Rychlost závěrky je časový interval, během kterého světlo ozáří část fotocitlivého materiálu nebo fotocitlivou matrici [1] . Jedna ze dvou složek expozice , z nichž druhá – osvětlení – je řízena clonou .
U prvních fotoaparátů se rychlost závěrky regulovala krytkou objektivu : po sejmutí se rychlost závěrky začala a po nasazení skončila. Při tisku fotografií se expoziční čas nastavuje zapnutím a vypnutím lampy zvětšovacího přístroje nebo kopírky . V moderní fotografické a filmové technice se rychlost závěrky řídí pomocí fotografické závěrky nebo její filmové varianty - závěrky [2] [3] . Polovodičové matrice nevyžadují fyzické překrytí světla k ukončení expozice, takže videokamery a nejjednodušší digitální fotoaparáty používají časový limit pro čtení náboje z prvků ( elektronická závěrka ) k úpravě rychlosti závěrky a nepotřebují mechanickou závěrku. Aby se však předešlo artefaktům CMOS , jsou digitální fotoaparáty a některé digitální kinokamery vybaveny mechanickou závěrkou, která fyzicky blokuje světlo.
Závěrky moderních fotoaparátů používají standardní stupnici rychlosti závěrky ve zlomcích sekundy a pro krátké rychlosti závěrky (méně než 1 sekunda) je čitatel vynechán a rychlost závěrky je popsána jmenovatelem:
…
Tato konstrukce stupnice nahradila dřívější, ve které se používaly zlomky, které byly násobky 100. Například 1/25, 1/50, 1/100 - takové měřítko měly všechny fotoaparáty v SSSR před zavedením tzv. nový GOST 3268-57. Konstrukce řady úryvků odpovídá mezinárodní normě přijaté v roce 1957 na stockholmské konferenci ISO TK42 [5] . Můžete najít kamery stejného modelu různých roků výroby před a po přijetí normy, jejichž stupnice jsou kalibrovány v různých systémech. Bez ohledu na použitá čísla je stupnice rychlosti závěrky vytvořena podle logaritmického principu , kdy se každá hodnota liší od sousední hodnoty faktorem dva. Moderní fotoaparáty s elektronickou rychlostí závěrky mají na elektronickém „měřítku“ zlomkové hodnoty, které označují mezilehlé rychlosti závěrky mezi standardními. Například mezi 1/30 a 1/60 může být 1/40 a 1/50, což odpovídá změně expozice o 1/3 stopu. Kromě toho existují takové hodnoty na stupnici rychlosti závěrky [2] :
Čím vyšší je rychlost závěrky, tím nižší je expozice při pevném poměru clony a fotografie bude tmavší. Chcete-li zachovat stejnou expozici, zvyšte citlivost nebo otevřete clonu .
Kromě expozice ovlivňuje rychlost závěrky fixaci pohybujících se objektů: dlouhé časy závěrky (obvykle více než 1/30 s) umožňují dosáhnout efektu „ viditelného pohybu “, při kterém se objekt změní na rozmazané pruhy. Krátké časy závěrky (obvykle kratší než 1/500 s) poskytují „zmrazení snímku“ a jasně fixují objekt. Pokud je síla záření během expozice proměnná, pak se rozlišuje plná expozice a efektivní expozice. Efektivní rychlost závěrky je často menší než plná rychlost závěrky a vyjadřuje skutečné množství světla propuštěného závěrkou s přihlédnutím ke všem změnám jeho intenzity během této doby. Pokud změna osvětlení na vrstvě souvisí se zvláštnostmi činnosti aplikované závěrky, pak poměr efektivní expozice k plné expozici odráží účinnost závěrky.
Součin rychlosti závěrky a světla se nazývá expozice nebo množství osvětlení. Stejná expozice může způsobit mírně odlišné fotografické efekty v závislosti na rychlosti závěrky. Podobný fotochemický jev se nazývá odchylka od zákona reciprocity nebo Schwarzschildův efekt . V největší míře se tento efekt projevuje při dlouhých expozicích a může vést k porušení barevné vyváženosti vícevrstvých fotografických filmů v důsledku nerovnoměrného projevu efektu v různých vrstvách. Polovodičové matrice podléhají Schwarzschildově efektu v menší míře než fotografická emulze.
Pokud se přístup světla spustí a zastaví současně přes celé obrazové pole (např. v případě clony ), exponuje se celý obraz současně. Při použití clonové štěrbiny nebo clony s ohniskovou vzdáleností světlo vstupuje do různých bodů obrazu v různých časových intervalech, protože k expozici dochází pomocí pohyblivé štěrbiny, která je v některých případech mnohem menší než velikost celého obrazu. rám. Například u fotoaparátů "FED" , "Zorkiy" , "Zenith" se používá clonová závěrka, která se při krátkých rychlostech závěrky (1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000) pohybuje za 1/30 sekundy štěrbina podél rámu, což je 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 a 1/32 šířky rámu. V tomto případě je pravá strana rámu odkryta později než levá o 1/30 sekundy. To může vést k efektu časové paralaxy , která se projevuje zkreslením tvaru rychle se pohybujících objektů [6] . Jev časové paralaxy je tím znatelnější, čím větší je rozdíl mezi rychlostí závěrky a celkovým časem závěrky. Při fotografování pohybujícího se objektu, který se pohybuje stejným směrem jako štěrbina závěrky, bude jeho obraz delší, než kdyby byl nehybný. V opačné situaci bude získán zkrácený obraz stejného objektu pohybujícího se proti pohybu závěrky. Při natáčení je tvarové zkreslení pohybujících se objektů nejvíce patrné při malých úhlech otevření závěrky, kdy je šířka štěrbiny menší než velikost okna rámu.
Při fotografování s použitím blesku a clonového (středového) typu závěrky lze fotografovat při libovolné rychlosti závěrky. Při použití závěrky s clonovou štěrbinou s ohniskovou vzdáleností může být minimální rychlost závěrky, při které je možná synchronizace blesku , 1/30 sekundy, protože některé typy takových závěrek při kratších časech exponují rámeček se štěrbinou o šířce menší než rámové okno [7] .
V tomto případě blesk exponuje pouze část záběru, když je odpálen. Minimální rychlost závěrky, při které lze použít blesk, je jednou z nejdůležitějších vlastností závěrek a v dobách filmové fotografie byla konkurence výrobců fotografických zařízení i na tomto parametru. Mnoho fotoaparátů vybavených závěrkami s horizontálními závěrkami mělo synchronizaci 1/30 - 1/60 sekundy. Naprostá většina moderních clonových štěrbin má vertikální dráhu závěrky podél krátké strany rámu a minimální synchronizační rychlost 1/200-1/250 sekundy. Profesionální závěrky fotoaparátů umožňují synchronizaci při rychlostech závěrky až 1/300 sekundy. Při práci v programovém režimu moderní fotoaparáty automaticky nastavují časy závěrky ne kratší než 1/250 s se zapnutým bleskem. Moderní blesky jsou také vybaveny režimem tzv. „stretched pulse“ (režim FP, angl. Focal plane ), ve kterém je možné fotografovat při libovolné rychlosti závěrky, protože blesk vyzařuje světlo po celou dobu závěrky. V tomto případě je však světelná energie záblesku menší než v případě jednoho pulzu.
Na úsvitu fotografie, kdy byla světelná citlivost fotografických emulzí nízká, byly použity dlouhé expozice, počítané v minutách . To si vynutilo použití stativů a speciálních pomůcek pro upevnění hlav portrétovaných lidí - kopfhalterů , protože člověk není schopen dlouhodobě sedět absolutně v klidu [8] . Při nízké rychlosti závěrky je obraz rozmazaný a ztrácí se detaily. Při fotografování přeplněné ulice se stativem s rychlostí závěrky několik minut bude na snímku vypadat úplně prázdno. Se zvýšením fotosenzitivity fotografických materiálů a poměrem clony objektivů byly možné okamžité rychlosti závěrky nepřesahující 1/8 – 1/15 sekundy [8] . Fotografování „z ruky“, tedy bez použití stativu, bylo možné pouze při dosažení rychlosti závěrky 1/30 – 1/60 sekundy. Expozice delší než 1/30 s často vedou k efektu „ rozhýbání “, které se dostavuje třesem rukou fotografa [9] . Fotografie jsou rozmazané. Při fotografování statických objektů lze „otřesy“ eliminovat použitím stativu nebo do určité míry speciálními objektivy se stabilizací obrazu . Při fotografování „z ruky“ s fotoaparátem a objektivem, který není vybaven stabilizátory, abyste zabránili „otřesům“, měli byste se řídit obecným pravidlem: jmenovatel rychlosti závěrky musí být alespoň číselná hodnota ekvivalentní ohniskové vzdálenosti objektivu milimetrů, zmenšeno na 35 mm film. Při fotografování s objektivem Jupiter-37A na 35mm film s ohniskovou vzdáleností 135 mm byste tedy měli nastavit rychlost závěrky na maximálně 1/250 s, abyste si byli jisti výsledkem. Při použití objektivu ZM-5A (ohnisková vzdálenost 500 mm) na digitálním fotoaparátu s maticí APS-C získáme ekvivalentní ohniskovou vzdálenost 750 mm a požadovaný čas závěrky ne delší než 1/1000 s. Tyto hodnoty jsou průměrné a individuální pro každého fotografa a fotografovanou situaci, ale ve většině případů odpovídají skutečnosti.
Fotografování při dlouhých rychlostech závěrky může dát snímku zajímavé efekty. Například při fotografování noční oblohy s expozicí 2-3 hodiny je viditelný denní pohyb hvězd , které jsou získány ve formě segmentů oblouků. Dlouhé expozice se používají při fotografování ohňostrojů , fontán , vodopádů a dalších objektů, ve kterých je třeba zdůraznit pohyb [10] . Ve většině těchto případů stačí rychlost závěrky alespoň 1/4 sekundy. Zajímavé efekty jsou možné při kombinaci blesku a dlouhých časů závěrky. V tomto případě se v záběru spojí neostrý snímek daný závěrkou a ostrý snímek z blesku. V astrofotografii se dlouhá expozice v kombinaci s automatickým systémem pro kompenzaci denní rotace Země ( guiding ) používá k registraci nebeských objektů s nízkou svítivostí. V roce 2004 vyfotografoval Hubbleův kosmický dalekohled část oblohy ( Hubble Ultra Deep Field ) s efektivní expozicí asi 10 6 sekund (11,3 dne), což umožnilo pokračovat ve studiu vzdálených galaxií až do éry formování z prvních hvězd.
Časy závěrky kratší než 1/250 sekundy se používají při reportážním snímání, když je potřeba ostrý obraz pohybujících se objektů [11] . Zvláště rychlé časy závěrky jsou vyžadovány při fotografování sportu, kdy potřebujete „zmrazit“ pohyb. Pro natáčení fyzikálních experimentů se používají speciální rychlé rychlosti závěrky – mohou být menší než 1/1 000 000 sekundy. Mechanické závěrky však nedokážou poskytnout tak rychlé časy závěrky a pro speciální typy focení se používají speciální blesky s krátkým pulzem. Pro ultra rychlé filmování s frekvencí přesahující několik tisíc snímků za sekundu se také používají ultrarychlé rychlosti závěrky . Vyšší rychlosti závěrky samozřejmě vyžadují široce otevřenou clonu, dobré osvětlení a vysokorychlostní film.
Typ obrazu přijímaného kamerou závisí také na rychlosti závěrky, která je řízena úhlem otevření clony.
Při nízké rychlosti závěrky se pohyb objektů na filmovém plátně začíná zdát zlomkový. To je zvláště patrné díky zvýšenému stroboskopickému efektu, když se kola vozíku otáčejí v opačném směru. Snížení tohoto efektu, stejně jako zvýšení přirozenosti pohybu, je dosaženo zvýšením rychlosti závěrky, která by při běžné rychlosti natáčení 24 snímků za sekundu neměla být kratší než 1/50 sekundy, což přibližně odpovídá úhlu otevření závěrky 170°.
Expozice centrálních uzávěrů je regulována prstencem se stupnicí. Ohniskové závěrky mají ke stejnému účelu speciální hlavu připojenou k mechanismu [* 2] . U nejběžnějších ohniskových závěrek typu Leica v první polovině 20. století se tato hlava otáčela spolu s bubny závěrky, když byly nataženy a vystřeleny. Tento návrh byl nejjednodušší a nejspolehlivější, ale stupnice rychlosti závěrky zůstala nerovnoměrná, protože odpovídala poměru velikosti expoziční štěrbiny při různých rychlostech závěrky. V polovině 50. let 20. století došlo v globálním kamerovém průmyslu k trendu automatizace natáčení, jehož jednou z cest bylo zavedení stupnic expozičních čísel vynalezených německým konstruktérem Friedrichem Dekelem v roce 1954 [12] . Tento princip, který vyžaduje jednotnost stupnic rychlosti závěrky, byl poprvé implementován v centrální závěrce Synchro Compur, představené na výstavě Photokina v roce 1954 [13] . Umožnil vzájemnou fixaci kroužků rychlosti závěrky a clony a také zjednodušil jejich mechanické rozhraní s připojenými expozimetry , které se rychle začaly používat [14] .
Clona závěrky s hlavou rychlosti závěrky, která se neotáčí během expozice a jednotným měřítkem byla poprvé navržena a použita v dálkoměrných fotoaparátech Leica M3 (1954) a Nikon SP (1957) [15] [16] . Tato konstrukce eliminovala náhodné zabrzdění závěrek při dotyku hlavy prsty a zpřístupnila mechanické rozhraní s připojenými expozimetry [17] . Hlava se otáčela pouze při přepínání rychlosti závěrky a po zbytek času zůstala nehybná. Díky tomu bylo snadné přenést hodnotu nastaveného času závěrky na expozimetr pomocí otočného reostatu . Bez takového párování není možné implementovat poloautomatické a tím spíše automatické řízení expozice . V SSSR byla taková konstrukce mechanismu nastavení rychlosti závěrky poprvé použita v roce 1965 ve fotoaparátu Kyjev-10 . Po 2 letech byl podobný spínací pohon použit u kamery Zenit-7 [18] .