Затвор

Ф03 · выдержка · КПД · типы
матрица — следующая пара

Элементы ЦФК

Затвор ограничивает время экспонирования

Затвор

Устройство для регулирования выдержки, то есть длительности воздействия света на фотоматериал или матрицу фотоаппарата. Один из двух основных инструментов управления экспозицией.

Выдержка

Интервал времени, в течение которого свет экспонирует матрицу. Одна из двух составляющих экспозиции.

Ряд стандартных выдержек меняет экспозицию в два раза:
1 · 1/2 · 1/4 · 1/8 · 1/15 · 1/30 · 1/60 · 1/125 · 1/250 · 1/500 · 1/1000…

Влияние выдержки на смаз движущегося объекта

КПД затвора

КПД = t_эфф / t_полндоля времени с полным пропусканием света

Оба графика в один момент. Идеальный короче и прямоугольный; реальный длиннее — плавный подъём, пик и симметричный спуск.

Классификация затворов

По приводу

Механические

Привод пружинный или часовой; выдержка задаётся механикой. Работают без электроники, но изнашиваются и хуже держат короткие времена.

Электронно-механические

Шторки или лепестки механические, а время выдержки задаёт электроника (электромагниты, датчики). Точнее шкала, привычный DSLR / беззеркалка.

Электронные

Нет механических заслонок: экспозицию задаёт сброс и считывание матрицы. Тише, без износа, очень короткие выдержки; бывают глобальный и скользящий.

Классификация затворов

По расположению

Фокальные (шторные) — у кадрового окна, перед матрицей.
Апертурные (лепестковые) — между линзами, у апертурной диафрагмы.

Классификация затворов

По конструкции заслонок

Шторно-щелевой

Характерен для фокальных затворов. Две шторки движутся параллельно фокальной плоскости; щель задаёт выдержку.

Апертурные (лепестковые)

Заслонки между линзами у апертурной диафрагмы; весь кадр открывается сразу.

Реже

Затвор типа «жалюзи»
Периферийный затвор
Дисковый секторный затвор
Фокальный шторный

Шторки стараются приблизить к апертурной или фокальной плоскости.

Апертурный затвор

Располагается между линзами объектива в плоскости вблизи апертурной диафрагмы. Особенность — одновременное и равномерное экспонирование всей площади кадра, не зависящее от точности настройки механизма. Искажения формы быстродвижущихся объектов исключены.

Достоинства

Простота конструкции и компактность
Большой ресурс при невысокой стоимости
Равномерность экспонирования всей площади кадра
Отсутствие искажения быстро движущихся объектов
Шум и вибрации практически отсутствуют

Недостатки

Неудобство использования со сменной оптикой

Апертурные затворы делят на щелевые, центральные и типа «жалюзи».

Центральный затвор (лепестковый)

Разновидность апертурного затвора: заслонки открывают отверстие объектива от центра к краям и закрывают в обратном порядке.

Преимущества

Минимум искажений
Равномерное распределение освещённости
Синхронизация со вспышкой
Термоустойчивость

Недостатки

Ограниченная максимальная скорость затвора 1/4000

Фокальный затвор (шторный)

Заслонки расположены вблизи фокальной плоскости объектива, то есть непосредственно перед матрицей.

Преимущества

Короткие выдержки (до ~1/8000 с)
Удобство со сменной оптикой
Высокий КПД на коротких выдержках

Недостатки

Искажение быстродвижущихся объектов
Ограничение синхронизации со вспышкой
Шум и вибрация механики

Живая схема: глобальный и щель

Электронно-механический (EFCS)

Электронная передняя шторка, механическая задняя. Меньше вибрация и износ. На очень коротких — ошибки экспозиции по полю.

Электронный затвор

Устройство отработки выдержек, основанное на регулировке времени считывания с матрицы. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания с неё информации.

Преимущества

Возможность достичь более коротких выдержек (в том числе и выдержки синхронизации со вспышкой)
Серийная съёмка с высокой частотой
Отсутствие движущихся частей, подверженных износу
Не снижает резкость снимков из-за тряски
Бесшумность

Делятся на

затворы с построчным считыванием (шторные, скользящие, rolling-shutter)
затворы с кадровым считыванием (глобальные, global, total)

Электронные затворы с построчным считыванием (шторные, скользящие, rolling-shutter)

Сброс и считывание заряда происходят построчно — сверху вниз или снизу вверх. Каждая строка матрицы начинает экспонироваться с небольшой задержкой относительно предыдущей. В результате моменты начала и окончания экспозиции для разных строк различаются.

Преимущества

Простота и дешевизна

Недостатки

Эффект роллинг-шаттера — искажение изображения быстро движущихся объектов, вызванное построчным считыванием

«Эффект роллинг-шаттера» выражен гораздо сильнее, чем у механических затворов из-за низкой скорости считывания.

Электронные затворы с кадровым считыванием (глобальные, global)

Все пиксели матрицы начинают и заканчивают накопление заряда одновременно. Это достигается за счёт наличия у каждого пикселя собственной ячейки памяти, куда мгновенно переносится накопленный заряд после окончания экспозиции. Затем считывание происходит последовательно, но уже с сохранённых значений.

Преимущества

Отсутствие геометрических искажений
Идеальная синхронизация со вспышкой

Недостатки

Сложнее и дороже в производстве

Такой затвор впервые использован в фотоаппарате Sony α9 III, выпускающемся с весны 2024 года.

Вопросы по теме:

Какие преимущества имеет шторно-щелевой затвор?
Какой затвор установлен в вашей камере/смартфоне (укажите примерную модель)?
На что влияет выдержка?
Какую функцию выполняет затвор?
Что такое глобальный затвор?
Укажите стандартный набор выдержек

Конспект · далее: матрица