Механический затвор

Эта статья — продолжение цикла статей о вопросах, поднятых ранее в статьях ‘Шум затвора‘ и ‘Недостатки современных DSLR камер‘.

Механический затвор

Механический затвор

В современных цифровых камерах используются фокальные затворы шторно-щелевого типа с вертикальным ходом шторок. Это означает, что такой затвор расположен сразу перед матрицей фотоаппарата, состоит из шторок, которые двигаются вертикально (обычно сверху-вниз и обратно).

Ниже наглядно показано, как происходит спуск затвора:

Видео 1.

Обратите внимание на то, как сильно трясет зеркало после его подъема и возврата, а также на то, как чудовищно содрогаются шторки затвора. На видео видно, что шторки затвора состоят из нескольких частей (так называемые ламели или ‘жалюзи’).

Видео 2.

На этом видео можно заметить щель, которая формируется во время движения шторок затвора.

Видео 3.

Полноформатная камера и кропнутая камера.

Видео 4.

Трясет не только зеркало и жалюзи затвора, но и лепестки диафрагмы.

И немножко рассуждений насчет затвора, на примере камеры Nikon D80.

Выдержка синхронизации этой камеры составляет 1/200 секунды. Это означает, что именно такой промежуток времени нужно шторкам затвора для прохождения расстояния, равного высоте матрицы.

Если нужно проводить съемку на выдержках длиннее или равной выдержке синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:

  1. Открывается первая шторка, на это тратит 1/200 секунды.
  2. Проводится экспозиция, в это время матрица остается полностью открытой. Возьмем в качестве примера выдержку 1/60 секунды. Вторая шторка начнет свое движение через 1/60 секунды после начала движения первой шторки.
  3. Вторая шторка закрывается, на это тратится 1/200 секунды.
  4. Шторки поднимаются вместе, в начальное положение.

На таких выдержках легко синхронизировать вспышку и работу затвора. Обычно вспышка срабатывает после первой шторки (как только затвор полностью открывает матрицу), либо перед началом движения второй шторки (перед закрытием затвора). Например, импульс моей вспышки Nikon SB-910 имеет длительность от 1\800 с до 1\40.000 с в зависимости от мощности. Во время срабатывания вспышки матрица камеры полностью открыта и нет никаких проблем с синхронизацией.

Если нужно проводить съемку на выдержках короче выдержки синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:

  1. Открывается первая шторка.
  2. Вторая шторка не ожидает полного открытия матрицы и начинает свое движение вслед за первой. Задержка второй шторки как раз и определяет время экспозиции. Возьмем в качестве примера самую короткую выдержку, допустимую для Nikon D80 — 1/4000 с. В таком случае вторая шторка начинает свое движение через 1/4000 с после начала движения первой шторки и таким образом две шторки двигаются вместе, формируя движущуюся щель, которая и производит экспозицию.
  3. Шторки поднимаются вместе в начальное положение.

На таких выдержках синхронизировать работу вспышки с затвором сложно. Если вспышка сработает только в какой-то определенный момент, то на снимке мы получим полосу, которая формируется щелью затвора. Чтобы обойти такое ограничение, применяют вспышки с высокоскоростной синхронизацией, которые «светят» все время движения обеих шторок, для избежания появления полос.

Интересно, но если мы проводим съемку на 1/60 секунды, то на самом деле затвору требуется куда больше времени на свою работу. Так, тратится 1/60 с на спуск первой шторки и ожидание второй, 1/200 с на движение второй шторки и как минимум еще 1/200 с на подъем обеих шторок в изначальное положение (идеальный случай, в реальности времени нужно больше). Итого 1/60 + 1/200 + 1/200 = 2/75 с. Если убрать ограничения на работу зеркала, диафрагмы и процессора камеры, то за одну секунду при идеальных условиях можно будет снять не больше 38 кадров, и это является механическим ограничением серийной съемки.

В то же время, камеры, использующие электронный затвор, которому не нужно тратить время на движения шторок, уже сейчас без проблем позволяет снимать со скоростью 60 кадров в секунду в режиме фото (в качестве примера посмотрите на Nikon 1 J1). Только представьте себе, как полезно было бы для фоторепортеров и фотографов снимающих спорт, фотографировать определенные события с такой огромной скоростью. Для примера, самая быстрая зеркальная камера на 2014 год — Canon 1DX, снимает максимум со скоростью 14 кадров в секунду, что в 4 раза ниже чем 60 к/с у некоторых беззеркальных камер с электронным затвором. Вот только беда, что современные камеры с электронным затвором имеют свои недостатки, например страдают ‘rolling shutter’ и т.д. и пока остается только мечтать про электронный затвор, обладающий положительными качествами механического затвора и огромной скоростью съемки.

Кстати, «реальную» скорость движения шторок затвора легко посчитать. Высота матрица Nikon D80 составляет 15,8 мм, шторка проходит это расстояние за 1/200 секунды, а ее скорость составляет 3,16 м/с или 11,38 км/ч, что совсем немного :)

Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.

Добавить комментарий:

 

 

Добавить изображение (объемом до 1 МБ)

Комментарии: 60, на тему: Механический затвор

  • Александр

    Хорошая статья! Очень наглядно и понятно!

  • Феликс

    «Открывается первая шторка, на это тратит 1/200 секунды.
    Проводится экспозиция, в это время матрица остается полностью открытой. Возьмем в качестве примера выдержку 1/60 секунды. Вторая шторка начнет свое движение через 1/60 секунды после начала движения первой шторки.
    Вторая шторка закрывается, на этот тратит 1/200 секунды.
    Шторки поднимаются вместе, в начальное положение.»

    Аркадий, часовой механизм ждет не 1/60, а 1/60-1/200.
    В фотокамерах ФЭД 3, 4, 5, выдержка синхронизации 1/30 так вот там часовой механизм при выдержке 1/15 настроен на время 1/30, а на выдержке 1/8 — на 3/30. Итого время задержки в 3/30+время синхронизации 1/30 дает 4/30 что дает 1/8 (грубо говоря). Со времен ФЭД-ов мало что изменилось.

    Я наперед извиняюсь, возможно я не так что-то понял:)

    • Аркадий Шаповал

      Возьмем вместо 1/60 предельный случай — 1/200, по Вашей логике вторая шторка начала бы свой ход 1/200-1/200=0 секунд, после первой, таким образом мы бы получили просто полностью темный снимок, так как не было бы промежутка между шторками.

      • Феликс

        «Аркадий, часовой механизм ЖДЕТ не 1/60, а 1/60-1/200.»

        На 1/200 часовой механизм ЖДЕТ 1/200-1/200=0, то есть это и есть выдержка синхронизации. Выдержка расчитывается как часовой механизм +выдержка синхронизации
        «Итого время задержки в 3/30+время синхронизации 1/30 дает 4/30 что дает 1/8»
        с нашего примера 0+1/200=1/200.

        Свои ошибки нужно признавать и становится лучше, а не выкручиватся.
        Спасибо за обзор, удачных снимков:)

        • Аркадий Шаповал

          Я всегда исправляю, если была допущена ошибка, не разводите демагогию. Пока что ошибки том, что я написал не вижу. Возможно, попробуйте объяснить более подробно.

            • Аркадий Шаповал

              Значит таки не знаете. По делу, обратите внимание, что у меня написано «Вторая шторка начнет свое движение через 1/60 секунды после начала движения первой шторки.» — именно после начала движения первой шторки, а не после того, как первая шторка откроется, в противном случае было бы как указали вы — 1/60-1/200.

              • Феликс

                Да, глубоко извиняюсь. Не прав. Спасибо за разъяснения :)

              • Аркадий Шаповал

                Хорошо. В любом случае, спасибо, что поделились наблюдениями за старыми пленочниками :) Если не сложно, поделитесь опытом, на сколько «хватало» тканевых шторных затворов у ФЭДов?

      • Александр

        Тканевый затвор как повезет. Например дома есть отцовский Зенит-Е (~1977 года выпуска) так там тоже тканевый затвор, пленок через 20 перестал нормально закрываться затвор. Еще несколько пленок и он порвался. Но это не показатель, так как скорее всего был заводской брак.

        • Валентин Калениченко

          Советские тканевые затворы (затвор Барнака) были безупречными до начала 70-х годов минувшего века (характерная примета камер: штативная резьба 3\8 дюйма). По качеству изготовления они не уступали затворам Leica. Мой Zenit-3 made in USSR 1962 года выпуска (куплен в 1965 году) до сих пор в рабочем состоянии, причем не только шторки, но и механизм привода зеркала с «родной» капроновой нитью. Средняя нагрузка составляла около 10 пленок в год. Таким образом затвор выдержал около 18000 срабатываний.

  • Не дурак

    1/60-200 даст не 1/60, а как раз 1/60-1/200 — это время между полным открытием первой шторки и началом движения второй,а не между началом движения первой и второй, там как раз 1/60

  • Дмитрий

    Уж если мечтать о совсем «цифровом» фотоаппарате, то получается можно заменить затвор, убрать зеркало.. а как быть с диафрагмой? допустим количество света мы сможем ИСО контролировать, а ГРИП ? есть ли какой-нибудь вариант контроля ГРИП без диафрагмы?

    • Аркадий Шаповал

      Как насчет такого принципа работы диафрагмы, как было описано мной здесь — http://radojuva.com.ua/2012/12/dslr-mechanics-future/

    • Денис

      Жидкокристаллическая диафрагма, которая не вся темнела бы, а кольцами затемнялись области. Можно было бы тогда и боке в виде колец (как на зеркальных объективах) по желанию реализовать, затемнив середину.

      • Аркадий Шаповал

        Появились бы еще платные плагины для узоров разнообразных :)

      • d.martyn

        ЖК элементы даже в неактивном состоянии значительно повысят отическую плотность линзы (материал ЖК + некое подобие поляризационного фильтра для получения непрозрачных зон), по-этому данный метод будет актуален исключительно в любительском секторе, так как о полноценном «рисунке» объектива не может быть и речи.

        • Игорь

          d.martyn, вы не правы. Уже сейчас есть стекла, которые имеют очень высокую прозрачность в неактивном состоянии, а затемнение достигается «жидкими чернилами» которые в неактивном состоянии сосредоточены на внешней окружности стекла. Такое стекла абсолютно ничем не отличается от обычной линзы. В объективах и так используют от 3 до 15 оптических элементов и от этого качество их рисунка не теряется.

          • Темка

            Игорь, странный тезис. По сравнению с чем не теряется качество? Я, вообще считаю, что идеальный объектив должен быть без линз. Правда, к сожалению, законы физики со мной не согласны.

  • Сергей

    На видео 4 у Кэнона диафрагму не так трясет сильно, как у Никона, это хорошо или плохо для диафрагмы объектива?

    • Денис

      Вибрация значит недостаточная подгонка либо уравновешивание деталей, а значит и повышенные нагрузки на механику. А если есть люфты, то это уже ударные нагрузки. Может это быть хорошо для диафрагмы? Однозначно нет.

    • d.martyn

      У Кенон и Никон принципиально разный принципы управления диафрагмой (именно прыгалкой). У Никон (и Пентакс, и Сони) — кинематическая связь с камерой, а у Кенон приводом в самом объективе. По-этому у Кенона «мягче».

  • Gene J.B.

    На дешевых камерах затвор и диафрагма — один узел. просто центральный двухлепестковый (ну например…) затвор закрывается не полностью, а до нужной диафрагме.

  • Николай

    Всем привет!Свои первые шаги в фотографии делал с соседским «Киевом».Помню,камера была дальномерная и наводка на резкость проводилась колёсиком на верхней части камеры.Так вот,у ней затвор был шторный металический.Самая короткая выдержка состовляла 1/1250.Для шторного затвора,очень короткая.Мне не приходилось использовать такую выдержку.В личном хозяйстве были ФЕД 5в,с олимпийской символикой и ЗенитЕТ.У них затворы были тряпичные.В те времена снимали мало 36 кадров,которые надо было обработать.О ресурсе наверное могут сказать профи.Я Зенитом снимал лет 15.И последнее время на длиных выдержках(до 125)подклинивало вторую шторку.Думаю из-за грязи.На Смене-8м был центральный затвор(могу ошибаться в названии).Эти затворы синхронизировались кажется на любой выдержке.Шторные на 1\25-1\30.

    • Денис

      Подклинивает и из-за грязи, и из-за загустевания смазки, и из-за износа/поломок.
      Ресурс у советских фотоаппаратов был довольно низкий, особенно по сравнению с современными камерами. В цифрах уже не помню, но после нескольких тысяч вылетали во всю. У меня у самого есть парочка советских фотоаппаратов с неисправными затворами, а одна знакомая в командировках собственноручно убила не один затвор — лежит у нее дома несколько Зенитов с заклинившими затворами. Сломались именно по наработке нескольких тысяч кадров.
      Так что у современных зеркалок ресурс затвора повыше механических старых фотоаппаратов, видимо сказывается куда меньшее количество механики (электропривод упразднил многое, а главное механизм задания выдержек).

      • Михаил

        А вот интересно, сколько вам лет? Что смело рассуждаете про ресурс советских фотоаппаратов. Ведь СССР не существует уже 23 года.

        • Феликс

          Вставлю свои 5 копеек :)
          По паспорту зениты Е, ЕТ, ЕМ, ТТЛ, 11, 12 имеют ресурс 500 рулонов пленки на 36 кадров, пускай еще запас что на пленку можно делать до 40-ка кадров и запас на поигратся, пускай даже 1000 рулонов, всё ровно это мало. Причина очень проста, во первых халтурное производство механики, во вторых сама механика крайне дубовая, чего только стоит то что на шторки приводится очень большая нагрузка на растяжение в момент пуска и стопа, зеркало приводится тем же механизмом шторок и тд.

          Сейчас на б/у рынка 60-70% зенитов или дохлые или полудохлые или очень скоро сдохнут.

          Другое дело ФЭД, в фэда во первых очень простая механика. Меньше деталей-меньше вероятность поломки, во вторых в ФЭДов есть и демфер и амортизация шторок, сами шторки лучше прорезинены. Информации о ресурсе я так и не нашел, но видел только один дохлый ФЭД и то после того как песка в него много попало, все остальные в том числе на б/у рынке рабочие.

          На счет амортизации шторок легко проверить:
          берем зенит взводим затвор пальцем подымаем зеркало до упора и щелкаем, что мы слышим, лязгающий звук с хлопком, так работают шторки зенитов.
          В феде же еле слышен хрумкающий звук.

        • Денис

          Глупый вопрос про возраст. Какая разница, сколько мне лет и сколько не существует СССР, если есть факты использования советской техники? И если есть паспортные данные на фотоаппараты, в которых указаны весьма скромные цифры?
          Упомянутая мной знакомая активно использовала эти фотоаппараты как раз в советское время. Я ни один фотоаппарат не убил по причине того, что пользовался ими мало и не «настрелял» и половины ресурса.

          • Аноним-1

            Ваши выводы по поводу ненадёжности и малого эксплуатационного ресурса действительно верны для советских зеркальных аппаратов независимо от модели и типа затвора. Самый ценный знакомец советского профи- толковый мастер по ремонту фотоаппаратов(слава Богу!- хоть объективы делали качественно). Но Ваши выводы совершенно не верны по отношению к импортным механическим и электронно-механическим зеркалкам. Это вообще другой мир, другой уровень технологии проектирования и сборки! Это просто неубиваемая техника, и считать для неё количество циклов срабатывания бессмысленно: не хватит ни терпения, ни жизни. Поклацайте, для примера, Никоном ФМ-2 или Олимпусом ОМ-2,и всё поймёте.

  • Игорь

    Не могу найти где, но на каком-то зарубежном сайте читал про начало производства специального стекла, которое в чем-то похоже на технологию «электронных чернил» — то есть под действием тока становится либо полностью прозрачным, либо полностью черным и не пропускает свет. Скорость изменения — 1/20000 секунды. Планируется использовать его вместо затвора, но зеркало все же остается необходимым.

  • Do_Oraemon

    Первые «единички» обеих фирм совсем «рекордсмены» по скорости: 1/16000 отрабатывают, як с куща :)

    • Денис

      Скорость самого затвора 1/500, потому при той же минимальной щели вместо 1/8000 получается 1/16000 :)

      • Do_Oraemon

        Ну да. Для «спортсменов» — самое то.

  • Олег

    По идее сейчас технически возможно сделать зеркалку без механики. Сони делает свои зеркалки с полупрозрачным неподвижным зеркалом. Технология электронного затвора, как написал автор, тоже имеется. Ну а сделать жидкокристаллическаю диафрагму наверняка сейчас тоже возможно.
    А вот почему производители их не делают это вопрос отдельный.

    • Viktor

      А смысл? Есть беззеркальные камеры. Это сейчас пока еще, они позиционируются как продвинутые мыльницы. Но по мне так со временем, когда появится больше полнокадровых, или менее кропнутых, чем 4/3, они потихонечку вытяснят традиционные зеркалки.

      • Денис

        Беззеркалки (к примеру Sony NEX) отличаются от зеркалок только отсутствием зеркала, остальная механика же у них остается (электромагнитная диафрагма и шторный затвор). В диафрагме я считаю большой проблемы нет, т.к. она в объективе это во-первых (т.е. на износ самой камеры не влияет, и появятся немеханические диафрагмы — можно ограничиться покупкой объектива), во-вторых по моему ресурс у диафрагм повыше чем у затворов. А вот электронный затвор, конечно, хорош, т.к. механика стучит, потребляет электроэнергию, и, что самое печальное, изнашивается.

        • Темка

          Я, конечно, консерватор, но все-таки ИМХО: тушка — расходник, стекло — надолго.

          • Денис

            Смотря какая тушка.

  • Павел

    Все-же, не забываем про скорость работы таких компактных фотоаппаратов, хоть, даже, если они будут полнокадровыми, да, хоть, и среднеформатными. Наводятся на резкость (да, скорее всего, и будут наводиться таким методом еще долго) они по контрасту с помощью матрицы, а не с помощью фокусировочного модуля. Я не говорю про остальной обвес… Да, и цена не сильно-то приятная у таких компактов.

    • Денис

      Фазовый автофокус уже встраивают в матрицы, при этом он работает в паре с контрастным и получается быстро (за счет фазового) и точно (за счет контрастного) — и нет того геморроя с нарушением юстировки в зеркалках, когда по датчику сфокусирован, а по матрице нет.

  • Archer

    Отличный толковый обзор!Наконец появилось видео, это следущий левел Вашего блога Аркадий.Комментировать много не буду все и так обсудили.Скажу только одно, если убрать или поменять зеркало то мы лишимся великого названия, зеркалка будет не зеркалка а как минимум гибрид.

  • sergey

    Кстати, «реальную» скорость движения шторок затвора легко посчитать. Высота матрица Nikon D80 составляет 15,8 мм, шторка проходит это расстояние за 1/200 секунды, а ее скорость составляет 3,16 м/с или 11,38 км/ч, что совсем немного :)
    мысли в слух губительна не скорость а ускорение до 11 км/час за 1/200 секунды человек бы наверно помер с таким ускорением

  • Денис

    «ускорение до 11 км/час за 1/200» — 1/200 это по сути общее время движения шторки, а ускорение за гораздо меньшее время.

  • Михаил

    Здравствуйте Аркадий.
    Имею ФЭД НКВД «Труд. коммуна НКВД УССР им. Ф.Э.Дзержинского» копия лейки год производства сказать затрудняюсь, предположительно 1934-1936г. Так он в полном исправном состоянии и затвор тоже.

    • Денис

      А у соседа Запорожец горбатый в гараже стоит, на ходу и полностью исправный. К чему это? Все зависит от наработки, от качества конкретного экземпляра, от условий эксплуатации. То, что Ваш экземпляр сам по себе исправный, не говорит ни о чем. Вот если бы Вы сказали что «настрелял на нем 10 000 и как новый» — вот это был бы показатель…
      Кстати, такие старые фотоаппараты без профилактики лучше не использовать. Смазка за такое время превращается почти в пластмассу, и механика работает на износ…

  • Михаил

    Затвор шторный.

  • Аноним-1

    Вот это как раз и есть особенность советских аппаратов: каждый экземпляр как единственный и в определённом смысле уникальный. Как соберут, кто соберёт, кто и как деталюшки изготовит, в начале ли месяца, в конце ли года- один Бог знает! Один экземпляр может трудиться сорок лет без особых проблем, другой- полный хлам, набор запчастей. Советское фотоапппаратостроение никогда не было стабильным по качеству продукции,и надёжная работа персонально какой-то камеры не характеризует всю продукцию в целом. Советские фотоаппараты были в массе своей просты конструктивно, поэтому весьма ремонтоспособны. Именно это качество всегда выручало фотографов.

  • Виталий

    Техника устаревает каждые полгода,а через 3 года полностью неактуальна.Так какая разница коллекционерам насколько изношен затвор ?

  • CuHonTuK

    Я чет запутался.
    Выдержка синхронизации — это минимальное время при котором кадр полностью открыт. верно?
    Если да, то при выдержке синхронизации 1/200 кадр полностью открыт именно 1/200с. То есть, вторая шторка начинает двигаться через 1/200с с момента полного открытия кадра первой или с момента начала движения первой?

    • Денис

      1/200 с момента полного открытия кадра первой.

    • Денис

      Тьфу, думал одно, написал другое — с момента начала движения первой (чтобы каждый участок матрицы был проэкспонирован на 1/200) — при выдержках короче вторая шторка трогается с места до того как первая открыла кадр.

  • Кирилл

    может не совсем в тему, но давно интересно, а каков мехенизм DSLR-видео съемки (на зеркалках), — там ведь тоже можно выдержку устанавливать, — но не мех. затвором же …?

    • Денис

      Там используется электронный «затвор». Из-за этого качество съемки падает, как минимум, появляется Rolling shutter (когда в динамичных сценах изображение деформируется), так же могут вылазить всякие полосы от ярких источников света.

  • Александр

    Выдержку при видеосъёмке? Не совсем понял. Там ж зеркало улетает вверх, затвор открывается и остаётся открытым, пока не выключите съёмку видео. А матрица всё это время работает в режиме liveview.

    • Денис

      Что при съемке видео, что в liveview, регулировка яркости изображения осуществляется именно изменением выдержки каждого кадра. Потому и получается ограничение на минимальную освещенность во время видеосъемки — т.к. выдержка не может быть дольше длительности кадра, который в свою очередь зависит от частоты кадров. Т.е. при 30 кадрах в секунду выдержек больше чем 1/30 не добиться. Это хорошо заметно на фотоаппаратах, которые в livewiev задирают чувствительность на максимум и мы видим шумную, но яркую картинку во время просмотра (а часто и частота кадров уменьшается и увеличивается выдержка каждого из кадров), а после переключения в видеорежим чувствительность выставляется максимальная рабочая, выдержка в соответствии с частотой кадров и изображение на экране темнеет.

  • Кирилл

    просто, на сколько я знаю в DSLR-видео можно в настройках видеосъемки настраивать выдержку (каждого видео кадра) … — а вот как это технически реализуется?

    • Денис

      Можно настроить выдержку во время видеосъемки или нельзя — она все равно при видеосъемке меняется (соответственно вручную либо автоматически).

    • Twilight_Sun

      При съемке видео выдержку, например, можно регулировать временем между считыванием информации с матрицы и сбросом её перед экспозицией следующего кадра. Насколько я помню видеокамеры что-то подобное делают, почему тут не делать таким же образом.

  • Аноним

    Отличная статья, все понятно!Тем кто прочел стоит посмотреть это видео youtu.be/ZT1iCze2wIo для «закрепления материала».

  • Фрола

    Напишите (с примерами) про искажение движущихся объектов, при выдержке короче выдержки синхронизации.

Добавить комментарий

Магазин фототехники

Copyright © Radojuva.com. Автор блога - Фотограф в Киеве Аркадий Шаповал. Google+ 2009-2016