пробег» фотоаппарата и гарантированный ресурс затвора
Как и любая механическая деталь, затвор камеры со временем изнашивается. Чтобы охарактеризовать надёжность затвора, производитель тестирует его и вычисляет гарантированный ресурс работы затвора. У профессиональных камер он составляет от 150 до 500 тысяч циклов. Это не означает, что в дальнейшем ваш фотоаппарат придёт в негодность, иногда затворы «бегают» значительно дольше. Показатель нужен скорее производителю, чтобы охарактеризовать класс надёжности модели затвора. На пробег фотокамеры по аналогии с пробегом автомобиля часто смотрят покупатели при покупке бывшей в употреблении фототехники.
Обратите внимание: мы говорим не о количестве сделанных фотографий, а о количестве срабатываний затвора. В современной цифровой технике это разные величины. К примеру, на зеркалах в режиме Live View при съёмке одного кадра затвору придётся пройти целых три цикла: открыть затвор для активации Live View, закрыть затвор для начала экспозиции, открыть затвор для съёмки, закрыть для завершения экспозиции, открыть для активации Live View, закрыть для выхода из режима Live View. При этом на беззеркалке при работе с электронным затвором приходится ноль циклов на кадр, ведь механика здесь не задействована. В этой статье вы узнаете, почему так происходит.
EXIF, открытый с помощью сервиса Jeffrey’s Image Metadata Viewer. У камер Nikon есть отдельный пункт, характеризующий количество циклов срабатывания механического затвора.
Отдельный пункт в EXIF отображает, сколько кадров было сделано на фотоаппарат. В нашем случае количество сделанных кадров превысило количество циклов срабатывания затвора. Это говорит о том, что камерой много снимали с электронным (бесшумным) затвором.
Отметим, что даже в EXIF у современных аппаратов Nikon отдельно прописывается количество циклов срабатывания затвора и количество сделанных снимков. Если первая цифра больше второй, можно сделать вывод, что камерой пользовались в режиме механического затвора. Если наоборот — съёмка велась в режиме электронного затвора. Чтобы увидеть в EXIF всю информацию, необходимо посмотреть необработанный файл.
Режимы работы затвора фотоаппарата
Механический затвор. Это традиционный режим работы затвора. На сегодняшний день он не имеет никаких практических ограничений, кроме минимальной выдержки (в современных камерах составляет 1/4000 или даже 1/8000 с). Режим позволяет работать со вспышками, не даёт заметных искажений и подходит для съёмки с пульсирующим светом (например светодиодные, энергосберегающие лампы).
Съёмка начинается в тот момент, когда шторки закрыты. При старте экспозиции передняя шторка открывается, и свет попадает на матрицу. По истечении времени выдержки вторая шторка затвора закрывает матрицу. Кадр сделан.
Мы описали классический вариант работы механического затвора на зеркальной камере. При визировании через оптический видоискатель затвор непрерывно (исключая время съёмки) находится в закрытом состоянии.
Механический затвор на беззеркалках. На беззеркалках и на зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View процесс съёмки с механическим затвором несколько отличается. Для визирования картинки через Live View затвор должен быть открыт до и после съёмки. До тех пор пока вы не нажмёте на кнопку спуска, затвор зафиксирован в открытом состоянии, изображение с матрицы транслируется на экран и электронный видоискатель. При нажатии кнопки спуска затвор сначала закрывается, чтобы обнулить сигнал с матрицы. Теперь передняя шторка открывается, и происходит экспозиция. Чтобы закончить её, вторая шторка закрывается. Съёмка закончена, но затвор надо вернуть в открытое состояние, чтобы продолжить визирование в Live View. Дополнительный шаг — открытие шторок.
Обратите внимание, что для съёмки одного кадра необходимо два цикла срабатывания затвора. Получается, что на беззеркальных аппаратах в таком режиме износ затвора увеличивается вдвое. Поэтому в беззеркалах Nikon Z режим не используется по умолчанию, камера отдаёт предпочтение спуску с электронной передней шторкой.
Работа механического затвора на камере Nikon Z 7, замедленная в 5 раз. Видно, как сначала шторка закрывается, а потом открывается. Итого два цикла срабатывания на одно нажатие кнопки спуска.
Спуск затвора с электронной передней шторкой (Electronic First Curtain Shutter, EFCS)
Современные камеры могут начать съёмку при открытом затворе. Как это работает? При нажатии кнопки спуска фотоаппарат начинает экспозицию кадра, используя электронную переднюю шторку. Механика не задействуется, матрица обнуляется сама. По истечении выдержки в ход идёт задняя механическая шторка: она заканчивает съёмку и закрывает затвор. Далее затвор снова открывается для получения картинки Live View. Здесь один кадр равен одному циклу срабатывания затвора.
Работа спуска с электронной передней шторкой. Видно, что в момент нажатия на кнопку спуска механические детали неподвижны, шторка не опускается. Механическая задняя шторка задействована только в конце съёмки.
На зеркальных камерах Nikon такой режим работы затвора тоже встречается. На Nikon D7500, Nikon D500, Nikon D810 он доступен в режиме предподъёма зеркала. А в Nikon D850 затвор с электронной передней шторкой может работать и в режиме тихой съёмки Q и Qc.
Активация спуска с электронной передней шторкой в меню зеркальной камеры Nikon D850
Кроме снижения износа механических деталей затвора, EFCS позволяет избавиться от микросмаза — небольшого падения резкости изображения на выдержках порядка ½–1/100 с из-за вибрации внутренних деталей камеры, возникающих в основном вследствие срабатывания механической передней шторки.
Ограничение у режима одно: EFCS иногда даёт различные артефакты на очень коротких выдержках. Например, к началу экспозиции на старых объективах может не успеть закрыться диафрагма. Поэтому в камерах Nikon в этом режиме доступны выдержки до 1/2000 с. Если выбран автоматический выбор режима работы затвора, при выборе более короткой выдержки вы активируете механический затвор.
Выбор режимов работы затвора в Nikon Z 7. Механический затвор, спуск с электронной передней шторкой.
На беззеркальных Nikon Z 6, Nikon Z 7 и новинке Nikon Z 50 доступны все описанные режимы работы затвора. В меню «Тип затвора» можно выбрать опцию «Авто», тогда камера сама будет определять, какой тип затвора использовать. Механический активируется при работе на выдержках короче 1/2000 с, в остальное время будет использоваться затвор с электронной передней шторкой.
Дисплей фотокамеры Nikon Z 50: кроме прочей съёмочной информации, отображается и режим работы затвора. Иконка с буквой А говорит о том, что выбран авторежим.
Электронный (бесшумный) затвор. Но можно пойти ещё дальше и заменить не одну, а обе шторки электроникой. В таком случае механические элементы затвора не задействуются вообще, съёмка происходит абсолютно бесшумно. Да и вибраций никаких нет, а значит исключается риск микросмаза.
Но есть и ограничения. Во-первых, сигнал с современных матриц считывается построчно, и при съёмке движения объекты в кадре могут деформироваться. Это называется RollingShutter или эффект желе. На разных фотоаппаратах этот недостаток выражен в разной степени.
Эффект желе: фотоаппарат двигался во время съёмки, кадр деформировался.
Эффект желе делает недоступным для съёмки с электронным затвором такие сюжеты как спорт, динамичный репортаж, да и снимать из окна едущего автомобиля тоже вряд ли получится.
Также при работе с электронным затвором пульсирующие источники света (светодиодные и люминесцентные лампы) будут давать неприятный эффект в виде полосок по всему кадру. Избавиться от него можно, если удлинить выдержку.
Освещение бытовой люминесцентной лампой. При использовании электронного затвора и короткой выдержки получаются горизонтальные полосы.
Кадр с теми же экспопараметрами, но использован спуск с электронной передней шторкой. Полос нет.
Электронный затвор. Использована длинная выдержка. Полос нет.
А ещё с электронным затвором не получится использовать ни студийные, ни накамерные вспышки. Зато в остальных ситуациях он очень удобен. Пейзажная, интерьерная, архитектурная, постановочная портретная и предметная фотография с естественным светом и даже неспешный репортаж — всё это ему по плечу. Режим идеален, когда мы не хотим привлекать к себе внимание щелчками фотокамеры.
Выбор бесшумной съёмки с электронным затвором в быстром меню на камере Nikon Z 7
Выбор бесшумной съёмки с электронным затвором в основном меню фотокамеры Nikon Z 7
Отдельный плюс этого режима — в нём вообще не изнашиваются механические детали затвора, так как он не задействован в работе.
Бесшумный электронный затвор имеют камеры Nikon D500, Nikon D850, Nikon D5, Nikon Z6, Nikon Z7 и Nikon Z 50.
Мы познакомились с тремя вариантами работы затвора, которые присутствуют во всех современных фотоаппаратах. Теперь вы знаете их плюсы и минусы и можете эффективно использовать в работе каждый из них.